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            探討孔板流量計計量蒸汽的溫壓補償方式

            作者: 來源: 發布時間:2017-10-11 15:06:42

             【摘 要】 蒸汽計量一直是許多行業的重點、難點,因其密度變化使得許多流量計在線溫壓補償很難準確。本文將針對用孔板流量計測量蒸汽時,如何更好地進行溫壓補償進行探討。

             
            前言:
                    隨著科學化、精細化管理的深入,節能降耗是企業提高效益,實現可持續發展的重要措施,越來越被各界所認同和重視。在石化行業,蒸汽作為一種十分重要的能源介質,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劣進行探討。
             
            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,介質的密度與差壓信號值處于同樣重要的位置上,介質在線密度是否準確對于流量測量結果的影響十分明顯。
             
                    以前,我們通過一次性計算補償的方法對蒸汽的密度進行定值補償和修正:先確定蒸汽的工作參數——溫度和壓力,根據工作參數確定蒸汽工作狀態下的密度,將該密度作為將來流量測量過程中蒸汽的weiyi密度進行孔板計算。在工作中不再對蒸汽的實際變化進行補償或修正。但實際工況參數和設計工況參數不一致,則測量結果的誤差就可能增大。
             
                    從以上的分析和實踐可以發現,在蒸汽測量過程中,一是當流量值保持不變,如果對應的差壓值也保持不變,這時必須保證介質的密度同樣保持不變,流量公式才能夠成立。二是工作狀態的變化,使介質的實際工作密度發生了變化,這時,即使差壓值仍然保持不變,其對應的實際流量值是必然會發生變化的,否則流量公式是不能夠成立的。那種簡單的認為,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關系的理念實際上是不正確的,這也是測量誤差產生的直接原因。
             
            2 溫壓補償
            2.1溫壓補償的原因和意義
                    實際生活中,理想氣體狀態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溫壓補償的基本原理
                    由于氣體的可壓縮性,決定了其流量測量的復雜性,氣體的實際流量除了與儀表的測量信號有關,還與氣體的實時密度有關,而氣體的密度又是溫度和壓力的函數,所以,氣體的流量測量普遍存在溫壓補償問題,其實質就是被測氣體的工況下溫度、壓力與設計數值不符時,而采取的密度修正措施。
             
            2.3理想氣體溫壓補償基本公式
            理想氣體溫壓補償基本公式
            式中:
                    F 0 為補償前的流量,單位為m 3 /h;
                    F為補償后的流量,單位為m 3 /h;
                    P為工作壓力,單位為kPa;
                    P b 為設計壓力,單位為kPa;
                    T為工作溫度,單位為K;
                    T b 為設計溫度,單位為K。
             
            2.4溫壓補償的方式
            2.4.1 DCS中實現溫壓補償
                    在目前應用的主流DCS系統具有數學函數、邏輯運算的功能塊,方便程序得以實現。對于理想氣體而言,艾默生DeltaV系統調用PT_COMP模 塊、 橫 河CS3000DCS系 統 調 用TPCFL模 塊、 和 利 時MACCSDCS系統調用TPCOMP模塊、浙大中控JX-300XDCS系統調用PTCOMP模塊,定義相關變量并設置相應參數即可。對于濕氣體或蒸汽而言,只需按照上述對應的溫壓補償公式單獨組態即可。
             
            2.4.2 PLC中實現溫壓補償
                    對于PLC控制系統,實現起來較為復雜。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用程序,調用該功能塊來實現密度計算。
             
            2.4.3查過熱蒸汽密度表進行過熱蒸汽流量的溫壓補償
                    在石化行業中,有專門的書面文件來指導孔板流量計的選型工作。根據《關于煉油企業計量設備配備的指導意見》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方程進行補償,計算公式應按IFC1967或從JJG1003流量積算儀檢定規程附錄B《國際單位制的水和水蒸氣的性質》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的過熱蒸汽密度。
            如果已知過熱蒸汽溫度和壓力,則可根據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流量演算儀中實現溫壓補償
                    在流量演算儀中組態,若現場為差壓式儀表時,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。若現場為脈沖式儀表,在設定儀表系數時確保單位的一致性,且只能測得工況下的體積流量,結合已經固化好的密度補償芯片可算出對應的質量流量。
             
            3 結束語
                    蒸汽是比較特殊的介質,隨著壓力、溫度的變化,蒸汽的密度也會發生變化,所以有必要進行溫壓補償。當蒸汽的壓力、溫度波動不大時,即工況參數偏離設計參數不多、對測量影響較小時,采用溫壓補償措施就能達到精確測量的目的。但當工況參數偏離設計參數太多或工況參數波動頻繁且太大時,即使有了溫壓補償也難達到測量精度要求。此時,對于特定的節流元件,只能重新計算差壓或流量。

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