差压式流量计带温压补偿的具体应用

    引言

    差压式流量计是由节流装置与差压变送器配套测量流体流量的一种流量测量仪表。它包括孔板、喷嘴、V型锥、阿牛巴和文丘里等，它具有结构简单、安装方便、工作可靠、成本低廉和设计加工已经标准化等优点，因而在化工生产中得到广泛使用。在实际应用中，绝大多数差压式流量计使用工况总是偏离设计工况，造成流量计检测气态介质流量时流量误差较大。为了克服差压式流量计因工况变化引起的测量误差，所以常常把实际工况下的温度压力信号同时引入流量显示的二次仪表中，针对设计工况下的温度压力参数自动进行动态数学补偿修正，使得差压式流量检测的流量能够真实反映被测流体的实际流量。差压式流量计的缺点是压损较大，精度较低，对被测介质特性比较敏感，但它仍然在工业流量测量中发挥其独特的作用。

    1 差压式流量计测量原理

    参数几乎不变，假如通过它能够测量某种气态介质流量，那差压式流量计是利用流体流动过程中，动能和静压势能在一定条件下可以相互转换的原理进行流量测量的。差压式流量计由节流装置及差压测量装置两部分组成。节流装置安装在被测流体的管道中，流体流经节流装置时产生节流现象，动能和静压势能相互转换，节流装置前后产生与流量（流速）成比例的差压信号；差压测量装置（变送器）接收节流装置产生的差压信号，将其转换为相应的流量进行显示。

    根据质量守恒、能量守恒及流体连续性原理，推导出节流装置后压差与流量的关系式为：

    式中：Q_V——瞬时体积流量；

    C——流出系数；；α为流量系数E为渐近速度系数）

    ρ₁——流体流经节流件前的密度；

    β——节流件开孔尺寸、管道直径比，β=d/D；

    ε——可膨胀性系数，对不可压缩流体ε=1，可压缩流体0<ε<1；

    d——工作温度下节流件开孔直径；

    ΔP——节流件前后差压

    流量单位m³/h，长度单位m，压力单位KPa，密度单位kg/m³。

    根据上述原理，如果节流装置制作好，节流件本身固有参数几乎不变，假如通过它能够测量某种气态介质流量，那么同一种介质在不同况下，其流量就有如下关系：

        （1）

    （Q_V1设计工况体积流量；Q_V2实际工况体积流量；ΔP_V1设计工况差压；ΔP_V2实际工况差压；P_V1设计工况密度；P_V2设计工况密度）

    令ΔP_V1=ΔP_V2（1）式简化为：

        （2）

    根据P_V1/P_V2=P_V1T_V2/P_V2T_V1

    （P_v1为“设计工况1”的绝对压力、P_V2为“实际工况2”的绝对压力、T_V1为“设计工况1”的K氏温度、T_V2为“实际工况2”的K氏温度）

    故由（2）式化为：

        （3）

    显然由（3）式看出设计工况体积流量Q_V1与实际工况体积流量Q_V2间的补偿修正关系只与相应工况的温度压力有关。

    2 差压式流量计测量气态介质流量时带温度压力补偿的实际应用

    在化工生产过程中，有许多气体流量由于实际温度、压力的变化与波动而偏离设计值（基准值），势必造成实际的瞬时流量测量有误差，导致累积流量也会有误差。为了修正该误差，在DCS中必需考虑对气体流量测量进行温压补偿计算。例如：在焦炉气制甲醇生产中，遇到最多的是焦炉煤气流量补偿计算、饱和蒸汽流量补偿计算和空气流量补偿计算，下面以焦炉煤气制甲醇采用的DCS应用实例作介绍，其它气体流量补偿计算可参比本实例。

    在DCS系统中，一般可以做一个专用的温压补偿功能模块，工程人员完成相关参数的设置和回路连接即可。流量补偿计算如下图： 

温压补偿运算功能模块

    温度压力补偿运算功能模块具体编程：

    上图中，“PT_工况”代表连接现场压力采集信号通道，“TE_工况”代表连接现场温度采集信号通道，“FT_补偿前”代表连接现场工况流量采集信号通道，“FR_补偿后”是电脑计算修正的流量数即温压补偿后的瞬时流量值，它可在DCS电脑屏幕上显示出该瞬时流量实际大小。

    3 结语

    差压式流量计在测量气态介质流量时，特别要关注所测量介质的压力温度符合或不符合设计时的压力温度，如果工况与设计相差较大，那么必须按照上述方法加以补偿修正流量值，方可准确计量。