溫壓補(bǔ)償在流量計(jì)量中的應(yīng)用
1 引言
差壓式流量計(jì)測量氣體流量時(shí)，由于介質(zhì)工作溫度、壓力不是恒定的，所以需要對(duì)測得的流量進(jìn)行溫壓補(bǔ)償才能獲得準(zhǔn)確的流量數(shù)值。但在實(shí)際維護(hù)工作中，由于概念模糊、錯(cuò)誤，對(duì)公式及參數(shù)的理解不夠深入嚴(yán)謹(jǐn)、各主流DCS或流量演算儀組態(tài)參數(shù)的配置不一等原因?qū)е職怏w流量測量偏差較大。
2 溫壓補(bǔ)償
2.1 溫壓補(bǔ)償?shù)幕驹?
由于氣體的可壓縮性，決定了其流量測量的復(fù)雜性，氣體的實(shí)際流量除了與儀表的測量信號(hào)有關(guān)，還與氣體的實(shí)時(shí)密度有關(guān)，而氣體的密度又是溫度和壓力的函數(shù)，所以，氣體的流量測量普遍存在溫壓補(bǔ)償問題，其實(shí)質(zhì)就是被測氣體的工況下溫度、壓力與設(shè)計(jì)數(shù)值不符時(shí)，而采取的密度修正措施。
2.2 溫壓補(bǔ)償?shù)那疤?
只有計(jì)算出流量，補(bǔ)償才有意義。溫壓補(bǔ)償?shù)那疤峋褪怯?jì)算出流量，沒有流量計(jì)算，補(bǔ)償就無從談起。只要是利用差壓原理來測量流量，都滿足流量基本方程。流量基本方程式（差壓流量計(jì)）為：
式中：
q為被測氣體在工作狀態(tài)下的體積流量；
M為被測氣體在工作狀態(tài)下的質(zhì)量流量；
k為系數(shù)，它包含流量系數(shù)、膨脹系數(shù)、管道孔徑等參數(shù)；
Δp為差壓，可實(shí)時(shí)檢測；
ρ為工作狀態(tài)下的密度，一般難以直接測得，通常通過溫度、壓力、組分求得，需在線進(jìn)行溫壓補(bǔ)償。
2.3 溫壓補(bǔ)償?shù)幕竟?
依據(jù)理想氣體、水蒸氣、濕氣體3種情況密度變化的具體特點(diǎn)，分別衍生出3種不同的流量補(bǔ)償公式。
（1） 理想氣體溫壓補(bǔ)償公式
式中：F0為補(bǔ)償前的流量，單位為m3/h；
F為補(bǔ)償后的流量，單位為m3/h；
P為工作壓力，單位為kPa；
Pb為設(shè)計(jì)壓力，單位為kPa；
T為工作溫度，單位為K；
Tb為設(shè)計(jì)溫度，單位為K。
（2）水蒸氣溫壓補(bǔ)償公式
水蒸氣不等同于理想氣體，其密度與溫度、壓力沒有現(xiàn)成的、精確的函數(shù)關(guān)系式，只能從手冊(cè)中，根據(jù)溫度和壓力查表找出相應(yīng)的密度，或以經(jīng)驗(yàn)公式來替代，分為兩種情況：
當(dāng)壓力變化范圍0.1~1.1MPa，溫度變化范圍100~400℃時(shí)：
當(dāng)壓力變化范圍1.0~14.7MPa，溫度變化范圍400~500℃時(shí)
式中：P為實(shí)時(shí)壓力，T為實(shí)時(shí)溫度。
（3）濕氣體溫壓補(bǔ)償公式
濕氣體與干氣體的不同點(diǎn)是，其密度除了與溫度、壓力有關(guān)外，還與濕度有關(guān)，包含濕度補(bǔ)正的濕氣體溫壓補(bǔ)償公式：
式中：
Q為補(bǔ)償后的質(zhì)量流量，
Q0為補(bǔ)償前的質(zhì)量流量，單位為kg/m3；
0.804為溫度0℃，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水蒸氣的密度，單位為kg/m3；
ρ0、T0、P0分別表示氣體在0℃、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的密度、絕對(duì)溫度、絕對(duì)壓力；
F為氣體的絕對(duì)濕度，kg/m3；
Z為氣體壓縮系數(shù)；
P為實(shí)時(shí)壓力；
T為實(shí)時(shí)溫度；
F、Z、ρ0可查表求得。
3 溫壓補(bǔ)償?shù)膶?shí)施
3.1 DCS中實(shí)現(xiàn)溫壓補(bǔ)償
在目前應(yīng)用的主流DCS系統(tǒng)具有數(shù)學(xué)函數(shù)、邏輯運(yùn)算的功能塊，方便程序得以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于理想氣體而言，艾默生DeltaV系統(tǒng)調(diào)用PT_COMP模塊、橫河CS3000 DCS系統(tǒng)調(diào)用TPCFL模塊、和利時(shí)MACCS DCS系統(tǒng)調(diào)用TPCOMP模塊、浙大中控JX-300XDCS系統(tǒng)調(diào)用PTCOMP模塊，定義相關(guān)變量并設(shè)置相應(yīng)參數(shù)即可。對(duì)于濕氣體或蒸汽而言，只需按照上述對(duì)應(yīng)的溫壓補(bǔ)償公式單獨(dú)組態(tài)即可。
3.2 PLC中實(shí)現(xiàn)溫壓補(bǔ)償
對(duì)于PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜。不管是理想氣體還是濕氣體或蒸汽而言，都須按照各自的補(bǔ)償公式自定義功能塊，在功能塊中通過文本化的高級(jí)編程語言編寫應(yīng)用程序，調(diào)用該功能塊來實(shí)現(xiàn)密度計(jì)算。
3.3 流量演算儀中實(shí)現(xiàn)溫壓補(bǔ)償
在流量演算儀中組態(tài)，若現(xiàn)場為差壓式儀表時(shí)，一方面要注意選用合適的密度補(bǔ)償模塊，同時(shí)還需注意通道的正確性、單位的一致性。若現(xiàn)場為脈沖式儀表，在設(shè)定儀表系數(shù)時(shí)確保單位的一致性，且只能測得工況下的體積流量，結(jié)合已經(jīng)固化好的密度補(bǔ)償芯片可算出對(duì)應(yīng)的質(zhì)量流量。
4 溫壓補(bǔ)償?shù)牡湫驼`解及維護(hù)策略
4.1 正確對(duì)待極端情況
要對(duì)實(shí)際工況波動(dòng)頻繁及波動(dòng)很大的場合持慎重態(tài)度，否則單靠溫壓補(bǔ)償仍難達(dá)到測量精度要求。自控人員應(yīng)建議工藝人員查找工況參數(shù)波動(dòng)大及波動(dòng)頻繁的原因，從工藝或設(shè)備上進(jìn)行改進(jìn)才是上策。
4.2 油品計(jì)量也需要溫壓補(bǔ)償
石油制品大都采用壓力、溫度修正，它通過密度與壓力、溫度的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算而得到。但這種方法并非所有情況都是有效的，如被測介質(zhì)組分經(jīng)常變動(dòng)，密度與壓力溫度關(guān)系不明確或精度不高等就難以應(yīng)用，因此，應(yīng)該發(fā)展補(bǔ)償?shù)闹苯臃ǎ芏取⒄扯妊a(bǔ)償），使直接法和間接法（壓力溫度補(bǔ)償）同時(shí)并舉，相輔相成。
4.3 工況流量與標(biāo)準(zhǔn)流量的區(qū)別
工況下的流量是指介質(zhì)在實(shí)際工作狀態(tài)下的流量，設(shè)計(jì)流量是指介質(zhì)在某種規(guī)定條件（一般為設(shè)計(jì)狀況）下的流量，標(biāo)準(zhǔn)流量是指壓力為101325Pa，溫度為20℃時(shí)的體積流量。在實(shí)際工作中有很多人將設(shè)計(jì)流量誤解為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的流量，這種情況一定要加以糾正。
4.4 量程與單位必須保證一致
注意DCS、PLC、演算儀中的差壓、溫度、壓力值的上下限的設(shè)定要與各個(gè)變送器保持一致，并要注意各個(gè)量的單位使用，單位在任何時(shí)候都需保持一致。
4.5 流量系數(shù)設(shè)定要慎之又慎
在以脈沖形式輸出的流量傳感器（如渦街流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、旋進(jìn)漩渦流量計(jì)、羅茨流量計(jì)）中，常用儀表常數(shù)來表示脈沖輸出量與流過儀表的流體流量之間的靜特性。在流量儀表中，儀表常數(shù)的定義是單位體積流體流過流量計(jì)時(shí)流量計(jì)發(fā)出的脈沖數(shù)，其單位為L-1或m-3，有些儀表中將單位標(biāo)示為流量系數(shù)K（單位為P/L或P/m-3，有的單位為I/L，有的單位為ξ單位為l/P，有的單位為N/L，或N/m-3），在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)保持量綱的一致性，有時(shí)需進(jìn)行簡單單位換算，否則容易出錯(cuò)。
4.6 避免重復(fù)開方
差壓式流量計(jì)總是要有開方運(yùn)算這一環(huán)節(jié)，但若在差壓變送器開了平方后，在二次儀表（DCS、PLC、流量演算儀）中再開方一次，就會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的誤差，重復(fù)開方使得儀表示值偏大。
4.7 避免將絕對(duì)壓力當(dāng)表壓來處理
在帶壓力補(bǔ)償?shù)牧髁繙y量系統(tǒng)中，其中最容易出錯(cuò)的是將絕對(duì)壓力當(dāng)表壓來處理，流量補(bǔ)償中用的壓力變送器一般均為表壓力變送器，但在差壓流量計(jì)中進(jìn)行壓力補(bǔ)償?shù)墓綖榻^壓，將絕對(duì)壓力當(dāng)表壓來處理帶來的誤差是顯著的，而且操作壓力越低，影響越大。
4.8 溫壓補(bǔ)償不是萬能的
當(dāng)工況參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值太多，或工況參數(shù)波動(dòng)頻繁且太大時(shí)，即使有了溫壓補(bǔ)正措施，仍難達(dá)到測量精度要求，此時(shí)對(duì)于特定的孔板而言，只能重新計(jì)算差壓與流量之間的關(guān)系。
5 結(jié)束語
氣體流量測量普遍存在溫壓補(bǔ)償問題，這是由氣體的特性所確定的。因此，在氣體流量測量系統(tǒng)中，溫壓補(bǔ)償是其中一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)。深入了解溫壓補(bǔ)償?shù)臋C(jī)理，將其靈活應(yīng)用于工作實(shí)踐中，真正做到流量測量了然于心，才能在工作中不被動(dòng)
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