0引言(yan)
  用标(biao)準節(jie)流裝(zhuang)置測(ce)量氣(qi)體流(liu)量，其(qi)準确(que)度影(ying)響因(yin)素，包(bao)括🚩直(zhi)管段(duan)長度(du)、一次(ci)測量(liang)元件(jian)運行(hang)狀況(kuang)、現場(chang)變送(song)器安(an)裝使(shi)☎️用、儀(yi)🔞表量(liang)♉程合(he)理與(yu)否、溫(wen)壓補(bu)償參(can)數正(zheng)确性(xing)都是(shi)非常(chang)重要(yao)的因(yin)素。
  氣(qi)體具(ju)有可(ke)壓縮(suo)性，在(zai)氣體(ti)流量(liang)測量(liang)過程(cheng)中，流(liu)量與(yu)氣體(ti)密👈度(du)緊密(mi)關聯(lian)；而氣(qi)體密(mi)度又(you)是溫(wen)度和(he)壓力(li)（簡稱(cheng)溫♊壓(ya)）的☔函(han)數。所(suo)以🌈要(yao)獲取(qu)準确(que)的氣(qi)體流(liu)量，需(xu)要進(jin)行溫(wen)壓補(bu)償。
1節(jie)流式(shi)差壓(ya)流量(liang)計的(de)構成(cheng)及工(gong)作原(yuan)理
1.1節(jie)流裝(zhuang)置流(liu)量測(ce)量系(xi)統構(gou)成
  節(jie)流裝(zhuang)置(孔(kong)闆流(liu)量計(ji))、導壓(ya)管、差(cha)壓變(bian)送器(qi)和流(liu)量二(er)次表(biao)（DCS系統(tong)）組成(cheng)了孔(kong)闆式(shi)節流(liu)裝置(zhi)流量(liang)測量(liang)系統(tong)（簡稱(cheng)流量(liang)測量(liang)系統(tong)）。
1.2節流(liu)孔闆(pan)的工(gong)作原(yuan)理
  充(chong)滿管(guan)道的(de)流體(ti)流經(jing)管道(dao)内的(de)節流(liu)裝置(zhi)，在節(jie)流件(jian)附㊙️近(jin)造成(cheng)局部(bu)收縮(suo)，流速(su)增加(jia)，在其(qi)上、下(xia)遊兩(liang)側産(chan)生靜(jing)壓力(li)差。
在(zai)已知(zhi)有關(guan)參數(shu)的條(tiao)件下(xia)，根據(ju)流動(dong)連續(xu)性原(yuan)理和(he)㊙️伯努(nu)利方(fang)程可(ke)以推(tui)導出(chu)差壓(ya)與流(liu)量之(zhi)間的(de)關系(xi)而求(qiu)得流(liu)量[1]。其(qi)基本(ben)公式(shi)如下(xia)：

c－流出(chu)系數(shu)無量(liang)綱
qm－質(zhi)量流(liu)量kg/s
qv－體(ti)積流(liu)量m3/s
β－直(zhi)徑比(bi)d/D無量(liang)綱
d－工(gong)作條(tiao)件下(xia)節流(liu)件直(zhi)徑
D－工(gong)作條(tiao)件下(xia)上遊(you)管道(dao)内徑(jing)
ρ流體(ti)的密(mi)度Kg/m3
ε可(ke)膨脹(zhang)性系(xi)數無(wu)量綱(gang)
ΔP差壓(ya)值。
  在(zai)以上(shang)公式(shi)中，β和(he)d是常(chang)數，C和(he)ε在一(yi)定流(liu)量範(fan)圍内(nei)也可(ke)以看(kan)作是(shi)常數(shu)，因此(ci)上式(shi)可以(yi)簡化(hua)爲：

  在(zai)工況(kuang)一定(ding)的情(qing)況下(xia)，即流(liu)體介(jie)質密(mi)度不(bu)變時(shi)，流體(ti)的✊流(liu)量與(yu)差壓(ya)成平(ping)方根(gen)關系(xi)。
2氣體(ti)流量(liang)測量(liang)的溫(wen)壓補(bu)償要(yao)求及(ji)公式(shi)推導(dao)
2.1氣體(ti)流量(liang)測量(liang)的溫(wen)壓補(bu)償要(yao)求
  由(you)于流(liu)量測(ce)量裝(zhuang)置的(de)設計(ji)過程(cheng)中，提(ti)供的(de)設計(ji)溫度(du)、壓力(li)與實(shi)際運(yun)行的(de)工作(zuo)溫度(du)、壓力(li)有一(yi)定的(de)差異(yi)，或者(zhe)由于(yu)工藝(yi)條件(jian)造成(cheng)流體(ti)溫度(du)、壓力(li)波動(dong)較大(da)，緻使(shi)測出(chu)的流(liu)量不(bu)能真(zhen)實反(fan)映其(qi)工作(zuo)狀态(tai)下🈲的(de)實際(ji)流量(liang)。當被(bei)測介(jie)質爲(wei)氣體(ti)時，溫(wen)度、壓(ya)力對(dui)密度(du)的影(ying)響就(jiu)會更(geng)大，要(yao)獲得(de)正确(que)的結(jie)果則(ze)需要(yao)進💰行(hang)補償(chang)。
  通常(chang)測量(liang)氣體(ti)的溫(wen)度和(he)壓力(li)要比(bi)測量(liang)介質(zhi)密度(du)更易(yi)實㊙️現(xian)，在💋高(gao)溫高(gao)壓條(tiao)件下(xia)，難以(yi)直接(jie)測量(liang)出氣(qi)體的(de)密度(du)🍉，必須(xu)✊根據(ju)密度(du)與壓(ya)力、溫(wen)度的(de)關系(xi)ρ=f(t,p)進行(hang)運算(suan)處理(li)，利用(yong)參數(shu)壓力(li)P、溫度(du)T來代(dai)替密(mi)度ρ的(de)變化(hua)量進(jin)行補(bu)償，而(er)壓力(li)✔️P、溫度(du)T可以(yi)通過(guo)安裝(zhuang)在孔(kong)闆前(qian)後的(de)壓力(li)變送(song)器、溫(wen)度儀(yi)表檢(jian)測取(qu)得。
2.2氣(qi)體流(liu)量測(ce)量的(de)溫壓(ya)補償(chang)公式(shi)推導(dao)
  用于(yu)過程(cheng)控制(zhi)的氣(qi)體測(ce)量目(mu)前主(zhu)要采(cai)用孔(kong)闆式(shi)節流(liu)裝置(zhi)進❤️行(hang)流量(liang)測量(liang)的方(fang)式[2]。其(qi)流量(liang)基本(ben)方程(cheng)式爲(wei)：

  其中(zhong)Qm爲被(bei)測流(liu)體的(de)質量(liang)流量(liang)，Qv爲被(bei)測流(liu)體的(de)體積(ji)流量(liang)👣，△P爲差(cha)壓變(bian)送器(qi)輸出(chu)的差(cha)壓值(zhi)，ρ爲被(bei)測流(liu)體的(de)密度(du)。
在測(ce)氣體(ti)的孔(kong)闆計(ji)算書(shu)中，設(she)計者(zhe)一般(ban)提供(gong)孔闆(pan)測量(liang)的最(zui)大流(liu)量Qmax（單(dan)位一(yi)般是(shi)Nm3/h）、最大(da)差壓(ya)△Pmax、設計(ji)溫度(du)T0、設計(ji)壓力(li)P0、設計(ji)密度(du)ρ0,假設(she)被測(ce)介質(zhi)在标(biao)準狀(zhuang)況下(xia)的密(mi)度爲(wei)ρN
則有(you)：


  其中(zhong)：Pf爲工(gong)況下(xia)的壓(ya)力，Tf爲(wei)工況(kuang)下的(de)溫度(du)。注意(yi)：計算(suan)時需(xu)采用(yong)💞絕❤️對(dui)壓力(li)，絕對(dui)溫度(du)。
将（7）代(dai)入（6）式(shi)：

3氣體(ti)流量(liang)測量(liang)應用(yong)舉例(li)
3.1問題(ti)引出(chu)的背(bei)景
  某(mou)廠加(jia)氫裂(lie)化裝(zhuang)置循(xun)環氫(qing)機組(zu)入口(kou)流量(liang)參與(yu)機組(zu)的喘(chuan)振🈲控(kong)👣制，所(suo)以流(liu)量測(ce)量正(zheng)确率(lü)顯得(de)尤爲(wei)重要(yao)，但開(kai)工初(chu)期發(fa)現循(xun)環氫(qing)壓縮(suo)機入(ru)口流(liu)量指(zhi)示🥰超(chao)量程(cheng)。
  根據(ju)設計(ji)提供(gong)的孔(kong)闆計(ji)算原(yuan)始數(shu)據（見(jian)表1，修(xiu)改前(qian)），按ISO5167标(biao)準法(fa)蘭取(qu)壓的(de)計算(suan)軟件(jian)對孔(kong)闆的(de)計算(suan)結果(guo)💚進行(hang)📧核算(suan)，得到(dao)的差(cha)✔️壓量(liang)程及(ji)孔徑(jing)尺寸(cun)與制(zhi)造廠(chang)家提(ti)供❌的(de)數據(ju)一緻(zhi)，但循(xun)環氫(qing)🏒機組(zu)的入(ru)口流(liu)量指(zhi)♻️示超(chao)量程(cheng)🔴情況(kuang)依然(ran)未能(neng)解決(jue)。
  再次(ci)對孔(kong)闆計(ji)算書(shu)進行(hang)複核(he)，發現(xian)機組(zu)循環(huan)氫介(jie)質标(biao)準密(mi)度設(she)置爲(wei)純氫(qing)的物(wu)性0.0899kg/m3、操(cao)作密(mi)度爲(wei)10.5692kg/m3。即原(yuan)設計(ji)者把(ba)純氫(qing)密度(du)🚩替代(dai)循環(huan)氫介(jie)質密(mi)度作(zuo)爲孔(kong)闆計(ji)算參(can)數，造(zao)成了(le)差壓(ya)設置(zhi)👨‍❤️‍👨的偏(pian)差。

3.2循(xun)環氫(qing)系統(tong)的介(jie)質特(te)征
  加(jia)氫裂(lie)化工(gong)藝在(zai)反應(ying)過程(cheng)中需(xu)要耗(hao)氫，系(xi)統中(zhong)提供(gong)了過(guo)量的(de)氫氣(qi)參與(yu)反應(ying)，經過(guo)反應(ying)後，未(wei)反應(ying)的富(fu)裕💛氫(qing)氣🌈從(cong)反應(ying)器出(chu)來，經(jing)過降(jiang)溫并(bing)與油(you)分離(li)後，進(jin)入循(xun)環氫(qing)壓縮(suo)機升(sheng)壓。
  循(xun)環氫(qing)實際(ji)上是(shi)富氫(qing)氣體(ti)，除了(le)氫氣(qi)外，含(han)有碳(tan)化合(he)物🏃‍♂️、硫(liu)化氫(qing)等組(zu)分，又(you)稱混(hun)氫，純(chun)氫與(yu)混氫(qing)的密(mi)度有(you)較大(da)的💛差(cha)異。
3.3問(wen)題處(chu)置
  由(you)于孔(kong)闆已(yi)經安(an)裝到(dao)位投(tou)入使(shi)用，不(bu)具備(bei)更換(huan)條件(jian)。因此(ci)根據(ju)正常(chang)操作(zuo)條件(jian)下混(hun)氫密(mi)度27.2194kg/m3以(yi)及實(shi)際孔(kong)闆的(de)尺寸(cun)，來☁️反(fan)推導(dao)差壓(ya)變送(song)器的(de)實際(ji)量程(cheng)。通過(guo)計算(suan)，循環(huan)氫入(ru)口流(liu)量的(de)差壓(ya)量程(cheng)由原(yuan)來的(de)8KPa修改(gai)爲16.19KPa。變(bian)送器(qi)量程(cheng)經重(zhong)新設(she)置後(hou)流量(liang)指示(shi)在量(liang)程👄範(fan)圍内(nei)重獲(huo)😄顯示(shi)。
  經過(guo)密度(du)重設(she)後盡(jin)管在(zai)量程(cheng)範圍(wei)内可(ke)顯示(shi)，但數(shu)值的(de)正确(que)性仍(reng)存在(zai)較大(da)偏差(cha)，究其(qi)原因(yin)是氣(qi)體流(liu)量測(ce)量未(wei)進行(hang)正确(que)的溫(wen)壓補(bu)償，程(cheng)序設(she)定溫(wen)壓補(bu)償公(gong)式🏃中(zhong)仍取(qu)用純(chun)氫密(mi)度計(ji)🏃‍♀️算得(de)到✌️的(de)補償(chang)系數(shu)不準(zhun)确，流(liu)量與(yu)實際(ji)工況(kuang)必定(ding)有較(jiao)大偏(pian)差。
4流(liu)量正(zheng)确率(lü)影響(xiang)分析(xi)
4.1初始(shi)密度(du)設置(zhi)偏差(cha)的影(ying)響分(fen)析
  從(cong)加氫(qing)裂化(hua)裝置(zhi)循環(huan)氫機(ji)組的(de)入口(kou)流量(liang)指示(shi)超量(liang)程問(wen)題中(zhong)發現(xian)原設(she)計介(jie)質密(mi)度設(she)置偏(pian)離。循(xun)環氫(qing)介質(zhi)操♌作(zuo)密度(du)從10.5692kg/m3改(gai)爲27.2194kg/m3後(hou)，計算(suan)得出(chu)變送(song)器最(zui)大量(liang)程由(you)原來(lai)的8KPa改(gai)爲16.19KPa，而(er)📐對應(ying)最大(da)流量(liang)350000Nm3/h的工(gong)程量(liang)不🙇🏻變(bian)。根據(ju)公🔞式(shi)：

  由此(ci)可見(jian)，在孔(kong)闆測(ce)得同(tong)樣差(cha)壓的(de)情況(kuang)下，8KPa量(liang)程所(suo)對應(ying)流量(liang)值指(zhi)示值(zhi)是量(liang)程爲(wei)16.19KPa所對(dui)應流(liu)量值(zhi)指示(shi)的1.422倍(bei)，流量(liang)指示(shi)偏大(da)🚶。原始(shi)🆚介質(zhi)密度(du)設置(zhi)的不(bu)恰當(dang)導緻(zhi)流量(liang)計算(suan)出現(xian)較大(da)誤差(cha)，且因(yin)變送(song)器量(liang)程根(gen)據原(yuan)始密(mi)度選(xuan)型設(she)置偏(pian)小而(er)不能(neng)滿足(zu)📐實際(ji)測量(liang)要求(qiu)。
4.2溫壓(ya)補償(chang)C系數(shu)偏差(cha)影響(xiang)分析(xi)
  加氫(qing)裂化(hua)循環(huan)機機(ji)組入(ru)口流(liu)量的(de)溫壓(ya)補償(chang)方式(shi)，機組(zu)制造(zao)商給(gei)出一(yi)個補(bu)償系(xi)數C，提(ti)供的(de)C值爲(wei)518138.53，但未(wei)🌂給出(chu)🛀🏻此系(xi)數來(lai)源，推(tui)導過(guo)程及(ji)設定(ding)的邊(bian)界條(tiao)件。因(yin)此，上(shang)例💘中(zhong)差壓(ya)🚶‍♀️量程(cheng)修改(gai)後，流(liu)量指(zhi)示還(hai)是存(cun)在較(jiao)大偏(pian)差，必(bi)須對(dui)系數(shu)🌈C進行(hang)調整(zheng)，以下(xia)爲C系(xi)數調(diao)整的(de)推算(suan)過程(cheng)。

  溫壓(ya)補償(chang)C系數(shu)與流(liu)量呈(cheng)線性(xing)關系(xi)，由于(yu)原先(xian)C值設(she)置錯(cuo)誤造(zao)成的(de)流量(liang)誤差(cha)達到(dao)30.0%。
4.3介質(zhi)組分(fen)波動(dong)影響(xiang)分析(xi)
  采用(yong)溫度(du)、壓力(li)補償(chang)方法(fa)測量(liang)氣體(ti)體積(ji)流量(liang)，是基(ji)🌈于介(jie)質組(zu)份穩(wen)定或(huo)組份(fen)變化(hua)很小(xiao)的一(yi)般氣(qi)體，可(ke)對流(liu)體密(mi)度影(ying)響予(yu)以忽(hu)略，對(dui)測量(liang)示值(zhi)的影(ying)響也(ye)💞即可(ke)忽略(lue)。但對(dui)于組(zu)份波(bo)動變(bian)化較(jiao)大的(de)氣體(ti)，流體(ti)密度(du)影響(xiang)将增(zeng)大，如(ru)仍将(jiang)某一(yi)🔴組分(fen)的流(liu)✏️體狀(zhuang)态密(mi)🆚度當(dang)作常(chang)數來(lai)處理(li)，最大(da)測量(liang)誤差(cha)就不(bu)可忽(hu)視。
  在(zai)加氫(qing)裂化(hua)循環(huan)氫系(xi)統運(yun)行過(guo)程中(zhong)，循環(huan)氫組(zu)分除(chu)💛氫氣(qi)🌐外，含(han)有碳(tan)化合(he)物、硫(liu)化氫(qing)等組(zu)分，混(hun)氫組(zu)分🐪發(fa)生着(zhe)動🐆态(tai)變✏️化(hua)。表👨‍❤️‍👨2爲(wei)從混(hun)氫組(zu)份50個(ge)随機(ji)樣本(ben)中選(xuan)取數(shu)據，通(tong)過計(ji)算獲(huo)得氫(qing)氣☎️百(bai)分含(han)量爲(wei)最大(da)值㊙️、平(ping)均值(zhi)、最小(xiao)值時(shi)所對(dui)應的(de)密🚶‍♀️度(du)分别(bie)爲🚶：19.54kg/m3、26.615kg/m3、34.790kg/m3，密(mi)度存(cun)在着(zhe)較大(da)波動(dong)。

  對50個(ge)樣本(ben)數進(jin)行數(shu)據統(tong)計，結(jie)果爲(wei)：組分(fen)變化(hua)造成(cheng)密⁉️度(du)變化(hua)曲🔴線(xian)如圖(tu)1，圖2描(miao)述了(le)±10%密度(du)變化(hua)的樣(yang)本數(shu)🌈爲66%。
  從(cong)圖1可(ke)看出(chu)，密度(du)在20～40範(fan)圍内(nei)變化(hua)。由此(ci)引出(chu)新的(de)疑惑(huo)：盡管(guan)對氣(qi)體有(you)溫壓(ya)補償(chang)糾偏(pian)，但氣(qi)體組(zu)分存(cun)在波(bo)動,爲(wei)了🛀量(liang)化組(zu)分波(bo)動的(de)影響(xiang)情況(kuang)，對影(ying)響的(de)幅度(du)進行(hang)計算(suan)。從設(she)計提(ti)⭐供的(de)孔闆(pan)計算(suan)用密(mi)度爲(wei)27.2194kg/m3作爲(wei)基準(zhun)，按最(zui)小密(mi)度19.54kg/m3、最(zui)大密(mi)度🏃34.790kg/m3來(lai)計算(suan)流量(liang)的誤(wu)差💋情(qing)況：

  假(jia)設除(chu)介質(zhi)密度(du)變化(hua)外，K、△P都(dou)不變(bian)
則：

下(xia)的設(she)計體(ti)積流(liu)量值(zhi)。
  當實(shi)際密(mi)度ρ2爲(wei)19.54kg/m3，設計(ji)密度(du)ρ1爲27.2194kg/m3時(shi)：
Q2=1.18Q1
  同樣(yang)，當實(shi)際密(mi)度ρ2爲(wei)34.790kg/m3，設計(ji)密度(du)1爲27.2194kg/m3時(shi)：
Q2=0.884Q1
  從圖(tu)2情況(kuang)看，組(zu)分變(bian)化引(yin)起密(mi)度在(zai)設計(ji)基準(zhun)密度(du)上下(xia)10%範圍(wei)内波(bo)動的(de)情況(kuang)占66%，按(an)密度(du)上下(xia)變化(hua)爲10%計(ji)🌏算，分(fen)别是(shi)：
Q2=0.954Q1
和Q2=1.054Q1
  當(dang)實際(ji)密度(du)ρ2比設(she)計密(mi)度ρ1小(xiao)時，實(shi)際體(ti)積流(liu)量比(bi)指示(shi)的流(liu)量大(da)。當實(shi)際密(mi)度ρ2比(bi)設計(ji)密度(du)ρ1大時(shi)，實際(ji)體積(ji)流量(liang)比指(zhi)示🐅的(de)流量(liang)小。
4.4各(ge)因素(su)影響(xiang)程度(du)的比(bi)較
4.4.1影(ying)響程(cheng)度比(bi)較
  由(you)于采(cai)用錯(cuo)誤的(de)介質(zhi)密度(du)，造成(cheng)流量(liang)測量(liang)誤差(cha)最大(da)達40%；
  按(an)錯誤(wu)的溫(wen)壓補(bu)償系(xi)數計(ji)算得(de)到的(de)流量(liang)與實(shi)測值(zhi)之間(jian)的誤(wu)🈲差達(da)到30%；
  調(diao)整校(xiao)正溫(wen)壓補(bu)償系(xi)數後(hou)，介質(zhi)組分(fen)變化(hua)可能(neng)造成(cheng)的流(liu)量測(ce)量誤(wu)差約(yue)達10%~20%；一(yi)般情(qing)況下(xia)，組份(fen)引起(qi)的測(ce)量誤(wu)差可(ke)以控(kong)制在(zai)5%以🚶内(nei)。
4.4.2體會(hui)
  現階(jie)段要(yao)做到(dao)在線(xian)進行(hang)密度(du)補償(chang)暫時(shi)不具(ju)備條(tiao)件，但(dan)相對(dui)💔于設(she)置偏(pian)離導(dao)緻的(de)計量(liang)誤差(cha)，取平(ping)均組(zu)份的(de)密度(du)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼作爲(wei)❤️計量(liang)基準(zhun)，可較(jiao)大幅(fu)度降(jiang)低計(ji)量偏(pian)☂️差。
  在(zai)實際(ji)工作(zuo)過程(cheng)中，有(you)必要(yao)對設(she)計提(ti)供的(de)數據(ju)的合(he)理性(xing)🈲進🌈行(hang)🍓複核(he)驗證(zheng)，類似(si)加氫(qing)裂化(hua)循環(huan)氫介(jie)質密(mi)度取(qu)值錯(cuo)誤導(dao)緻的(de)流🤞量(liang)指示(shi)誤差(cha)完全(quan)可以(yi)避免(mian)，而由(you)于組(zu)份變(bian)化對(dui)流量(liang)測量(liang)的誤(wu)差目(mu)前沒(mei)有合(he)适的(de)解🙇🏻決(jue)辦法(fa)，當組(zu)份變(bian)化不(bu)大時(shi)，流量(liang)誤差(cha)仍☔屬(shu)可控(kong)。
5結語(yu)
  在氣(qi)體流(liu)量測(ce)量系(xi)統中(zhong)，溫壓(ya)補償(chang)是其(qi)中一(yi)個不(bu)可缺(que)少的(de)環節(jie)，在實(shi)際的(de)生産(chan)過程(cheng)中，往(wang)往因(yin)設計(ji)參數(shu)的不(bu)确定(ding)性，提(ti)㊙️供的(de)孔闆(pan)計算(suan)原始(shi)參數(shu)與實(shi)際工(gong)況存(cun)在較(jiao)大的(de)偏差(cha)，學會(hui)計算(suan)調整(zheng)差壓(ya)，複核(he)驗證(zheng)并得(de)到正(zheng)确的(de)♻️補償(chang)系數(shu)在實(shi)際工(gong)作非(fei)常重(zhong)要。

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