0引言(yan)
  用标準節流裝(zhuāng)置測量氣體流(liu)量，其準确度影(yǐng)響因素，包括❓直(zhí)管段長度、一次(ci)測量元件運行(hang)狀況、現場變送(song)器安裝使用、儀(yi)💛表量程合理與(yǔ)否、溫壓補償參(can)數正确性都是(shì)非常重要的因(yīn)素。
  氣體具有可(ke)壓縮性，在氣體(tǐ)流量測量過程(chéng)中，流量與氣體(tǐ)密度緊密關聯(lian)；而氣體密度又(you)是溫度和壓力(li)（簡♻️稱溫壓）的函(hán)數。所以要獲取(qǔ)準确的氣體流(liu)量💚，需要進行溫(wēn)壓㊙️補償。
1節流式(shì)差壓流量計的(de)構成及工作原(yuan)理
1.1節流裝置流(liu)量測量系統構(gòu)成
  節流裝置(孔(kǒng)闆流量計)、導壓(yā)管、差壓變送器(qì)和流量二次表(biǎo)（DCS系統）組成了孔(kong)闆式節流裝置(zhì)流量測量系統(tong)（簡稱流量測量(liang)系統）。
1.2節流孔闆(pan)的工作原理
  充(chōng)滿管道的流體(ti)流經管道内的(de)節流裝置，在節(jiē)流件附近造㊙️成(cheng)局部收縮，流速(su)增加，在其上、下(xià)遊兩側産生靜(jìng)壓力差。
在已知(zhī)有關參數的條(tiao)件下，根據流動(dong)連續性原理和(hé)🏃‍♀️伯❌努利方程可(kě)以推導出差壓(yā)與流量之間的(de)關💋系而✊求得流(liu)量[1]。其基本公式(shì)如下：

c－流出系數(shù)無量綱
qm－質量流(liu)量kg/s
qv－體積流量m3/s
β－直(zhi)徑比d/D無量綱
d－工(gōng)作條件下節流(liú)件直徑
D－工作條(tiáo)件下上遊管道(dao)内徑
ρ流體的密(mì)度Kg/m3
ε可膨脹性系(xi)數無量綱
ΔP差壓(ya)值。
  在以上公式(shi)中，β和d是常數，C和(he)ε在一定流量範(fàn)圍内也可以看(kan)作🎯是常數，因此(ci)上式可以簡化(huà)爲：

  在工況一定(ding)的情況下，即流(liu)體介質密度不(bú)變時，流體的流(liu)量與差壓成平(ping)方根關系。
2氣體(tǐ)流量測量的溫(wen)壓補償要求及(ji)公式推導
2.1氣體(tǐ)流量測量的溫(wen)壓補償要求
  由(yóu)于流量測量裝(zhuang)置的設計過程(cheng)中，提供的設計(ji)溫度、壓力☎️與實(shí)際運行的工作(zuo)溫度、壓力有一(yi)定的差異，或者(zhe)由✍️于工藝條件(jiàn)造成流體溫度(du)、壓力波動較大(da)，緻使測出的流(liú)量不能真實反(fǎn)映其👅工作狀态(tài)下的實際流量(liàng)。當被測介質爲(wèi)氣體時，溫度、壓(yā)力對密度的影(ying)響就會更大，要(yao)獲得正确的結(jié)果則需要進行(hang)補償。
  通常測量(liàng)氣體的溫度和(hé)壓力要比測量(liàng)介質密度🚶更易(yi)實現，在高溫高(gao)壓條件下，難以(yi)直接測量出氣(qì)體的🐅密度，必須(xu)根據密度與壓(ya)力、溫度的關系(xì)ρ=f(t,p)進行🌈運算處理(li)，利用⛷️參數壓力(li)P、溫度T來代替密(mì)度ρ的變化量進(jìn)行補償，而壓力(lì)P、溫度T可以通過(guò)安裝在孔闆前(qian)後的壓力變送(song)器、溫度儀表檢(jiǎn)測取得。
2.2氣體流(liu)量測量的溫壓(ya)補償公式推導(dǎo)
  用于過程控制(zhì)的氣體測量目(mu)前主要采用孔(kong)闆式節流裝置(zhi)進行流量測量(liang)的方式[2]。其流量(liàng)基本方程式爲(wei)：

  其中Qm爲被測流(liu)體的質量流量(liàng)，Qv爲被測流體的(de)體積流👈量，△P爲差(chà)壓變送器輸出(chū)的差壓值，ρ爲被(bèi)測流體的密度(du)。
在測氣體的孔(kǒng)闆計算書中，設(she)計者一般提供(gòng)孔闆測✂️量的最(zui)大流量Qmax（單位一(yi)般是Nm3/h）、最大差壓(yā)△Pmax、設計溫度T0、設計(ji)壓力P0、設計密度(dù)ρ0,假設被測介質(zhi)在标準狀況下(xia)的密度爲ρN
則有(yǒu)：


  其中：Pf爲工況下(xià)的壓力，Tf爲工況(kuang)下的溫度。注意(yì)：計算時❄️需采用(yong)絕對壓力，絕對(duì)溫度。
将（7）代入（6）式(shi)：

3氣體流量測量(liàng)應用舉例
3.1問題(ti)引出的背景
  某(mou)廠加氫裂化裝(zhuāng)置循環氫機組(zu)入口流量參與(yu)機組🏃🏻的👄喘振控(kòng)制，所以流量測(ce)量正确率顯得(dé)尤爲重要，但❗開(kāi)工初期發現循(xun)環氫壓縮機入(ru)口流量指示🍓超(chāo)量程。
  根據設計(ji)提供的孔闆計(jì)算原始數據（見(jian)表1，修改前），按ISO5167标(biāo)🍓準法蘭取壓的(de)計算軟件對孔(kǒng)闆的計算結果(guo)進行核算，得到(dào)的差壓量程及(jí)孔徑尺寸與制(zhi)造廠家提供的(de)數據一緻，但循(xun)環氫機組的入(rù)口流量指示超(chao)量程情況依然(rán)未能解決。
  再次(ci)對孔闆計算書(shu)進行複核，發現(xian)機組循環氫介(jiè)質标準密🙇‍♀️度設(shè)置爲純氫的物(wù)性0.0899kg/m3、操作密度爲(wei)10.5692kg/m3。即原設計⭕者把(bǎ)💁純氫密度♌替代(dai)循環氫介質密(mi)度作爲孔闆計(jì)算參數，造🏃‍♀️成了(le)差壓設置的偏(piān)差。

3.2循環氫系統(tǒng)的介質特征
  加(jiā)氫裂化工藝在(zài)反應過程中需(xu)要耗氫，系統中(zhong)提供⭐了過量♌的(de)氫氣參與反應(ying)，經過反應後，未(wei)反應的富裕氫(qīng)氣從反應器出(chu)來，經過降溫并(bing)與油分離後，進(jìn)入循環氫壓縮(suō)機升壓。
  循環氫(qing)實際上是富氫(qīng)氣體，除了氫氣(qì)外，含有碳化合(he)物、硫化氫等組(zǔ)分，又稱混氫，純(chún)氫與混氫的密(mi)度有較大的差(chà)異。
3.3問題處置
  由(you)于孔闆已經安(ān)裝到位投入使(shi)用，不具備更換(huan)條件。因此根據(jù)正常操作條件(jiàn)下混氫密度27.2194kg/m3以(yǐ)及實際孔闆的(de)尺寸，來反推👨‍❤️‍👨導(dǎo)差壓變送器的(de)實際量程。通🏒過(guo)計算🈲，循環氫入(rù)口流量的差壓(yā)量程由原來的(de)8KPa修改爲16.19KPa。變送器(qì)量程經💁重新設(she)置後流量指示(shì)在量程範圍内(nei)重獲顯示。
  經過(guò)密度重設後盡(jin)管在量程範圍(wei)内可顯示，但數(shù)值的正确性仍(réng)存在較大偏差(cha)，究其原因是氣(qi)體流量測量未(wei)進行正确🌍的溫(wēn)♊壓補償，程序設(shè)定溫壓補償公(gōng)式中仍取用純(chun)氫密度計🐪算得(de)到的補償系數(shu)不準确，流量與(yǔ)實際工況必定(dìng)有較大偏💯差。
4流(liú)量正确率影響(xiang)分析
4.1初始密度(du)設置偏差的影(ying)響分析
  從加氫(qīng)裂化裝置循環(huan)氫機組的入口(kou)流量指示超🏃🏻‍♂️量(liang)程💛問題🐕中發現(xian)原設計介質密(mì)度設置偏離。循(xún)環氫介質操作(zuo)密度從10.5692kg/m3改爲㊙️27.2194kg/m3後(hòu)，計算得出變送(song)器最大量程由(you)⭐原來的8KPa改爲16.19KPa，而(ér)對應最大流量(liang)350000Nm3/h的工程量不變(biàn)。根據公式：

  由此(ci)可見，在孔闆測(ce)得同樣差壓的(de)情況下，8KPa量程所(suo)對應流量值指(zhǐ)示值是量程爲(wèi)16.19KPa所對應流量值(zhí)指示的1.422倍，流量(liang)指示偏大。原始(shǐ)介質密度設置(zhi)的不恰當導緻(zhi)流量計算🛀出現(xian)較大誤差，且因(yin)變送器量程根(gen)據原始密度選(xuǎn)型設🛀置偏小而(er)不能滿足👄實際(jì)測量要求。
4.2溫壓(yā)補償C系數偏差(chà)影響分析
  加氫(qīng)裂化循環機機(jī)組入口流量的(de)溫壓補償方式(shì)，機組制造🏃商給(gěi)出一個補償系(xì)數C，提供的C值爲(wei)518138.53，但未給出此系(xì)數來源，推導過(guo)程及設定的邊(bian)界條件。因此，上(shàng)例中差壓量程(chéng)修🈲改後，流量指(zhǐ)示👈還是存在較(jiao)大偏差，必須對(dui)系數C進行調整(zhěng)，以下爲C系🥵數調(diào)整的推算過程(cheng)。

  溫壓補償C系數(shù)與流量呈線性(xìng)關系，由于原先(xiān)C值設置錯誤造(zao)成的流量誤差(cha)達到30.0%。
4.3介質組分(fen)波動影響分析(xi)
  采用溫度、壓力(li)補償方法測量(liàng)氣體體積流量(liàng)，是基于介質組(zu)份👌穩定或組份(fen)變化很小的一(yī)般氣體，可對流(liú)體密度影響予(yu)以忽略，對測量(liàng)示值的影響也(yě)⛷️即可忽略。但對(dui)🐅于組份✔️波動變(biàn)化較大的氣體(tǐ)，流體密度影響(xiǎng)将增大，如🏃🏻‍♂️仍将(jiang)某一組分的流(liu)體狀态密👅度當(dang)作常數來處理(li)，最大⛱️測量誤差(chà)就不可忽視。
  在(zai)加氫裂化循環(huan)氫系統運行過(guo)程中，循環氫組(zu)分除氫🙇🏻氣外，含(han)有碳化合物、硫(liú)化氫等組分，混(hun)氫組分發生着(zhe)動态變♉化。表2爲(wei)從💛混氫組份50個(ge)随機樣本中選(xuǎn)取數據，通過計(ji)算獲得氫氣💜百(bǎi)分含量爲最大(da)值、平均值、最小(xiao)值時所對應的(de)密🔞度分别爲：19.54kg/m3、26.615kg/m3、34.790kg/m3，密(mì)度存在🍉着較大(da)波動。

  對50個樣本(ben)數進行數據統(tǒng)計，結果爲：組分(fèn)變化造成密度(dù)變化曲線如圖(tú)1，圖2描述了±10%密度(du)變化的樣本數(shù)爲66%。
  從圖1可看出(chu)，密度在20～40範圍内(nei)變化。由此引出(chū)新的疑惑：盡🏒管(guan)對氣體有溫壓(ya)補償糾偏，但氣(qì)體組分存在波(bo)動🐪,爲了㊙️量化組(zǔ)分波動✔️的影響(xiang)情況，對影響的(de)幅度進行計算(suan)。從設計提供的(de)孔闆計算用密(mì)度爲27.2194kg/m3作爲基準(zhǔn)，按最小密度19.54kg/m3、最(zuì)大密度34.790kg/m3來計算(suan)流量的誤差情(qíng)況：

  假設除介質(zhi)密度變化外，K、△P都(dou)不變
則：

下的設(shè)計體積流量值(zhí)。
  當實際密度ρ2爲(wèi)19.54kg/m3，設計密度ρ1爲27.2194kg/m3時(shí)：
Q2=1.18Q1
  同樣，當實際密(mi)度ρ2爲34.790kg/m3，設計密度(dù)1爲27.2194kg/m3時：
Q2=0.884Q1
  從圖2情況(kuàng)看，組分變化引(yin)起密度在設計(jì)基準密度上下(xia)10%範圍内波動的(de)情況占66%，按密度(dù)上下變化爲10%計(ji)算，分别是：
Q2=0.954Q1
和Q2=1.054Q1
  當(dang)實際密度ρ2比設(shè)計密度ρ1小時，實(shi)際體積流量比(bǐ)指示的流量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻大(dà)。當實際密度ρ2比(bi)設計密度ρ1大時(shi)，實際體積流量(liàng)比指示💚的流量(liàng)小。
4.4各因素影響(xiang)程度的比較
4.4.1影(ying)響程度比較
  由(you)于采用錯誤的(de)介質密度，造成(cheng)流量測量誤差(chà)最☁️大達40%；
  按錯誤(wu)的溫壓補償系(xi)數計算得到的(de)流量與實測值(zhí)之間的誤差達(dá)到30%；
  調整校正溫(wen)壓補償系數後(hou)，介質組分變化(hua)可能造💔成🏒的流(liú)量測量誤差約(yuē)達10%~20%；一般情況下(xia)，組份引起的測(ce)量誤差🌐可以控(kòng)制⭐在5%以内。
4.4.2體會(hui)
  現階段要做到(dao)在線進行密度(dù)補償暫時不具(jù)備條件，但⛹🏻‍♀️相對(duì)于設置偏離導(dao)緻的計量誤差(chà)，取平均組份的(de)🍓密度作爲計量(liang)基準，可較大幅(fu)度降低計量偏(piān)差。
  在實際工作(zuo)過程中，有必要(yào)對設計提供的(de)數據的合理性(xing)進行⭕複核驗證(zhèng)，類似加氫裂化(huà)循環氫介質密(mì)度取值錯誤導(dǎo)緻的流量指示(shi)誤差完全可以(yǐ)避免，而由于組(zu)份變化對流量(liàng)測量的誤差目(mu)前沒有🤞合适的(de)解♊決辦法，當組(zu)份變化🐕不大時(shí)，流量誤差仍屬(shu)可控。
5結語
  在氣(qi)體流量測量系(xì)統中，溫壓補償(chang)是其中一個不(bú)可缺少的環節(jie)，在實際的生産(chǎn)過程中，往往因(yin)設計參數的不(bú)确定性，提供的(de)孔闆計算原始(shi)參數與實際工(gōng)況存在較大的(de)偏差，學會計算(suan)調整差壓，複核(hé)驗證并得到正(zheng)确的補償系數(shù)在實際工作非(fēi)常重要。

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