探討孔板流量計計量蒸汽的溫壓補償方式

　　前言：

　　隨著科學(xué)化、精細(xì)化管理的深入，節(jié)能降耗是企業(yè)提高效益，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要措施，越來越被各界所認(rèn)同和重視。在石化行業(yè)，蒸汽作為一種十分重要的能源介質(zhì)，其流量計量的必要性和重要性不言而喻的，在實踐中遇到蒸汽計量的問題也非常多。本文將針對用孔板流量計測量蒸汽時溫壓補償方式優(yōu)劣進(jìn)行探討。

　　1　蒸汽密度對于流量測量的重要性及影響

　　對于差壓式流量測量裝置而言，準(zhǔn)確確定蒸汽的在線密度是確保蒸汽流量測量精度的主要條件之一。在流量測量公式中，介質(zhì)的密度與差壓信號值處于同樣重要的位置上，介質(zhì)在線密度是否準(zhǔn)確對于流量測量結(jié)果的影響十分明顯。

　　以前，我們通過一次性計算補償?shù)姆椒▽φ羝拿芏冗M(jìn)行定值補償和修正：先確定蒸汽的工作參數(shù)——溫度和壓力，根據(jù)工作參數(shù)確定蒸汽工作狀態(tài)下的密度，將該密度作為將來流量測量過程中蒸汽的weiyi密度進(jìn)行孔板計算。在工作中不再對蒸汽的實際變化進(jìn)行補償或修正。但實際工況參數(shù)和設(shè)計工況參數(shù)不一致，則測量結(jié)果的誤差就可能增大。

　　從以上的分析和實踐可以發(fā)現(xiàn)，在蒸汽測量過程中，一是當(dāng)流量值保持不變，如果對應(yīng)的差壓值也保持不變，這時必須保證介質(zhì)的密度同樣保持不變，流量公式才能夠成立。二是工作狀態(tài)的變化，使介質(zhì)的實際工作密度發(fā)生了變化，這時，即使差壓值仍然保持不變，其對應(yīng)的實際流量值是必然會發(fā)生變化的，否則流量公式是不能夠成立的。那種簡單的認(rèn)為，孔板流量計的差壓值一定和流量值之間有一種固定的對應(yīng)關(guān)系的理念實際上是不正確的，這也是測量誤差產(chǎn)生的直接原因。

　　2　溫壓補償

　　2.1溫壓補償?shù)脑蚝鸵饬x

　　實際生活中，理想氣體狀態(tài)方程運用于實際氣體時會有所誤差，因為理想氣體在實際生活中并不存在。因此，在壓力不變的條件下，過熱蒸汽的密度隨著溫度的升高而降低；反之，在溫度不變的條件下，過熱蒸汽的密度隨著壓力的增加而增大。所以，對于孔板流量計這種差壓式流量測量裝置而言，準(zhǔn)確確定蒸汽的在線密度是確保蒸汽流量測量精度的zui重要的條件之一。

　　2.2溫壓補償?shù)幕驹?/p>

　　由于氣體的可壓縮性，決定了其流量測量的復(fù)雜性，氣體的實際流量除了與儀表的測量信號有關(guān)，還與氣體的實時密度有關(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償問題，其實質(zhì)就是被測氣體的工況下溫度、壓力與設(shè)計數(shù)值不符時，而采取的密度修正措施。

　　2.3理想氣體溫壓補償基本公式

　　式中：

　　F0為補償前的流量，單位為m3/h；

　　F為補償后的流量，單位為m3/h；

　　P為工作壓力，單位為kPa；

　　Pb為設(shè)計壓力，單位為kPa；

　　T為工作溫度，單位為K；

　　Tb為設(shè)計溫度，單位為K。

　　2.4溫壓補償?shù)姆绞?/p>

　　2.4.1DCS中實現(xiàn)溫壓補償

　　在目前應(yīng)用的主流DCS系統(tǒng)具有數(shù)學(xué)函數(shù)、邏輯運算的功能塊，方便程序得以實現(xiàn)。對于理想氣體而言，艾默生DeltaV系統(tǒng)調(diào)用PT_COMP模塊、橫河CS3000DCS系統(tǒng)調(diào)用TPCFL模塊、和利時MACCSDCS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。對于濕氣體或蒸汽而言，只需按照上述對應(yīng)的溫壓補償公式單獨組態(tài)即可。

　　2.4.2PLC中實現(xiàn)溫壓補償

　　對于PLC控制系統(tǒng)，實現(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，都須按照各自的補償公式自定義功能塊，在功能塊中通過文本化的高級編程語言編寫應(yīng)用程序，調(diào)用該功能塊來實現(xiàn)密度計算。

　　2.4.3查過熱蒸汽密度表進(jìn)行過熱蒸汽流量的溫壓補償在石化行業(yè)中，有專門的書面文件來指導(dǎo)孔板流量計的選型工作。根據(jù)《關(guān)于煉油企業(yè)計量設(shè)備配備的指導(dǎo)意見》2.2.1項第二條專門針對蒸汽計量的溫壓補償做了以下闡述：對溫度壓力變化大的蒸汽計量點，必須實施溫度壓力在線補償。蒸汽密度不能采用理想氣體狀態(tài)方程進(jìn)行補償，計算公式應(yīng)按IFC1967或從JJG1003流量積算儀檢定規(guī)程附錄B《國際單位制的水和水蒸氣的性質(zhì)》中查取。

　　因為在壓力不變的條件下，過熱蒸汽的密度隨著溫度的升高而降低；反之，在溫度不變的條件下，過熱蒸汽的密度隨著壓力的增加而增大。那么在溫度和壓力都發(fā)生變化的情況下呢？密度顯然不是呈線性變化的。因此需要查表來獲得對應(yīng)的過熱蒸汽密度。

　　如果已知過熱蒸汽溫度和壓力，則可根據(jù)過熱蒸汽密度表查出其密度，然后計算出過熱蒸汽的瞬時流量。

　　2.4.4流量演算儀中實現(xiàn)溫壓補償

　　在流量演算儀中組態(tài)，若現(xiàn)場為差壓式儀表時，一方面要注意選用合適的密度補償模塊，同時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)固化好的密度補償芯片可算出對應(yīng)的質(zhì)量流量。

　　3　結(jié)束語

　　蒸汽是比較特殊的介質(zhì)，隨著壓力、溫度的變化，蒸汽的密度也會發(fā)生變化，所以有必要進(jìn)行溫壓補償。當(dāng)蒸汽的壓力、溫度波動不大時，即工況參數(shù)偏離設(shè)計參數(shù)不多、對測量影響較小時，采用溫壓補償措施就能達(dá)到精確測量的目的。但當(dāng)工況參數(shù)偏離設(shè)計參數(shù)太多或工況參數(shù)波動頻繁且太大時，即使有了溫壓補償也難達(dá)到測量精度要求。此時，對于特定的節(jié)流元件，只能重新計算差壓或流量。