0引言
  用标準(zhǔn)節(jiē)流裝(zhuāng)置測(cè)量氣(qì)體流量，其準确(què)度影響因素，包(bāo)括直管(guǎn)段(duàn)長度(dù)、一次(cì)測(cè)量元(yuán)件(jiàn)運行(háng)狀況(kuàng)、現場變送(sòng)器安(ān)裝使(shǐ)用、儀表量程合(hé)理與否、溫壓補(bǔ)償參數正(zhèng)确性都是非常(cháng)重要(yào)的因素。
  氣體具(jù)有可壓縮性，在氣(qì)體(tǐ)流量測量過程中(zhōng)，流(liú)量(liàng)與(yǔ)氣體密(mì)度(dù)緊密關聯；而氣體密(mì)度又(yòu)是溫(wēn)度和(hé)壓力(lì)（簡稱溫壓(yā)）的函數。所(suǒ)以要獲取(qǔ)準确的氣體流(liú)量，需要進行溫(wēn)壓補償。
1節(jiē)流式(shì)差壓流量(liàng)計的構成及工(gōng)作原理
1.1節流裝(zhuāng)置流(liú)量測量系(xì)統構(gòu)成
  節(jiē)流裝置(孔(kǒng)闆流量計(jì))、導壓管(guǎn)、差壓變送器(qì)和流(liú)量二次表(biǎo)（dcs系統(tǒng)）組成(chéng)了孔(kǒng)闆式節流(liú)裝置流量測量(liàng)系統（簡(jiǎn)稱流(liú)量測量(liàng)系統(tǒng)）。
1.2節流孔闆的(de)工作原(yuán)理
  充滿管道的(de)流體流經管道(dào)内的節流(liú)裝置(zhì)，在節(jiē)流件附近造成局部收縮，流速(sù)增加(jiā)，在其上、下(xià)遊兩側産(chǎn)生靜壓力差。
在已知有關(guān)參數的條(tiáo)件(jiàn)下，根據(jù)流動連續性原(yuán)理和(hé)伯(bó)努利方(fāng)程可以推導出差壓與流(liú)量之間的關系而求得流量[1]。其基本(běn)公(gōng)式如下(xià)：

c－流出(chū)系數無(wú)量綱(gāng)
qm－質(zhì)量流(liú)量kg/s
qv－體積流量m3/s
β－直徑(jìng)比d/d無量(liàng)綱
d－工作條件下節(jiē)流件直徑
d－工(gōng)作條件下(xià)上遊(yóu)管道内(nèi)徑
ρ流體(tǐ)的密度kg/m3
ε可膨脹性系(xì)數(shù)無量綱
Δp差壓(yā)值。
  在以上公式(shì)中(zhōng)，β和(hé)d是常(cháng)數，c和ε在一(yī)定流量範圍内(nèi)也可(kě)以看作是常數(shù)，因此(cǐ)上(shàng)式(shì)可以(yǐ)簡化爲：

  在工況(kuàng)一定的情況下(xià)，即流體(tǐ)介質密(mì)度不(bú)變時，流體(tǐ)的流量與(yǔ)差壓(yā)成平(píng)方根關系。
2氣體流量測量的溫壓補償要(yào)求及(jí)公式推導(dǎo)
2.1氣體流量測量(liàng)的溫(wēn)壓補償要(yào)求
  由于(yú)流(liú)量測量裝置(zhì)的(de)設計(jì)過程中，提供的(de)設計溫度(dù)、壓力(lì)與實(shí)際運行的(de)工作溫度、壓力(lì)有一定的差異(yì)，或者由于(yú)工藝條件造成流體(tǐ)溫度(dù)、壓(yā)力(lì)波動(dòng)較大，緻使測出的流量不能真實反(fǎn)映其工作(zuò)狀态下的(de)實際(jì)流量。當被測介質爲氣體(tǐ)時，溫(wēn)度、壓(yā)力對密度的影(yǐng)響就會更(gèng)大，要(yào)獲(huò)得正确(què)的結果則需要(yào)進行(háng)補(bǔ)償。
  通常(cháng)測量氣體的溫(wēn)度和(hé)壓(yā)力要比測(cè)量介質(zhì)密度(dù)更易(yì)實現，在高(gāo)溫高壓條(tiáo)件下(xià)，難以直接測量(liàng)出氣(qì)體的密度，必(bì)須根(gēn)據密度(dù)與壓力(lì)、溫度的(de)關系ρ=f(t,p)進行運算處理，利用參數壓力p、溫(wēn)度t來代(dài)替密度ρ的(de)變化(huà)量進行補償，而(ér)壓力p、溫(wēn)度t可以通過安(ān)裝在孔(kǒng)闆前後的壓力(lì)變送器、溫度儀(yí)表檢測取得。
2.2氣體流量(liàng)測量的(de)溫壓補(bǔ)償公式(shì)推導(dǎo)
  用于(yú)過程(chéng)控制(zhì)的氣(qì)體測(cè)量目前主要采(cǎi)用孔(kǒng)闆式節流裝置進行(háng)流量測量的方(fāng)式[2]。其流(liú)量基本方程(chéng)式爲(wèi)：

  其(qí)中(zhōng)qm爲(wèi)被(bèi)測流體(tǐ)的(de)質量流量，qv爲被測流體的(de)體積流量(liàng)，△p爲(wèi)差壓變送器(qì)輸出的差壓值，ρ爲被(bèi)測流(liú)體的密度(dù)。
在測氣體(tǐ)的孔(kǒng)闆(pǎn)計算書(shū)中，設計(jì)者一般(bān)提供孔(kǒng)闆測量(liàng)的最(zuì)大流(liú)量qmax（單位一般是nm3/h）、最大(dà)差壓(yā)△pmax、設計溫度t0、設計壓(yā)力p0、設計密度(dù)ρ0,假設被測(cè)介質在标(biāo)準狀(zhuàng)況下的密度爲ρn
則有(yǒu)：


  其中(zhōng)：pf爲工(gōng)況(kuàng)下的壓(yā)力，tf爲(wèi)工況下(xià)的(de)溫度(dù)。注意：計算(suàn)時需(xū)采用絕對(duì)壓力(lì)，絕對(duì)溫度(dù)。
将（7）代(dài)入（6）式：

3氣體(tǐ)流量(liàng)測量應用舉例(lì)
3.1問題引(yǐn)出(chū)的背景
  某廠(chǎng)加(jiā)氫裂(liè)化裝置循(xún)環氫機組入口流量(liàng)參與機組(zǔ)的喘振控(kòng)制，所(suǒ)以流(liú)量測(cè)量(liàng)正确率(lǜ)顯得尤爲重要(yào)，但開工初期發現循(xún)環氫(qīng)壓縮(suō)機入口流(liú)量指(zhǐ)示超量程。
  根據設計提供的孔闆計算原始數(shù)據（見表1，修(xiū)改(gǎi)前），按iso5167标準法(fǎ)蘭取壓的計(jì)算(suàn)軟件(jiàn)對孔闆的計算(suàn)結(jié)果進行核算(suàn)，得到的差壓量(liàng)程及孔徑(jìng)尺寸(cùn)與制造廠家提供的(de)數據(jù)一緻(zhì)，但(dàn)循環氫機組(zǔ)的入口流量指(zhǐ)示超(chāo)量(liàng)程(chéng)情況(kuàng)依然未能解決。
  再次(cì)對孔闆計(jì)算書進行複核(hé)，發現(xiàn)機組循環(huán)氫介質标(biāo)準密度設置(zhì)爲純氫(qīng)的物性0.0899kg/m3、操作密(mì)度爲(wèi)10.5692kg/m3。即原設計(jì)者把純氫密度(dù)替代(dài)循環(huán)氫介(jiè)質密度(dù)作爲孔(kǒng)闆計(jì)算參數，造(zào)成(chéng)了差壓設置(zhì)的偏差。

3.2循環氫系統的介(jiè)質特(tè)征
  加氫裂化工(gōng)藝在反應(yīng)過程(chéng)中需要耗氫，系(xì)統中提供了過量的氫(qīng)氣(qì)參與(yǔ)反應，經過反應(yīng)後，未反應的富(fù)裕氫氣從反應(yīng)器出來，經過降(jiàng)溫并(bìng)與油分離後，進入(rù)循(xún)環氫壓縮機升壓。
  循環(huán)氫實(shí)際上是(shì)富氫(qīng)氣體，除了(le)氫氣(qì)外，含(hán)有碳(tàn)化合物、硫化氫(qīng)等組分，又稱混(hùn)氫，純氫與(yǔ)混氫(qīng)的密度(dù)有(yǒu)較大(dà)的差異。
3.3問題處置
  由(yóu)于孔闆已經安裝到(dào)位投入使(shǐ)用，不具備(bèi)更換條(tiáo)件(jiàn)。因此(cǐ)根據正(zhèng)常(cháng)操作(zuò)條件(jiàn)下混氫密(mì)度27.2194kg/m3以(yǐ)及實際孔(kǒng)闆的尺寸，來反(fǎn)推導差壓變送(sòng)器的實(shí)際(jì)量程。通過計算，循環(huán)氫入口流量的(de)差壓量程由原(yuán)來的8kpa修改(gǎi)爲16.19kpa。變送器(qì)量(liàng)程經重新設(shè)置後(hòu)流量(liàng)指示(shì)在量程範(fàn)圍内(nèi)重(zhòng)獲顯示(shì)。
  經過密度重設(shè)後盡(jìn)管在(zài)量程(chéng)範圍内可顯示(shì)，但數值(zhí)的(de)正确(què)性仍(réng)存(cún)在較大(dà)偏差，究其(qí)原(yuán)因是氣體流(liú)量測(cè)量未進(jìn)行正确(què)的溫壓(yā)補(bǔ)償，程(chéng)序設定溫(wēn)壓補(bǔ)償公(gōng)式中仍取(qǔ)用純氫密(mì)度計算得到的補償(cháng)系數不準(zhǔn)确，流(liú)量與實際工況(kuàng)必定有較(jiào)大(dà)偏(piān)差。
4流量正确率(lǜ)影響分(fèn)析
4.1初始(shǐ)密度(dù)設置偏差(chà)的影響分(fèn)析
  從(cóng)加氫裂化裝置(zhì)循環氫機(jī)組的(de)入口流(liú)量指示(shì)超量程(chéng)問題中(zhōng)發現原設計介(jiè)質密度設(shè)置偏(piān)離。循環氫(qīng)介質(zhì)操作密(mì)度(dù)從10.5692kg/m3改(gǎi)爲27.2194kg/m3後，計算得出變送器最大量(liàng)程由(yóu)原來的8kpa改(gǎi)爲16.19kpa，而對應(yīng)最大流量350000nm3/h的(de)工程量(liàng)不變。根據公式：

  由此可(kě)見(jiàn)，在孔(kǒng)闆測得(dé)同(tóng)樣差壓的情(qíng)況下，8kpa量程所(suǒ)對應(yīng)流量值指示值是量(liàng)程爲16.19kpa所對應流量值指示的1.422倍(bèi)，流量指(zhǐ)示(shì)偏大(dà)。原始(shǐ)介(jiè)質密度(dù)設置的(de)不(bú)恰當(dāng)導緻(zhì)流量計算(suàn)出現(xiàn)較(jiào)大誤差(chà)，且因變送器量(liàng)程根據原始密度選型(xíng)設置偏小而不能(néng)滿足(zú)實際(jì)測量要求(qiú)。
4.2溫壓補償(cháng)c系數(shù)偏差影(yǐng)響分析(xī)
  加氫裂化(huà)循環(huán)機(jī)機(jī)組入口流(liú)量的溫壓補償(cháng)方式，機組制造(zào)商給(gěi)出(chū)一(yī)個補(bǔ)償系數c，提(tí)供的c值爲518138.53，但(dàn)未(wèi)給出(chū)此系(xì)數來源，推(tuī)導過(guò)程(chéng)及(jí)設定的邊界條件。因(yīn)此，上例中(zhōng)差壓量程(chéng)修改(gǎi)後，流(liú)量指示還是存(cún)在較(jiào)大偏差，必(bì)須對系數c進行(háng)調整，以下爲c系(xì)數調整(zhěng)的推算過程。

  溫壓補償(cháng)c系數與流量呈(chéng)線性(xìng)關(guān)系(xì)，由于(yú)原先c值設置錯誤造成的(de)流量(liàng)誤差達到(dào)30.0%。
4.3介質(zhì)組分波動(dòng)影響分析
  采(cǎi)用溫度(dù)、壓力(lì)補償(cháng)方法(fǎ)測量(liàng)氣體體積(jī)流量，是(shì)基于介(jiè)質組份穩(wěn)定或組份變(biàn)化(huà)很小(xiǎo)的一(yī)般氣(qì)體，可(kě)對流體密(mì)度影(yǐng)響予以忽略，對(duì)測量(liàng)示(shì)值的影(yǐng)響也即可(kě)忽略。但對于組份波動(dòng)變(biàn)化較大的氣體，流體密度(dù)影響(xiǎng)将增(zēng)大，如仍将某(mǒu)一組分的流(liú)體狀(zhuàng)态密度當(dāng)作常數來(lái)處理，最大測(cè)量誤差就不(bú)可忽(hū)視。
  在加(jiā)氫裂化循環(huán)氫(qīng)系統運(yùn)行過程中，循環氫組(zǔ)分除氫氣(qì)外，含(hán)有碳(tàn)化合(hé)物、硫(liú)化氫等組(zǔ)分，混氫組分發(fā)生着動态變化(huà)。表2爲(wèi)從混氫組(zǔ)份50個随機(jī)樣本(běn)中選取(qǔ)數(shù)據，通(tōng)過計(jì)算獲得氫(qīng)氣百分(fèn)含(hán)量爲(wèi)最大(dà)值、平均值、最小值(zhí)時(shí)所對應的(de)密度分别(bié)爲：19.54kg/m3、26.615kg/m3、34.790kg/m3，密(mì)度存(cún)在着較大波(bō)動。

  對50個(gè)樣本數進行數據統計，結果爲(wèi)：組分變化造成(chéng)密度(dù)變化曲線(xiàn)如圖(tú)1，圖2描(miáo)述了(le)±10%密度(dù)變化的樣(yàng)本數爲66%。
  從(cóng)圖1可(kě)看出(chū)，密度在20～40範(fàn)圍内變化(huà)。由此(cǐ)引出新的疑惑(huò)：盡管對氣(qì)體有(yǒu)溫壓(yā)補償糾偏，但氣(qì)體(tǐ)組分存在波(bō)動,爲了量(liàng)化組分(fèn)波動的(de)影響(xiǎng)情況，對影(yǐng)響的幅度(dù)進行(háng)計算。從(cóng)設計提(tí)供的(de)孔闆計算(suàn)用(yòng)密度爲27.2194kg/m3作爲(wèi)基準，按(àn)最小密度19.54kg/m3、最大密度34.790kg/m3來(lái)計算流量的誤(wù)差情(qíng)況：

  假設除介質(zhì)密度變化(huà)外，k、△p都不變
則：

下(xià)的設計體(tǐ)積流量值(zhí)。
  當實際密(mì)度ρ2爲(wèi)19.54kg/m3，設計密度(dù)ρ1爲(wèi)27.2194kg/m3時：
q2=1.18q1
  同(tóng)樣，當實(shí)際密度ρ2爲(wèi)34.790kg/m3，設計密度(dù)1爲27.2194kg/m3時：
q2=0.884q1
  從圖(tú)2情況看(kàn)，組分變(biàn)化引起密度在(zài)設計基準密度(dù)上下(xià)10%範圍内波(bō)動的(de)情況占66%，按(àn)密度(dù)上(shàng)下(xià)變化(huà)爲10%計算，分别是：
q2=0.954q1
和(hé)q2=1.054q1
  當(dāng)實(shí)際(jì)密度(dù)ρ2比設計密度ρ1小(xiǎo)時，實(shí)際體積流(liú)量比指示的流(liú)量大(dà)。當(dāng)實際密(mì)度ρ2比設計(jì)密度ρ1大時，實(shí)際(jì)體積(jī)流量比指(zhǐ)示的流量小。
4.4各(gè)因素(sù)影響(xiǎng)程度的比(bǐ)較(jiào)
4.4.1影(yǐng)響程度比(bǐ)較
  由于(yú)采(cǎi)用錯(cuò)誤的(de)介質(zhì)密度(dù)，造成流(liú)量(liàng)測量(liàng)誤差最大達40%；
  按(àn)錯誤的溫(wēn)壓補(bǔ)償系數計算得到的流量(liàng)與實(shí)測值之(zhī)間的誤(wù)差達到30%；
  調(diào)整校(xiào)正溫壓補(bǔ)償系(xì)數後，介質組(zǔ)分變化可(kě)能造成的流量測量誤差約達10%~20%；一般情(qíng)況下，組(zǔ)份引起(qǐ)的測(cè)量誤差可(kě)以控制(zhì)在(zài)5%以内。
4.4.2體會
  現階段要(yào)做到在線進行(háng)密(mì)度(dù)補償(cháng)暫時(shí)不具備(bèi)條件，但相對于設(shè)置偏(piān)離導緻的計量(liàng)誤差(chà)，取(qǔ)平均組(zǔ)份(fèn)的密度作爲(wèi)計量基準，可較(jiào)大幅度降(jiàng)低計(jì)量偏(piān)差。
  在實際(jì)工作過程(chéng)中，有(yǒu)必要對設(shè)計提(tí)供的數據(jù)的合(hé)理性(xìng)進(jìn)行(háng)複核(hé)驗證，類似加氫裂化(huà)循環氫介(jiè)質密(mì)度取值錯(cuò)誤導緻(zhì)的流量指示誤差(chà)完全可以避免(miǎn)，而由(yóu)于組份變化對流量測量的誤(wù)差目前沒有合适的解(jiě)決辦法(fǎ)，當組份變化不(bú)大時(shí)，流量誤差(chà)仍屬(shǔ)可控。
5結語(yǔ)
  在氣(qì)體流量測(cè)量系統中(zhōng)，溫壓(yā)補償(cháng)是其中一(yī)個不(bú)可缺(quē)少的環節，在實(shí)際的(de)生産過程中，往(wǎng)往因設計(jì)參數(shù)的不确(què)定(dìng)性，提(tí)供的(de)孔闆計算(suàn)原始參數與實(shí)際工(gōng)況存在較(jiào)大的偏差(chà)，學會(huì)計算(suàn)調(diào)整差壓(yā)，複核驗證(zhèng)并得(dé)到正确的補償(cháng)系數在實際工(gōng)作非常重要。

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