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探讨孔板流量计计量蒸汽的温压补偿方式

作者: 来源: 发布时间:2017-10-11 15:06:42

 【摘 要】 蒸汽计量一直是许多行业的重点、难点,因其密度变化使得许多流量计在线温压补偿很难准确。本文将针对用孔板流量计测量蒸汽时,如何更好地进行温压补偿进行探讨。

 
前言:
        随着科学化、精细化管理的深入,节能降耗是企业提高效益,实现可持续发展的重要措施,越来越被各界所认同和重视。在石化行业,蒸汽作为一种十分重要的能源介质,其流量计量的必要性和重要性不言而喻的,在实践中遇到蒸汽计量的问题也非常多。本文将针对用孔板流量计测量蒸汽时温压补偿方式优劣进行探讨。
 
1 蒸汽密度对于流量测量的重要性及影响
        对于差压式流量测量装置而言,准确确定蒸汽的在线密度是确保蒸汽流量测量精度的主要条件之一。在流量测量公式中,介质的密度与差压信号值处于同样重要的位置上,介质在线密度是否准确对于流量测量结果的影响十分明显。
 
        以前,我们通过一次性计算补偿的方法对蒸汽的密度进行定值补偿和修正:先确定蒸汽的工作参数——温度和压力,根据工作参数确定蒸汽工作状态下的密度,将该密度作为将来流量测量过程中蒸汽的唯一密度进行孔板计算。在工作中不再对蒸汽的实际变化进行补偿或修正。但实际工况参数和设计工况参数不一致,则测量结果的误差就可能增大。
 
        从以上的分析和实践可以发现,在蒸汽测量过程中,一是当流量值保持不变,如果对应的差压值也保持不变,这时必须保证介质的密度同样保持不变,流量公式才能够成立。二是工作状态的变化,使介质的实际工作密度发生了变化,这时,即使差压值仍然保持不变,其对应的实际流量值是必然会发生变化的,否则流量公式是不能够成立的。那种简单的认为,孔板流量计的差压值一定和流量值之间有一种固定的对应关系的理念实际上是不正确的,这也是测量误差产生的直接原因。
 
2 温压补偿
2.1温压补偿的原因和意义
        实际生活中,理想气体状态方程运用于实际气体时会有所误差,因为理想气体在实际生活中并不存在。因此,在压力不变的条件下,过热蒸汽的密度随着温度的升高而降低;反之,在温度不变的条件下,过热蒸汽的密度随着压力的增加而增大。所以,对于孔板流量计这种差压式流量测量装置而言,准确确定蒸汽的在线密度是确保蒸汽流量测量精度的最重要的条件之一。
 
2.2温压补偿的基本原理
        由于气体的可压缩性,决定了其流量测量的复杂性,气体的实际流量除了与仪表的测量信号有关,还与气体的实时密度有关,而气体的密度又是温度和压力的函数,所以,气体的流量测量普遍存在温压补偿问题,其实质就是被测气体的工况下温度、压力与设计数值不符时,而采取的密度修正措施。
 
2.3理想气体温压补偿基本公式
理想气体温压补偿基本公式
式中:
        F 0 为补偿前的流量,单位为m 3 /h;
        F为补偿后的流量,单位为m 3 /h;
        P为工作压力,单位为kPa;
        P b 为设计压力,单位为kPa;
        T为工作温度,单位为K;
        T b 为设计温度,单位为K。
 
2.4温压补偿的方式
2.4.1 DCS中实现温压补偿
        在目前应用的主流DCS系统具有数学函数、逻辑运算的功能块,方便程序得以实现。对于理想气体而言,艾默生DeltaV系统调用PT_COMP模 块、 横 河CS3000DCS系 统 调 用TPCFL模 块、 和 利 时MACCSDCS系统调用TPCOMP模块、浙大中控JX-300XDCS系统调用PTCOMP模块,定义相关变量并设置相应参数即可。对于湿气体或蒸汽而言,只需按照上述对应的温压补偿公式单独组态即可。
 
2.4.2 PLC中实现温压补偿
        对于PLC控制系统,实现起来较为复杂。不管是理想气体还是湿气体或蒸汽而言,都须按照各自的补偿公式自定义功能块,在功能块中通过文本化的高级编程语言编写应用程序,调用该功能块来实现密度计算。
 
2.4.3查过热蒸汽密度表进行过热蒸汽流量的温压补偿
        在石化行业中,有专门的书面文件来指导孔板流量计的选型工作。根据《关于炼油企业计量设备配备的指导意见》2.2.1项第二条专门针对蒸汽计量的温压补偿做了以下阐述:对温度压力变化大的蒸汽计量点,必须实施温度压力在线补偿。蒸汽密度不能采用理想气体状态方程进行补偿,计算公式应按IFC1967或从JJG1003流量积算仪检定规程附录B《国际单位制的水和水蒸气的性质》中查取。
 
        因为在压力不变的条件下,过热蒸汽的密度随着温度的升高而降低;反之,在温度不变的条件下,过热蒸汽的密度随着压力的增加而增大。那么在温度和压力都发生变化的情况下呢?密度显然不是呈线性变化的。因此需要查表来获得对应的过热蒸汽密度。
如果已知过热蒸汽温度和压力,则可根据过热蒸汽密度表查出其密度,然后计算出过热蒸汽的瞬时流量。
 
2.4.4流量演算仪中实现温压补偿
        在流量演算仪中组态,若现场为差压式仪表时,一方面要注意选用合适的密度补偿模块,同时还需注意通道的正确性、单位的一致性。若现场为脉冲式仪表,在设定仪表系数时确保单位的一致性,且只能测得工况下的体积流量,结合已经固化好的密度补偿芯片可算出对应的质量流量。
 
3 结束语
        蒸汽是比较特殊的介质,随着压力、温度的变化,蒸汽的密度也会发生变化,所以有必要进行温压补偿。当蒸汽的压力、温度波动不大时,即工况参数偏离设计参数不多、对测量影响较小时,采用温压补偿措施就能达到精确测量的目的。但当工况参数偏离设计参数太多或工况参数波动频繁且太大时,即使有了温压补偿也难达到测量精度要求。此时,对于特定的节流元件,只能重新计算差压或流量。

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