0引言(yan)
  用标準節流裝(zhuāng)置測量氣體流(liu)量，其準确度影(ying)響因素👌，包括直(zhí)管段長度、一次(cì)測量元件運行(háng)狀況、現場變送(sòng)器安裝使用、儀(yí)🏃🏻表量♌程合理與(yǔ)否、溫壓補償參(can)數正确性都是(shi)非常重要的因(yin)素。
  氣體具有可(kě)壓縮性，在氣體(tǐ)流量測量過程(cheng)中，流量與🆚氣㊙️體(tǐ)密度緊密關聯(lián)；而氣體密度又(yòu)是溫度和壓力(lì)（簡稱溫🔴壓）的函(han)數。所以要獲取(qu)準确的氣體流(liú)量，需要進行溫(wēn)壓補償。
1節流式(shi)差壓流量計的(de)構成及工作原(yuan)理
1.1節流裝置流(liú)量測量系統構(gòu)成
  節流裝置(孔(kong)闆流量計)、導壓(yā)管、差壓變送器(qi)和流量二次表(biao)（DCS系統）組成了孔(kǒng)闆式節流裝置(zhi)流量測量系統(tǒng)（簡✂️稱流量測量(liàng)系統）。
1.2節流孔闆(pǎn)的工作原理
  充(chong)滿管道的流體(tǐ)流經管道内的(de)節流裝置，在節(jie)流件附近造👉成(chéng)局部收縮，流速(su)增加，在其上、下(xia)遊兩側☂️産生靜(jing)壓力差。
在已知(zhi)有關參數的條(tiáo)件下，根據流動(dòng)連續性原理和(he)㊙️伯努♍利㊙️方程可(kě)以推導出差壓(ya)與流量之間的(de)關系而🏃‍♂️求得流(liú)量[1]。其基本公♈式(shi)如下：

c－流出系數(shu)無量綱
qm－質量流(liu)量kg/s
qv－體積流量m3/s
β－直(zhí)徑比d/D無量綱
d－工(gong)作條件下節流(liú)件直徑
D－工作條(tiáo)件下上遊管道(dào)内徑
ρ流體的密(mì)度Kg/m3
ε可膨脹性系(xi)數無量綱
ΔP差壓(ya)值。
  在以上公式(shì)中，β和d是常數，C和(he)ε在一定流量範(fan)圍内也可以看(kan)作🌈是✉️常數，因此(cǐ)上式可以簡化(hua)爲：

  在工況一定(dìng)的情況下，即流(liu)體介質密度不(bú)變時，流體的流(liú)量與差壓成平(píng)方根關系。
2氣體(ti)流量測量的溫(wen)壓補償要求及(ji)公式推導
2.1氣體(ti)流量測量的溫(wen)壓補償要求
  由(you)于流量測量裝(zhuang)置的設計過程(cheng)中，提供的設計(ji)溫度、壓力與實(shí)際運行的工作(zuò)溫度、壓力有一(yī)定的差異，或者(zhě)由于工藝條🈲件(jian)造成流體溫度(du)、壓力波動較大(dà)，緻使測出的流(liú)量不能真實反(fan)映其工作狀态(tài)下的實際流量(liang)。當被測介質爲(wèi)氣體時，溫度、壓(ya)力對密㊙️度的影(yǐng)響就會更大，要(yao)獲得正确的結(jie)果則需要進行(háng)補償。
  通常測量(liang)氣體的溫度和(he)壓力要比測量(liang)介質密度更易(yi)實✉️現，在高溫高(gao)壓條件下，難以(yǐ)直接測量出氣(qì)體的密度，必須(xū)🔴根據密度與壓(ya)力、溫度的關系(xì)ρ=f(t,p)進行運算處理(li)，利用參數壓力(li)P、溫度✔️T來代替密(mì)度ρ的變化量進(jìn)行補償，而壓力(lì)P、溫度T可以通過(guò)安裝在孔闆前(qian)後的壓力變送(song)器、溫度儀表檢(jiǎn)測取得。
2.2氣體流(liu)量測量的溫壓(yā)補償公式推導(dǎo)
  用于過程控制(zhi)的氣體測量目(mu)前主要采用孔(kong)闆式節流裝置(zhi)進行流量測量(liàng)的方式[2]。其流量(liàng)基本方程式爲(wèi)：

  其中Qm爲被測流(liu)體的質量流量(liàng)，Qv爲被測流體的(de)體積流㊙️量💛，△P爲差(chà)壓變送器輸出(chu)的差壓值，ρ爲被(bèi)測流體的密度(du)。
在測氣體的孔(kǒng)闆計算書中，設(she)計者一般提供(gòng)孔闆測量的最(zuì)🔞大流量Qmax（單位一(yi)般是Nm3/h）、最大差壓(yā)△Pmax、設計溫度T0、設計(ji)壓力P0、設計密度(du)ρ0,假設被測介質(zhi)在标準狀況下(xia)的密度爲ρN
則有(yǒu)：


  其中：Pf爲工況下(xia)的壓力，Tf爲工況(kuàng)下的溫度。注意(yi)：計算時㊙️需采用(yòng)絕對壓力，絕對(dui)溫度。
将（7）代入（6）式(shì)：

3氣體流量測量(liàng)應用舉例
3.1問題(ti)引出的背景
  某(mou)廠加氫裂化裝(zhuāng)置循環氫機組(zǔ)入口流量參與(yu)機組的喘振控(kòng)🈲制，所以流量測(ce)量正确率顯得(dé)尤爲重要，但開(kai)工初期發現循(xun)環氫壓縮機入(ru)口流量指示超(chāo)量程。
  根據設計(ji)提供的孔闆計(ji)算原始數據（見(jiàn)表1，修改前），按ISO5167标(biao)🚶準法🙇‍♀️蘭🐉取壓的(de)計算軟件對孔(kǒng)闆的計算結果(guo)進行核算，得到(dào)的差壓量程及(ji)孔徑尺寸與制(zhi)造廠家提供的(de)數據一緻，但✨循(xún)環氫機組的入(rù)口流量指示超(chāo)量程情況依然(rán)未能解決。
  再次(ci)對孔闆計算書(shu)進行複核，發現(xian)機組循環氫介(jie)質标🌈準密💞度設(shè)置爲純氫的物(wù)性0.0899kg/m3、操作密度爲(wèi)10.5692kg/m3。即原✉️設計者把(bǎ)純氫密度替代(dài)循環氫介質密(mì)度作爲孔闆計(jì)算參數，造成了(le)差壓設置🥰的偏(pian)差。

3.2循環氫系統(tǒng)的介質特征
  加(jiā)氫裂化工藝在(zai)反應過程中需(xū)要耗氫，系統中(zhong)提供了過量的(de)❓氫氣參與反應(yīng)，經過反應後，未(wèi)反應的富裕氫(qing)氣從反應器✂️出(chu)來，經過降溫并(bìng)與油分離後，進(jin)入循🔞環氫壓🌈縮(suo)機升壓。
  循環氫(qīng)實際上是富氫(qīng)氣體，除了氫氣(qi)外，含有碳化💜合(he)物、硫化氫等組(zu)分，又稱混氫，純(chun)氫與混氫的密(mi)度有較大的差(chà)異。
3.3問題處置
  由(you)于孔闆已經安(an)裝到位投入使(shi)用，不具備更換(huan)條件。因此根據(jù)正常操作條件(jian)下混氫密度27.2194kg/m3以(yi)及實際孔闆🌈的(de)尺寸，來反推導(dǎo)差壓變送器的(de)實際量程。通過(guò)計算🙇‍♀️，循環氫💰入(rù)口流量的差⛷️壓(yā)量程⭐由原來的(de)8KPa修改爲16.19KPa。變送器(qi)量程經㊙️重新設(shè)置後流量指示(shì)在量程☔範圍内(nèi)重獲👣顯示。
  經過(guò)密度重設後盡(jìn)管在量程範圍(wéi)内可顯示，但數(shu)值的正确性♉仍(réng)存在較大偏差(chà)，究其原因是氣(qi)體流🌈量測🛀量未(wei)進行正确的溫(wēn)壓補償，程序設(shè)定溫壓補償公(gōng)式中仍取📐用純(chun)氫密度計💁算得(dé)到的補償系數(shu)不準确，流量與(yu)實際工況必定(ding)有較大偏差。
4流(liu)量正确率影響(xiǎng)分析
4.1初始密度(dù)設置偏差的影(ying)響分析
  從加氫(qīng)裂化裝置循環(huan)氫機組的入口(kou)流量指示超量(liàng)程問題中發現(xian)原設計介質密(mì)度設置偏離。循(xún)環💁氫介質操作(zuò)密度從10.5692kg/m3改爲✊27.2194kg/m3後(hou)，計算得出變送(sòng)器最大量程由(you)原來的8KPa改爲16.19KPa，而(er)對應最大流量(liang)350000Nm3/h的工程量不變(bian)。根據公式：

  由此(ci)可見，在孔闆測(cè)得同樣差壓的(de)情況下，8KPa量程所(suǒ)對應流👣量值指(zhi)示值是量程爲(wei)16.19KPa所對應流量值(zhí)指示的1.422倍，流量(liàng)指示偏大。原始(shi)介質密度設置(zhì)的不恰當導緻(zhì)流🌈量計算出現(xiàn)較🌈大誤差，且因(yin)變送器量程根(gēn)據原始密度選(xuǎn)型設置偏小而(ér)不能滿足🔅實際(ji)測量🔱要求。
4.2溫壓(yā)補償C系數偏差(chà)影響分析
  加氫(qing)裂化循環機機(ji)組入口流量的(de)溫壓補償方式(shì)，機🌂組制造🈲商給(gei)出一個補償系(xì)數C，提供的C值爲(wèi)518138.53，但未給出此系(xi)數來🤞源，推✨導過(guo)程及設定的邊(bian)界條件。因此，上(shang)例中差壓量程(cheng)修💛改後，流量指(zhǐ)示還是存在較(jiào)大偏差，必須對(dui)系數C進行調整(zhěng)，以下爲C系數調(diào)整的推算過程(chéng)。

  溫壓補償C系數(shu)與流量呈線性(xìng)關系，由于原先(xian)C值設置錯誤造(zào)成的流量誤差(chà)達到30.0%。
4.3介質組分(fèn)波動影響分析(xi)
  采用溫度、壓力(li)補償方法測量(liang)氣體體積流量(liang)，是基于介質✂️組(zu)份穩定或組份(fen)變化很小的一(yī)般氣體，可對流(liú)體密度影響予(yǔ)🚶以忽🌈略，對測量(liang)示值的影響也(yě)即可忽略。但對(duì)于組份波動變(biàn)化較大的氣體(tǐ)，流體密度影響(xiǎng)将增大，如仍将(jiang)某一組分的流(liú)體狀态密度當(dang)作常數來處理(li)，最大測量誤差(chà)就不可忽視。
  在(zai)加氫裂化循環(huán)氫系統運行過(guo)程中，循環氫組(zu)分除氫氣外，含(hán)有碳化合物、硫(liú)化氫等組分，混(hùn)氫組分發生着(zhe)動📞态變化。表2爲(wei)從混氫組份50個(gè)随機樣本中選(xuǎn)取數🤩據，通過計(jì)算獲得氫氣百(bai)分含量爲最大(dà)值、平均值、最🆚小(xiao)值時所對應的(de)密度分别爲：19.54kg/m3、26.615kg/m3、34.790kg/m3，密(mì)度存在着較大(dà)波動。

  對50個樣本(ben)數進行數據統(tǒng)計，結果爲：組分(fen)變化造成密度(du)變化曲⭐線如圖(tú)1，圖2描述了±10%密度(du)變化的樣本數(shu)👅爲66%。
  從圖1可看出(chu)，密度在20～40範圍内(nei)變化。由此引出(chu)新的疑惑🔞：盡管(guan)對氣體有溫壓(yā)補償糾偏，但氣(qì)體組分存在波(bo)動,爲了🌏量化組(zǔ)分波動的影響(xiang)情況，對影響的(de)幅度進行計算(suàn)。從設計提供的(de)孔闆計算🆚用密(mi)度爲27.2194kg/m3作爲基準(zhun)，按最小密度19.54kg/m3、最(zuì)大密度34.790kg/m3來計算(suan)流量的誤差🍓情(qing)況：

  假設除介質(zhì)密度變化外，K、△P都(dou)不變
則：

下的設(shè)計體積流量值(zhí)。
  當實際密度ρ2爲(wei)19.54kg/m3，設計密度ρ1爲27.2194kg/m3時(shi)：
Q2=1.18Q1
  同樣，當實際密(mì)度ρ2爲34.790kg/m3，設計密度(du)1爲27.2194kg/m3時：
Q2=0.884Q1
  從圖2情況(kuàng)看，組分變化引(yin)起密度在設計(ji)基準密度💋上下(xia)🆚10%範圍内波動的(de)情況占66%，按密度(du)上下變化爲10%計(ji)算，分别是：
Q2=0.954Q1
和Q2=1.054Q1
  當(dāng)實際密度ρ2比設(she)計密度ρ1小時，實(shi)際體積流量比(bi)指示的流量大(dà)。當實際密度ρ2比(bǐ)設計密度ρ1大時(shi)，實際體積流量(liàng)比指示的流量(liang)小。
4.4各因素影響(xiang)程度的比較
4.4.1影(yǐng)響程度比較
  由(yóu)于采用錯誤的(de)介質密度，造成(cheng)流量測量誤差(cha)最大🧑🏾‍🤝‍🧑🏼達40%；
  按錯誤(wù)的溫壓補償系(xì)數計算得到的(de)流量與實測值(zhi)之間的誤差達(dá)到30%；
  調整校正溫(wen)壓補償系數後(hòu)，介質組分變化(huà)可能造成的流(liu)♍量🐆測量誤差約(yuē)達10%~20%；一般情況下(xia)，組份引起的🔅測(cè)量🙇‍♀️誤差可以控(kong)制在5%以内。
4.4.2體會(hui)
  現階段要做到(dào)在線進行密度(dù)補償暫時不具(ju)備條件，但相對(duì)于設置偏離導(dao)緻的計量誤差(chà)，取平均組份的(de)密度作爲🔴計量(liang)基準，可較大幅(fu)度降低計量偏(pian)💞差。
  在實際工作(zuo)過程中，有必要(yào)對設計提供的(de)數據的合理性(xìng)進行複核驗證(zheng)，類似加氫裂化(hua)循環氫介質密(mì)度取值錯誤導(dǎo)緻的流量指示(shi)誤差完全可以(yǐ)避🏃🏻免，而由于組(zǔ)份變化對♈流量(liàng)測量的誤差目(mu)前沒有合适的(de)解決辦法，當😄組(zu)份變化不大時(shí)，流量誤差仍屬(shu)可控。
5結語
  在氣(qì)體流量測量系(xi)統中，溫壓補償(chang)是其中一個不(bú)可缺少的🔞環👨‍❤️‍👨節(jie)，在實際的生産(chan)過程中，往往因(yin)設計參數的不(bú)确定性，提供的(de)孔闆計算原始(shǐ)參數與實際工(gong)況☎️存在較大的(de)偏差，學會計算(suàn)調整差壓，複核(hé)驗證并得到正(zhèng)确的補償系數(shu)在實際工作非(fei)常重要。

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