差壓式流量計帶溫壓補償的具體應用

    引言

    差壓式流量計是由節流裝置與差壓變送器配套測量流體流量的一種流量測量?jì)x表。它包括孔板、噴嘴、V型錐、阿牛巴和文丘里等，它具有結構簡(jiǎn)單、安裝方便、工作可靠、成本低廉和設計加工已經(jīng)標準化等優(yōu)點(diǎn)，因而在化工生產(chǎn)中得到廣泛使用。在實(shí)際應用中，絕大多數差壓式流量計使用工況總是偏離設計工況，造成流量計檢測氣態(tài)介質(zhì)流量時(shí)流量誤差較大。為了克服差壓式流量計因工況變化引起的測量誤差，所以常常把實(shí)際工況下的溫度壓力信號同時(shí)引入流量顯示的二次儀表中，針對設計工況下的溫度壓力參數自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)數學(xué)補償修正，使得差壓式流量檢測的流量能夠真實(shí)反映被測流體的實(shí)際流量。差壓式流量計的缺點(diǎn)是壓損較大，精度較低，對被測介質(zhì)特性比較敏感，但它仍然在工業(yè)流量測量中發(fā)揮其獨特的作用。

    1 差壓式流量計測量原理

    參數幾乎不變，假如通過(guò)它能夠測量某種氣態(tài)介質(zhì)流量，那差壓式流量計是利用流體流動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)能和靜壓勢能在一定條件下可以相互轉換的原理進(jìn)行流量測量的。差壓式流量計由節流裝置及差壓測量裝置兩部分組成。節流裝置安裝在被測流體的管道中，流體流經(jīng)節流裝置時(shí)產(chǎn)生節流現象，動(dòng)能和靜壓勢能相互轉換，節流裝置前后產(chǎn)生與流量（流速）成比例的差壓信號；差壓測量裝置（變送器）接收節流裝置產(chǎn)生的差壓信號，將其轉換為相應的流量進(jìn)行顯示。

    根據質(zhì)量守恒、能量守恒及流體連續性原理，推導出節流裝置后壓差與流量的關(guān)系式為：

    式中：Q_V——瞬時(shí)體積流量；

    C——流出系數；；α為流量系數E為漸近速度系數）

    ρ₁——流體流經(jīng)節流件前的密度；

    β——節流件開(kāi)孔尺寸、管道直徑比，β=d/D；

    ε——可膨脹性系數，對不可壓縮流體ε=1，可壓縮流體0<ε<1；

    d——工作溫度下節流件開(kāi)孔直徑；

    ΔP——節流件前后差壓

    流量單位m³/h，長(cháng)度單位m，壓力單位KPa，密度單位kg/m³。

    根據上述原理，如果節流裝置制作好，節流件本身固有參數幾乎不變，假如通過(guò)它能夠測量某種氣態(tài)介質(zhì)流量，那么同一種介質(zhì)在不同況下，其流量就有如下關(guān)系：

        （1）

    （Q_V1設計工況體積流量；Q_V2實(shí)際工況體積流量；ΔP_V1設計工況差壓；ΔP_V2實(shí)際工況差壓；P_V1設計工況密度；P_V2設計工況密度）

    令ΔP_V1=ΔP_V2（1）式簡(jiǎn)化為：

        （2）

    根據P_V1/P_V2=P_V1T_V2/P_V2T_V1

    （P_v1為“設計工況1”的絕對壓力、P_V2為“實(shí)際工況2”的絕對壓力、T_V1為“設計工況1”的K氏溫度、T_V2為“實(shí)際工況2”的K氏溫度）

    故由（2）式化為：

        （3）

    顯然由（3）式看出設計工況體積流量Q_V1與實(shí)際工況體積流量Q_V2間的補償修正關(guān)系只與相應工況的溫度壓力有關(guān)。

    2 差壓式流量計測量氣態(tài)介質(zhì)流量時(shí)帶溫度壓力補償的實(shí)際應用

    在化工生產(chǎn)過(guò)程中，有許多氣體流量由于實(shí)際溫度、壓力的變化與波動(dòng)而偏離設計值（基準值），勢必造成實(shí)際的瞬時(shí)流量測量有誤差，導致累積流量也會(huì )有誤差。為了修正該誤差，在DCS中必需考慮對氣體流量測量進(jìn)行溫壓補償計算。例如：在焦爐氣制甲醇生產(chǎn)中，遇到最多的是焦爐煤氣流量補償計算、飽和蒸汽流量補償計算和空氣流量補償計算，下面以焦爐煤氣制甲醇采用的DCS應用實(shí)例作介紹，其它氣體流量補償計算可參比本實(shí)例。

    在DCS系統中，一般可以做一個(gè)專(zhuān)用的溫壓補償功能模塊，工程人員完成相關(guān)參數的設置和回路連接即可。流量補償計算如下圖： 

溫壓補償運算功能模塊

    溫度壓力補償運算功能模塊具體編程：

    上圖中，“PT_工況”代表連接現場(chǎng)壓力采集信號通道，“TE_工況”代表連接現場(chǎng)溫度采集信號通道，“FT_補償前”代表連接現場(chǎng)工況流量采集信號通道，“FR_補償后”是電腦計算修正的流量數即溫壓補償后的瞬時(shí)流量值，它可在DCS電腦屏幕上顯示出該瞬時(shí)流量實(shí)際大小。

    3 結語(yǔ)

    差壓式流量計在測量氣態(tài)介質(zhì)流量時(shí)，特別要關(guān)注所測量介質(zhì)的壓力溫度符合或不符合設計時(shí)的壓力溫度，如果工況與設計相差較大，那么必須按照上述方法加以補償修正流量值，方可準確計量。