0引言
  用(yong)标準節流裝(zhuang)置測量氣體(ti)流量，其準确(que)度影響因素(su)，包括直😘管段(duàn)長度、一次測(ce)量元件運行(háng)狀況、現場變(bian)送器安✨裝使(shǐ)用、儀表量程(chéng)合理與否、溫(wen)壓補償參數(shu)正确👨‍❤️‍👨性都是(shì)非常重要的(de)因素。
  氣體具(jù)有可壓縮性(xìng)，在氣體流量(liang)測量過程中(zhong)，流量與氣✂️體(tǐ)密度緊密關(guān)聯；而氣體密(mi)度又是溫度(dù)和壓力（簡稱(cheng)溫🔞壓）的函數(shù)。所以要獲取(qǔ)準确的氣體(ti)流量，需要進(jìn)行溫壓補償(cháng)。
1節流式差壓(ya)流量計的構(gòu)成及工作原(yuán)理
1.1節流裝置(zhì)流量測量系(xì)統構成
  節流(liu)裝置(孔闆流(liu)量計)、導壓管(guǎn)、差壓變送器(qi)和流量二次(ci)表（DCS系統）組成(chéng)了孔闆式節(jiē)流裝置流量(liang)測量系☀️統（簡(jian)稱流量測量(liang)系統）。
1.2節流孔(kong)闆的工作原(yuán)理
  充滿管道(dao)的流體流經(jing)管道内的節(jiē)流裝置，在節(jiē)流件🚩附近造(zào)🐉成局部收縮(suo)，流速增加，在(zài)其上、下遊兩(liǎng)側産生靜壓(yā)力差。
在已知(zhi)有關參數的(de)條件下，根據(jù)流動連續性(xìng)原理和💯伯努(nǔ)利方程可以(yǐ)推導出差壓(ya)與流量之間(jiān)的關系而求(qiu)得流量[1]。其基(ji)⛹🏻‍♀️本公式如下(xià)：

c－流出系數無(wu)量綱
qm－質量流(liu)量kg/s
qv－體積流量(liang)m3/s
β－直徑比d/D無量(liàng)綱
d－工作條件(jian)下節流件直(zhí)徑
D－工作條件(jian)下上遊管道(dào)内徑
ρ流體的(de)密度Kg/m3
ε可膨脹(zhang)性系數無量(liang)綱
ΔP差壓值。
  在(zai)以上公式中(zhong)，β和d是常數，C和(hé)ε在一定流量(liàng)範圍内也可(kě)🥰以看作是常(cháng)數，因此上式(shì)可以簡化爲(wei)：

  在工況一定(ding)的情況下，即(ji)流體介質密(mi)度不變時，流(liu)體🐉的✉️流量與(yǔ)差壓成平方(fang)根關系。
2氣體(tǐ)流量測量的(de)溫壓補償要(yào)求及公式推(tuī)導
2.1氣體流量(liang)測量的溫壓(ya)補償要求
  由(yóu)于流量測量(liang)裝置的設計(ji)過程中，提供(gong)的設計溫度(dù)、壓力與實🏒際(jì)運行的工作(zuo)溫度、壓力有(you)一定的差異(yì)，或者由于工(gong)藝條件造成(cheng)流體溫度、壓(yā)力波動較大(da)，緻使🤩測出的(de)流量不能真(zhēn)實🈲反映其工(gong)作狀态下的(de)實際流👨‍❤️‍👨量。當(dāng)被測介質爲(wei)氣體時，溫度(du)✔️、壓力對密度(dù)的影響就會(hui)更大，要獲得(dé)正确的結果(guǒ)則需要進行(háng)補償。
  通常測(ce)量氣體的溫(wen)度和壓力要(yao)比測量介質(zhì)密度更易📐實(shí)🏃‍♀️現，在高溫高(gāo)壓條件下，難(nán)以直接測量(liang)出氣體的🐆密(mi)度，必須💃根據(ju)密度與壓力(lì)、溫度的關系(xi)ρ=f(t,p)進行運算處(chù)理，利用參數(shu)壓力P、溫度T來(lái)代替密度ρ的(de)變化量進行(háng)補償，而壓力(li)㊙️P、溫度T可以通(tong)過安裝在孔(kong)闆前後的壓(ya)力變送器、溫(wēn)度儀表檢測(ce)取得。
2.2氣體流(liú)量測量的溫(wēn)壓補償公式(shi)推導
  用于過(guò)程控制的氣(qì)體測量目前(qian)主要采用孔(kǒng)闆式節流裝(zhuāng)置🈲進行流量(liàng)測量的方式(shi)[2]。其流量基本(běn)方程式爲：

  其(qi)中Qm爲被測流(liú)體的質量流(liu)量，Qv爲被測流(liu)體的體積流(liu)量，△P爲🔞差壓變(biàn)送器輸出的(de)差壓值，ρ爲被(bei)測流體的密(mì)度。
在測氣體(ti)的孔闆計算(suàn)書中，設計者(zhe)一般提供孔(kong)闆測量的最(zui)大👅流量Qmax（單位(wèi)一般是Nm3/h）、最大(dà)差壓△Pmax、設計溫(wēn)度☔T0、設計壓力(lì)P0、設計🔆密度ρ0,假(jia)設💰被測介質(zhì)在标準狀況(kuàng)下的密度🔴爲(wei)ρN
則有：


  其中：Pf爲(wèi)工況下的壓(ya)力，Tf爲工況下(xià)的溫度。注意(yì)：計算時🔴需🛀🏻采(cǎi)用絕對壓力(lì)，絕對溫度。
将(jiāng)（7）代入（6）式：

3氣體(ti)流量測量應(ying)用舉例
3.1問題(ti)引出的背景(jing)
  某廠加氫裂(lie)化裝置循環(huan)氫機組入口(kou)流量參與機(ji)組的喘振控(kòng)制，所以流量(liang)測量正确率(lǜ)顯得尤爲重(zhòng)要，但開工⛹🏻‍♀️初(chū)期發現循環(huan)氫壓縮機入(ru)口流量指示(shi)超量程。
  根據(jù)設計提供的(de)孔闆計算原(yuan)始數據（見表(biǎo)1，修改前），按ISO5167标(biao)準法蘭取壓(yā)的計算軟件(jian)對孔闆的計(ji)算結果進行(háng)♊核算，得到的(de)差壓量程及(ji)孔徑尺寸與(yu)制造廠🆚家提(ti)供的數據一(yi)緻，但🈲循環氫(qing)機組的入口(kǒu)流量指示超(chāo)量程情況依(yi)然📱未能解決(jué)。
  再次對孔闆(pan)計算書進行(hang)複核，發現機(ji)組循環氫介(jiè)質标準密度(dù)設置爲純氫(qīng)的物性0.0899kg/m3、操作(zuo)密度爲10.5692kg/m3。即原(yuan)設計🌈者把純(chún)氫密度替代(dai)循環氫介質(zhi)密度作爲孔(kong)闆計算參數(shu)，造成了差壓(yā)設置的偏差(cha)。

3.2循環氫系統(tǒng)的介質特征(zheng)
  加氫裂化工(gong)藝在反應過(guò)程中需要耗(hao)氫，系統中提(ti)供了過🚶量的(de)💋氫氣參與反(fan)應，經過反應(yīng)後，未反應的(de)富裕氫氣從(cong)反應器出來(lai)，經過降溫并(bing)與油分離後(hòu)，進入循環氫(qing)壓縮機升壓(yā)。
  循環氫實際(jì)上是富氫氣(qi)體，除了氫氣(qì)外，含有碳化(hua)合物、硫化氫(qing)等組分，又稱(cheng)混氫，純氫與(yǔ)混氫的密度(du)💋有較大的差(chà)異。
3.3問題處置(zhì)
  由于孔闆已(yǐ)經安裝到位(wèi)投入使用，不(bú)具備更換條(tiao)🔆件。因☎️此根據(ju)正常操作條(tiao)件下混氫密(mi)度27.2194kg/m3以及實際(jì)🥰孔闆👅的尺寸(cun)，來反推導差(cha)壓變送器的(de)實際量程。通(tōng)過計算，循環(huan)氫❌入口流量(liang)的差壓量程(cheng)由原來的8KPa修(xiū)改爲16.19KPa。變送器(qì)量程經重新(xin)設置後流量(liàng)指示在量程(chéng)範圍内重獲(huò)顯示。
  經過密(mi)度重設後盡(jin)管在量程範(fan)圍内可顯示(shì)，但數㊙️值的正(zhèng)确性仍存在(zài)較大偏差，究(jiū)其原因是氣(qi)體流量測量(liàng)未進行🔞正确(què)💯的溫壓補償(chang)，程序設定溫(wen)壓補🚩償公式(shì)中仍取用純(chun)氫密度計算(suàn)得到的補償(cháng)系數不準确(què)，流量與實際(jì)工況必定有(you)較大偏差。
4流(liu)量正确率影(ying)響分析
4.1初始(shǐ)密度設置偏(pian)差的影響分(fèn)析
  從加氫裂(lie)化裝置循環(huan)氫機組的入(rù)口流量指示(shi)超量程問題(ti)中發現原設(shè)計介質密度(du)設置偏離。循(xún)環氫介質操(cāo)作密🧑🏾‍🤝‍🧑🏼度從🔞10.5692kg/m3改(gai)爲🐪27.2194kg/m3後，計算得(de)出變送器最(zui)大量程由原(yuán)來的8KPa改爲16.19KPa，而(ér)對應最大流(liú)量350000Nm3/h的工程量(liang)不🐆變。根據公(gōng)式：

  由此可見(jiàn)，在孔闆測得(dé)同樣差壓的(de)情況下，8KPa量程(cheng)所對💁應⛷️流量(liàng)值✍️指示值是(shì)量程爲16.19KPa所對(duì)應流量值指(zhi)示的1.422倍，流量(liang)指示偏大。原(yuan)始介質密度(dù)設置的不恰(qia)當⛹🏻‍♀️導緻流🚩量(liàng)計算出現較(jiào)大誤差❌，且因(yin)變送器量程(cheng)根據原始密(mi)度選型設置(zhi)偏小而不能(neng)滿足實際測(ce)量⚽要求。
4.2溫壓(ya)補償C系數偏(piān)差影響分析(xi)
  加氫裂化循(xún)環機機組入(rù)口流量的溫(wen)壓補償方式(shi)，機💯組🚶制❓造✊商(shāng)給出一個補(bǔ)償系數C，提供(gong)的C值爲518138.53，但未(wei)給出此系數(shù)來源，推導過(guò)程及設定的(de)邊界條件。因(yīn)此，上例中差(cha)壓量程修改(gǎi)後，流量指示(shì)還是存在較(jiao)大偏差，必須(xū)對系數♈C進行(hang)調整，以下爲(wèi)C系🤟數調整的(de)💘推算過程。

  溫(wen)壓補償C系數(shu)與流量呈線(xian)性關系，由于(yu)原先C值設置(zhi)錯誤造成的(de)流量誤差達(dá)到30.0%。
4.3介質組分(fen)波動影響分(fèn)析
  采用溫度(du)、壓力補償方(fāng)法測量氣體(tǐ)體積流量，是(shi)基于介質組(zǔ)份穩定或組(zu)份變化很小(xiǎo)的一般氣體(ti)，可對流🥰體密(mì)度影響予以(yǐ)忽略，對測量(liàng)示值的影響(xiǎng)也即可忽📐略(luè)。但對🎯于組份(fèn)💘波動變化較(jiao)大的氣體，流(liú)體密度影響(xiang)☁️将增大，如❌仍(reng)将某一☔組分(fen)的流體狀态(tai)密度當作常(chang)數🐪來處理，最(zui)大測量誤差(cha)就不可忽視(shì)。
  在加氫裂化(huà)循環氫系統(tǒng)運行過程中(zhōng)，循環氫組分(fèn)除氫氣外，含(hán)有碳化合物(wu)、硫化氫等組(zǔ)分，混氫組分(fen)發生着動态(tài)變化。表🏃🏻‍♂️2爲從(cóng)♋混氫組份50個(ge)随機樣本中(zhōng)選取數據，通(tong)過😘計算獲得(dé)氫氣🔴百分含(han)🌏量爲最大值(zhí)、平均值、最小(xiǎo)值時所對應(yīng)的密度分别(bié)爲：19.54kg/m3、26.615kg/m3、34.790kg/m3，密度存在(zai)着較大波動(dong)。

  對50個樣本數(shu)進行數據統(tong)計，結果爲：組(zu)分變化造成(cheng)密✏️度變化曲(qǔ)線如圖1，圖2描(miao)述了±10%密度變(biàn)化的樣本數(shu)爲66%。
  從圖1可看(kàn)出，密度在20～40範(fàn)圍内變化。由(yóu)此引出新的(de)疑惑：盡管對(dui)氣體有溫壓(ya)補償糾偏，但(dàn)氣體組分存(cun)在🌈波動,爲了(le)量化組分波(bo)動的影響情(qing)況，對影響的(de)幅度進行計(jì)算。從設計提(ti)供的孔闆計(ji)算🔅用密度爲(wei)27.2194kg/m3作爲基準，按(an)📐最小密度19.54kg/m3、最(zuì)大密度34.790kg/m3來計(ji)算流量的誤(wù)差情況：

  假設(she)除介質密度(dù)變化外，K、△P都不(bú)變
則：

下的設(she)計體積流量(liàng)值。
  當實際密(mi)度ρ2爲19.54kg/m3，設計密(mì)度ρ1爲27.2194kg/m3時：
Q2=1.18Q1
  同樣(yàng)，當實際密度(du)ρ2爲34.790kg/m3，設計密度(dù)1爲27.2194kg/m3時：
Q2=0.884Q1
  從圖2情(qíng)況看，組分變(bian)化引起密度(du)在設計基準(zhun)密度上下10%範(fàn)圍内波動的(de)情況占66%，按密(mì)度上下變化(hua)爲10%計算，分别(bié)是：
Q2=0.954Q1
和Q2=1.054Q1
  當實際(jì)密度ρ2比設計(ji)密度ρ1小時，實(shí)際體積流量(liàng)比指示的流(liú)量大⭐。當實際(jì)密度ρ2比設計(jì)密度ρ1大時，實(shi)際體積流量(liàng)比指示🔆的流(liú)量小。
4.4各因素(sù)影響程度的(de)比較
4.4.1影響程(chéng)度比較
  由于(yú)采用錯誤的(de)介質密度，造(zao)成流量測量(liang)誤差最大達(dá)40%；
  按錯誤的溫(wēn)壓補償系數(shu)計算得到的(de)流量與實測(cè)值之間的誤(wù)差達到30%；
  調整(zhěng)校正溫壓補(bǔ)償系數後，介(jiè)質組分變化(hua)可能造🔅成的(de)流量測量誤(wu)差約達10%~20%；一般(ban)情況下，組份(fèn)引起的測量(liang)㊙️誤差♋可以控(kong)制在5%以内。
4.4.2體(tǐ)會
  現階段要(yào)做到在線進(jìn)行密度補償(chang)暫時不具備(bei)條件，但相對(duì)于設置偏離(lí)導緻的計量(liàng)誤差，取平均(jun)組份的密度(du)作爲❤️計量基(jī)準🌏，可較大幅(fú)度降低計量(liang)偏差。
  在實際(jì)工作過程中(zhong)，有必要對設(shè)計提供的數(shù)據的合理性(xing)進行複核驗(yàn)證，類似加氫(qing)裂化循環氫(qīng)介質密度取(qǔ)值錯誤導緻(zhì)的流量指示(shi)誤差完全可(ke)以避免，而由(yóu)于組份變化(hua)對🙇🏻流量測量(liàng)的誤差目前(qian)沒有合适的(de)解決辦法，當(dang)組份變化不(bu)大時，流量誤(wu)差仍⛷️屬可控(kong)。
5結語
  在氣體(tǐ)流量測量系(xì)統中，溫壓補(bǔ)償是其中一(yī)個不⁉️可缺少(shǎo)☎️的環節，在實(shí)際的生産過(guò)程中，往往因(yin)設計參數的(de)不确定性，提(ti)供的孔闆計(ji)算原始參數(shu)與實際工況(kuang)存在較大的(de)偏差，學會計(jì)算調整差壓(ya)，複核驗證并(bing)得到正确的(de)補償系數在(zai)實際工作非(fei)常重🌐要。

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