針對(duì)氣體和蒸汽流體在流量測(cè)量中由于溫度和壓力的變化導(dǎo)致測(cè)量偏差的問(wèn)題 ，需要通過(guò)對(duì)流量的測(cè)量進(jìn)行溫度、壓力的補(bǔ)償修正來(lái)保證流量測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確。介紹了***常用的差壓式流量計(jì)的測(cè)量原理以及測(cè)量方法，對(duì)氣體和蒸汽的溫壓補(bǔ)償技術(shù)及計(jì)算公式，分析了不同溫壓補(bǔ)償方式的實(shí)用性，并用實(shí)例講解了相關(guān)公式的使用方法。***后，提出了工程實(shí)踐中溫壓補(bǔ)償需要注意的問(wèn)題。

在化工裝置中常見(jiàn)的流體介質(zhì)主要有氣體、蒸汽、液體等。其中，液體的體積幾乎不受壓力變化的影響，只與溫度變化有關(guān)，而且當(dāng)溫度變化較小的情況下，液體體積的變化很小，因而一般不需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償。而氣體、蒸汽隨溫度和壓力變化帶來(lái)的流體特性的變化較大，從而使流量測(cè)量的結(jié)果也有較大偏差。因此，在氣體和蒸汽測(cè)量流量時(shí)引入溫壓補(bǔ)償計(jì)算可以一定程度地提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。

流量計(jì)的形式多種多樣，根據(jù)傳感器的不同分為差壓式、線性、脈沖式三類。差壓式包括孔板、文丘里管、內(nèi)錐流量計(jì)、彎管流量計(jì)等；線性類包括電磁流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)等；脈沖式包括渦街流量計(jì)、橢圓齒輪流量計(jì)等。其中差壓式流量計(jì)是化工生產(chǎn)中***常見(jiàn)的流量計(jì)，也是應(yīng)用***多的流量計(jì)。因此，以差壓式流量計(jì)為例，探討其在氣體、蒸汽介質(zhì)流量測(cè)量時(shí)的溫度以及壓力的補(bǔ)償計(jì)算。

１.差壓式流量測(cè)量原理

差壓式流量計(jì)是利用管道中的流體流過(guò)節(jié)流裝置時(shí)，在節(jié)流裝置前后兩側(cè)產(chǎn)生的壓力差值與通過(guò)節(jié)流裝置的介質(zhì)流量的平方成正比的特性來(lái)進(jìn)行流量測(cè)量的。

差壓式流量計(jì)包括節(jié)流裝置、差壓變送器等部分。節(jié)流裝置安裝在需測(cè)量的流體所處的管道中，差壓變送器通過(guò)引壓管連接節(jié)流裝置，置于管道旁。

差壓式流量計(jì)流量測(cè)量基本方程式如下：

從式（1），式（2）可以看出，通過(guò)差壓式流量計(jì)

測(cè)量的流量與節(jié)流裝置兩側(cè)產(chǎn)生的差壓及介質(zhì)的密度都有關(guān)系，流量與差壓的平方根成正比。

２.測(cè)量氣體流量溫壓補(bǔ)償

在化工生產(chǎn)中，常見(jiàn)的氧氣、氮?dú)獾却蟛糠謿怏w，其組分單一穩(wěn)定，在壓力小于１ＭＰａ時(shí)，氣體的壓縮系數(shù)可以近似看作１，可以認(rèn)為該氣體滿足理想氣體狀態(tài)方程，稱這種氣體為一般氣體。這種近似方法簡(jiǎn)化了計(jì)算，也基本可以滿足工程需要。筆者只針對(duì)此類一般氣體討論氣體溫壓補(bǔ)償計(jì)算方法。

２．１氣體溫壓補(bǔ)償原理

理想氣體符合波義耳－馬略特定律和蓋 ·呂薩克定律，從這兩個(gè)定律可以推導(dǎo)出如下方程，即理想氣體狀態(tài)方程：

2.2氣體溫壓補(bǔ)償公式

根據(jù)式（2）可以推出在設(shè)計(jì)工況下流體的體積流量，進(jìn)而推導(dǎo)出設(shè)計(jì)工況和實(shí)際工況的流量關(guān)系為

式中：′ ———實(shí)際工況下體積流量，ｍ３／ｈ； ———

ｑＶ ｑＶＳ設(shè)計(jì)工況下體積流量，ｍ３／ｈ；ρＳ ———設(shè)計(jì)工況密度，ｋｇ／ｍ３； ———實(shí)際工況密度，ｋｇ／ｍ３。ρ

再根據(jù)式（５）～（７）可以得到實(shí)際工況和設(shè)計(jì)工況流量關(guān)系［３］：

式 中：ｐＳ ———設(shè) 計(jì) 工 況 壓 力 （表 壓 ），ＭＰａ；ＴＳ ———設(shè)計(jì)工況溫度，℃；ｐ０ ———標(biāo)況大氣壓，０．１０１ＭＰａ；Ｔ ———實(shí)際工況溫度，℃；Ｔ０ ———標(biāo)況溫 度，２７３．１５ Ｋ；ｐ———實(shí) 際 工 況 壓 力 （表壓），ＭＰａ。

式（８）即一般氣體的溫壓補(bǔ)償公式。很多ＤＣＳ廠家都以此為數(shù)學(xué)模型建立溫壓補(bǔ)償模塊，計(jì)算時(shí)只需在流量計(jì)附近再設(shè)置相應(yīng)的溫度、壓力測(cè)點(diǎn)，將實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)引入至ＤＣＳ的溫壓補(bǔ)償模塊進(jìn)行計(jì)算即可。此公式用于差壓變送器現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算時(shí)，特別

2.3舉例

從此例的計(jì)算結(jié)果看出，因?yàn)閷?shí)際檢測(cè)溫度、壓力與設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力的差值，***終導(dǎo)致實(shí)際流量應(yīng)為測(cè)量流量的０．９２倍，即測(cè)量值每小時(shí)要相差２４ｍ３，從而對(duì)化工裝置的過(guò)程控制影響較大，所以對(duì)于其他價(jià)格昂貴的氣體來(lái)說(shuō)此類誤差帶來(lái)的影響更大。因此，化工裝置中的氣體測(cè)量，為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，必須采取溫壓補(bǔ)償技術(shù)來(lái)修正測(cè)量偏差。

３.測(cè)量蒸汽流量溫壓補(bǔ)償

蒸汽又可以分為飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽。水在一定的壓力之下加熱至沸騰開(kāi)始逐漸汽化變?yōu)檎羝?，此時(shí)蒸汽的溫度叫做飽和溫度，這時(shí)候的蒸汽就是飽和蒸汽。將飽和蒸汽繼續(xù)加熱，當(dāng)蒸汽的溫度升高超過(guò)當(dāng)前蒸汽壓力下的飽和溫度時(shí)，這種蒸汽就稱為過(guò)熱蒸汽。該種氣體物理性質(zhì)與理想氣體有差別，只能看做實(shí)際氣體，不可用理想氣體狀態(tài)方程推導(dǎo)出的氣體溫壓補(bǔ)償公式來(lái)進(jìn)行溫壓補(bǔ)償計(jì)算。

３．１蒸汽溫壓補(bǔ)償公式

蒸汽的流量一般用質(zhì)量流量表示。由差壓式流量計(jì)流量公式可以看出，密度在流量測(cè)量中對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大影響，只有對(duì)密度值修正，才能減小測(cè)量誤差，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。修正后測(cè)量公式如下：

3.2.2查表法

ＩＦＣ－６７和IＡＰＷＳ－ＩＦ９７公式計(jì)算量都較大，不適合一般使用者。其他狀態(tài)方程、擬合公式應(yīng)用有一定的范圍限制，不適合所有場(chǎng)合。相關(guān)根據(jù)ＩＦＣ－６７公式計(jì)算編制蒸汽密度表（對(duì)于該蒸汽密度表中兩點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)可以通過(guò)數(shù)學(xué)內(nèi)插值處理的方法來(lái)求出），該蒸汽密度表數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)齊全，簡(jiǎn)單易查，而且在化工生產(chǎn)中常用的蒸汽一般溫度為０～６００℃，壓力為０．１～５．０ＭＰａ。ＩＦＣ－６７公式和ＩＡＰＷＳ－ＩＦ９７公式在以上范圍的計(jì)算偏差很小，因而蒸汽密度表可以滿足需要，目前仍然是廣泛使用的方法。

３．３ 不同密度求取方法結(jié)果比較

對(duì)于以上蒸汽密度求取方法取一些樣本進(jìn)行比較驗(yàn)證，結(jié)果見(jiàn)表２，表３所列。

從表２可以看出，飽和蒸汽擬合公式計(jì)算結(jié)果與查表法查到的結(jié)果相近，偏差較小，可以滿足一般計(jì)算要求。

從表３可以看出，在蒸汽溫度１５０～２３０℃，壓力為０．１～０．４ＭＰａ（Ａ）時(shí)，三種密度計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果偏差比較小。從蒸汽溫度２５０℃，壓力為０．５ＭＰａ（Ａ）時(shí)開(kāi)始，莫里爾狀態(tài)方程和烏卡諾維奇狀態(tài)方程與查表法計(jì)算結(jié)果偏差開(kāi)始逐漸增大。因此，在工程實(shí)踐中，選擇兩種狀態(tài)方程進(jìn)行密度計(jì)算的時(shí)候一定要對(duì)介質(zhì)的工況進(jìn)行分析，選擇合適的方法保證計(jì)算準(zhǔn)確。

４.進(jìn)行溫壓補(bǔ)償計(jì)算需注意的問(wèn)題

在實(shí)際工作中，溫壓補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用還存在許多問(wèn)題，導(dǎo)致了溫壓補(bǔ)償準(zhǔn)確性有所降低，因而把工程實(shí)踐中遇到的問(wèn)題列舉出來(lái)，希望能引起大家的重視。

１）理想氣體狀態(tài)方程只適合于在低壓區(qū)（壓力小于１ＭＰａ）氣體的壓縮系數(shù)近似看作１的一般氣體。

對(duì)于其他高壓氣體，在進(jìn)行溫壓補(bǔ)償計(jì)算時(shí)需要考慮壓縮系數(shù)等因素修正，以***大程度保證計(jì)算準(zhǔn)確。

2）筆者僅以***常見(jiàn)的差壓式流量計(jì)為例，介紹了溫壓補(bǔ)償技術(shù)及公式，對(duì)于線性、脈沖式流量計(jì)，因?yàn)榱髁抗脚c差壓式流量計(jì)不同，故溫壓補(bǔ)償公式也會(huì)有些不同，要特別注意。

3）對(duì)于不符合理想氣體狀態(tài)方程的蒸汽也不適用本文中推導(dǎo)的氣體溫壓補(bǔ)償公式。采用DCS廠商提供的此類簡(jiǎn)單補(bǔ)償公式進(jìn)行蒸汽溫壓補(bǔ)償，在一些工況下使用尚可，在另一些工況使用可能會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。對(duì)于蒸汽測(cè)量準(zhǔn)確性要求較高的場(chǎng)合，建議使用專門的流量計(jì)算機(jī)，其中有較為準(zhǔn)確的算法，以確保測(cè)量準(zhǔn)確。

4)選取任何種溫壓補(bǔ)償技術(shù)和算法一定要注意相應(yīng)的限制條件，方法選擇正確是溫壓補(bǔ)償計(jì)算準(zhǔn)確的前提。實(shí)際計(jì)算時(shí)還要特別注意溫度、壓力單位的正確選擇。

5)想要獲得準(zhǔn)確的溫壓補(bǔ)償結(jié)果還必須有準(zhǔn)確的流量 溫度 壓力測(cè)量值 這是進(jìn)行溫壓補(bǔ)償?shù)那疤?。因此，相關(guān)儀表的選型是否得當(dāng)、安裝位置是否合理、安裝方式是否正確對(duì)溫壓補(bǔ)償結(jié)果都有很大影響.

5.結(jié)束語(yǔ)

由于氣體和蒸汽的性質(zhì)原因，為了保證氣體、蒸汽流量測(cè)量準(zhǔn)確性 必須對(duì)流量測(cè)量結(jié)果進(jìn)行溫度壓力的補(bǔ)償修正。若缺少了該步驟，或不重視此步驟，就會(huì)帶來(lái)很大的誤差，從而影響到整個(gè)化工生產(chǎn)過(guò)程控制。筆者介紹了差壓式流量計(jì)進(jìn)行氣體和蒸汽流量測(cè)量時(shí)溫度壓力補(bǔ)償修正的原理和方法，并舉例說(shuō)明計(jì)算過(guò)程，并提出了工程實(shí)踐中需要注意的問(wèn)題。選擇合適的溫壓補(bǔ)償方法將使氣體、蒸汽流量測(cè)量準(zhǔn)確性有效地提高。