摘要:針對(dui)孔闆流量(liang)計 在蒸汽(qi)測量過程(cheng)中，因蒸汽(qì)溫度和壓(ya)力的變化(hua)導緻測量(liang)誤差大，通(tong)過對蒸汽(qì)溫度和壓(ya)力進行補(bu)償修正，減(jiǎn)少儀表測(cè)量誤差。介(jie)紹了孔闆(pan)流量計測(cè)量🌏的基本(ben)原理，對蒸(zhēng)汽進行溫(wēn)壓補償的(de)㊙️原因以及(jí)溫壓補償(chang)的處理方(fang)法、計算方(fang)式和注意(yi)事項，并在(zai)DCS程序中得(dé)到驗⭐證。
　　孔(kong)闆流量計(jì)是一種差(cha)壓式流量(liang)計，通過介(jie)質流過标(biāo)準孔闆前(qián)後的差壓(ya)來測量流(liu)量，常用于(yu)測量蒸汽(qi)、液🧑🏽‍🤝‍🧑🏻體的流(liu)量，是應用(yòng)最廣泛的(de)流量計之(zhī)一。孔闆流(liu)量計由标(biāo)準孔闆、導(dao)壓管路和(hé)變送器三(sān)部分組成(chéng)，在使用🤞過(guo)程中介質(zhì)溫度、密度(dù)、安裝前後(hou)直管段長(zhǎng)度和節流(liu)裝置精度(dù)都會影響(xiǎng)孔闆流量(liàng)計的流✍️量(liang)測量精度(du)。本文通過(guo)在測量蒸(zhēng)汽流量過(guo)程♻️，因實際(jì)工況與設(shè)計工🧑🏾‍🤝‍🧑🏼況不(bu)一緻，而導(dao)緻蒸汽流(liú)量偏差🥵過(guò)大對生産(chan)運行帶來(lái)的影響爲(wèi)例,介紹了(le)孔闆流量(liang)計的測量(liang)原理及溫(wēn)差補償㊙️原(yuán)因,并根據(ju)蒸汽的性(xìng)質選擇合(he)适的溫壓(yā)補償函數(shu),并在DCS程🌈序(xù)中驗證✍️了(le)溫壓補償(cháng)函數的合(hé)理性，提高(gao)了蒸汽流(liú)量測量🐉的(de)精度。
1.孔闆(pǎn)流量計測(ce)量原理
　　根(gen)據流體力(lì)學，單位重(zhong)量理想流(liú)體機械能(néng)沿流線不(bú)🏃變，勢能🚶與(yǔ)動能之和(he)守恒，不随(sui)時間改變(biàn)，。
　　理想流體(tǐ)的伯努利(li)能量方程(cheng)爲:
 
　　位重量(liang)理想流體(tǐ)的動能;α爲(wèi)流量修正(zhèng)系數
　　位能(neng)與壓能的(de)和爲勢能(neng)，勢能與動(dong)能的和爲(wei)機械能，假(jia)設🌍蒸汽💃🏻通(tōng)過标準孔(kǒng)闆前後機(ji)械能守恒(héng)。
根據斷面(miàn)流量方程(chéng):
 
　　式中:Q爲蒸(zhēng)汽流量，一(yī)般用質量(liàng)流量表示(shi)，kg/h;ʋ爲蒸汽流(liú)速，m/s;A爲斷面(miàn)面積，m2。
　　當蒸(zhēng)汽通過标(biāo)準孔闆後(hou)，因斷面面(mian)積縮小流(liu)速會增加(jia)，流👌速的👅增(zeng)加又會導(dǎo)緻斷面處(chu)壓力減少(shao)，就會在标(biāo)準孔闆前(qian)後産🌍生一(yī)個差壓值(zhi)。差壓值與(yu)流速🔅成一(yī)定👌比例關(guan)系，流速與(yǔ)斷面🌂面積(ji)成反比例(lì)關系。由式(shì)(1)、(2)可知，根據(jù)前後差壓(yā)值就可以(yi)計算出蒸(zheng)汽流量。
　　可(ke)求出孔闆(pan)流量計蒸(zheng)汽流量公(gōng)式爲:
 

　　式中(zhong):CƐ爲流出系(xi)數，與可膨(péng)脹系數、流(liú)量系數等(deng)參數有關(guān)，爲🍉一常數(shu),标準孔闆(pǎn)計算說明(ming)書給出;d1爲(wèi)上遊管道(dao)内徑🔴，d2爲标(biao)㊙️準孔闆開(kai)孔直徑,m;△p爲(wei)差壓變送(sòng)器顯示的(de)差壓值，pa;ρ爲(wèi)蒸汽的密(mì)度，kg/m3.
2蒸汽溫(wēn)壓補償的(de)原理
2.1蒸汽(qi)的特性
　　蒸(zhēng)汽是一種(zhong)氣體，分爲(wèi)飽和蒸汽(qi)和過熱蒸(zheng)汽。有限♈密(mì)閉空間⛹🏻‍♀️内(nèi)的液體在(zai)一定的壓(ya)力下加熱(re)至沸騰，就(jiu)會逐漸🌈開(kai)始🔴汽化變(bian)爲蒸汽。當(dang)單位時間(jian)内進人密(mì)閉空間的(de)分子數與(yǔ)返回液體(ti)中的分子(zǐ)數相等時(shí)，密閉空間(jiān)内的蒸汽(qi)分子密度(du)也不再發(fā)生變化，此(ci)時蒸發與(yu)凝結會處(chù)于一種動(dòng)平衡狀态(tai)，稱爲飽💘和(he)狀态，産生(sheng)的蒸汽就(jiù)是飽和蒸(zheng)汽。飽和蒸(zheng)汽的溫👅度(dù)和壓力一(yi)一對應，兩(liǎng)者之間存(cun)在一個變(biàn)量關系👄。飽(bǎo)💃和蒸汽又(you)分爲幹飽(bǎo)和蒸汽和(he)濕飽和😍蒸(zhēng)汽，千飽和(he)蒸汽不含(hán)水分，但實(shí)際運行中(zhōng)很難達到(dào)這🌈種狀💛态(tai)。理想飽和(he)蒸汽根據(jù)溫度和壓(ya)力值，就🈚可(ke)以推導出(chū)蒸汽密度(dù)。對飽和蒸(zhēng)汽進🏃🏻‍♂️行溫(wēn)壓補償，根(gen)據實際測(ce)得的溫度(dù)、壓力值，通(tōng)過蒸汽密(mi)度表推導(dao)出合适🏃的(de)函數關系(xi)式即可。
　　繼(ji)續加熱飽(bǎo)和蒸汽，飽(bǎo)和蒸汽中(zhōng)的水分會(hui)逐漸減少(shǎo)直至完💛全(quan)蒸發，蒸汽(qi)溫度會繼(jì)續上升最(zui)終超過該(gai)壓力對應(yīng)的飽和溫(wen)度，成爲過(guo)熱蒸汽。在(zài)工況波動(dong)範圍🤩較大(da)或管道保(bǎo)溫效果不(bú)好的情況(kuang)下，過熱蒸(zheng)汽也會變(bian)爲飽和蒸(zhēng)汽形成氣(qi)液二相流(liú)。過熱蒸汽(qi)性質比較(jiào)複雜，溫度(du)與壓力不(bú)再具有一(yi)-對應關🌈系(xì)，并不服從(cong)理想氣體(tǐ)公式，隻能(neng)看作實際(ji)氣體。通常(chang)過熱蒸汽(qì)密度與溫(wēn)度成反比(bi),與壓力成(chéng)正比，過🆚熱(re)❌蒸汽在不(bu)同溫度、壓(ya)力區間的(de)函數關🤞系(xi)也不同☂️，很(hen)難用-一個(gè)統一的函(hán)數關系式(shì)表達出來(lai)
2.2蒸汽溫壓(ya)補償的目(mù)的
　　在蒸汽(qì)測量中，設(shè)計工況與(yu)實際工況(kuang)相對比往(wang)往♋存在偏(piān)☀️差，孔🐕闆流(liú)量計的可(kě)膨脹系數(shu)、流量系數(shu)等參數都(dōu)會改變🐕，蒸(zhēng)汽密度💋更(geng)會産生較(jiào)大變化。如(ru)果不對蒸(zheng)⭕汽進行溫(wēn)壓補償，測(cè)量顯示的(de)流量值與(yǔ)實🌈際值相(xiang)比就會有(yǒu)誤差，影響(xiǎng)儀表的正(zheng)常使用，需(xu)要采用溫(wen)壓補償對(duì)流量測量(liàng)結果予以(yǐ)修正。
　　對蒸(zheng)汽進行溫(wēn)壓補償，就(jiu)是根據蒸(zheng)汽實際運(yun)行工💜況🌐的(de)溫度⁉️、壓力(li)，通過相應(ying)的溫壓補(bǔ)償公式轉(zhuǎn)換出蒸汽(qi)的實際密(mì)度，最後計(ji)算出蒸汽(qi)的實際流(liu)量。由式(3)可(kě)知，如果實(shí)際工況參(can)數與設計(ji)工況參數(shù)偏差不大(da)，流出系數(shù)CƐ。可以默認(ren)不變。故蒸(zhēng)汽進行溫(wēn)壓補償的(de)核心，就是(shì)對蒸汽密(mì)度進.行補(bu)償。過熱蒸(zhēng)汽密👄度補(bǔ)償的難點(dian)，就是需要(yao)通過蒸汽(qi)的溫度和(hé)壓力📞,推導(dǎo)出與蒸汽(qi)密度的關(guān)系，并能找(zhao)到合理的(de)函數公㊙️式(shi)表達出來(lái)。
　　在進行溫(wēn)壓補償之(zhī)前，要盡量(liàng)減少孔闆(pǎn)流量計安(ān)裝等🌈問題(ti)帶來的誤(wu)差。首先是(shì)孔闆流量(liang)計的選型(xing)😍是否合理(li)，量程🌏應該(gai)适宜;檢查(cha)标準孔闆(pǎn)有無變形(xing)，安裝方向(xiang)是否正确(què);孔闆流量(liàng)計前後直(zhi)管段距離(li)是否滿足(zu)計算說明(míng)書要求，需(xu)滿足前20倍(bei)管徑後10倍(bèi)💋管徑距離(li);孔闆流量(liang)計、導壓管(guan)安裝時，正(zhèng)負壓側冷(lěng)😘凝水罐安(an)裝高度應(yīng)一緻,冷凝(ning)水罐溢流(liu)口位置應(ying)高于取壓(yā)口，水平導(dao)壓管保持(chi)一定角度(du)，避免高低(dī)壓🐕側導壓(ya)管内殘留(liú)冷凝水産(chan)生附加差(chà)🌏壓;檢查孔(kǒng)闆高低壓(ya)側導壓管(guan)和 三閥組(zǔ) 有無異物(wù)阻塞，不定(ding)時打開排(pai)污閥排污(wu)。檢查DCS程序(xù)回路，各類(lèi)💚參數值設(she)置是否與(yǔ)計算說明(ming)書--緻，公式(shì)是否正确(què)，最後用信(xìn)号發生器(qì)模拟差壓(ya)信号，結合(he)計算說明(míng)書在DCS程序(xù)中驗證流(liu)量是否正(zheng)确。
2.3蒸汽溫(wen)壓補償的(de)方式
　　以某(mou)工業造紙(zhi)爲例，由蒸(zhēng)汽流程圖(tu)可知,從電(dian)站來⛱️蒸♋汽(qi)由總管分(fèn)爲兩支管(guǎn)，高壓側蒸(zheng)汽支管壓(yā)力、溫👄度不(bu)變，另一蒸(zheng)汽支管經(jīng)減溫減壓(yā)裝置後，蒸(zheng)汽的壓力(li)和溫度均(jun)有所降低(di)，兩蒸汽分(fèn)支管均安(ān)裝有孔闆(pǎn)流量🔴計、 溫(wen)度變送器(qì) 和 壓力變(biàn)送器 ,并全(quán)部接人DCS中(zhōng)。蒸汽流程(cheng)圖如圖1所(suo)示。
 
　　根據标(biāo)準孔闆計(ji)算說明書(shū)，介質爲過(guo)熱蒸汽,兩(liang)台♈孔闆流(liu)量計設計(ji)工況壓力(li)分别爲0.85MPa和(he)0.5MPa,工況溫度(du)分别爲🌈200℃和(hé)172℃，流量分别(bié)爲🈚0~15Vh和0~50t/h,各類(lei)系數及蒸(zheng)汽工況密(mi)度等參數(shu)均已在🆚計(jì)算說明書(shū)中👣給出。
　　實(shi)際運行時(shi)，高壓側蒸(zhēng)汽管道壓(yā)力爲0.65~0.7MPa,溫度(du)爲220℃左右。低(dī)壓側蒸汽(qì)管道壓力(li)爲0.45~0.5MPa,溫度爲(wèi)160℃左右。可知(zhī)低壓側♋蒸(zheng)汽管的實(shi)際工況與(yǔ)設💰計工況(kuàng)相比，壓力(li)和溫度相(xiang)對低，而高(gao)壓側蒸汽(qì)管的實際(jì)工況壓力(lì)比設計工(gong)況偏低，溫(wēn)度偏高。按(an)照孔闆計(jì)算說明♊要(yào)求，在DCS程序(xu)中設置好(hǎo)流量計算(suan)公☔式，直接(jie)代人♉各項(xiàng)參數，通過(guo) 差壓變送(song)器 顯示的(de)差壓值計(ji)算出過熱(re)蒸汽瞬時(shí)流量。按照(zhào)過熱蒸汽(qi)性質推.算(suan)，低壓側蒸(zhēng)汽實際流(liú)量應該略(luè)高于孔闆(pan)流量計☔測(ce)量流量，高(gāo)壓側蒸汽(qì)實際流量(liang)應該低于(yú)孔闆流量(liang)計測量流(liu)量。
　　未進行(háng)溫壓補償(cháng)前，兩台孔(kǒng)闆流量計(ji)流量運行(háng)曲線圖如(ru)圖2所🐉示，正(zhèng)常運行時(shi)高壓側蒸(zhēng)汽流量爲(wèi)10t/h左🏃‍♂️右，低🌈壓(ya)側蒸汽流(liú)量爲32tV/h左右(you)。
 
　　計算過熱(re)蒸汽密度(dù)一般采用(yong)工業用公(gong)式。在IFC-1967公式(shi)的基礎上(shàng)♊，制定并通(tong)過了全新(xin)的水和水(shuǐ)蒸汽計算(suan)公式，目前(qian)公式是最(zui)全面、準确(que)計算水蒸(zheng)汽熱力性(xing)質公式。但(dàn)上述兩套(tao)公👈式有大(da)量的條件(jiàn)要求，不同(tong)區間有不(bú)同的密度(du)公式，計算(suan)也十分複(fú)雜。根據公(gōng)式編制了(le)标準的蒸(zheng)汽密度表(biao)，該蒸汽密(mi)度表數據(ju)♉齊全适用(yòng)性廣，簡單(dān)易查，而且(qie)在化工生(shēng)産中常用(yòng)的蒸汽溫(wēn)度爲0~600℃，壓力(lì)爲0.1~5.0MPa,公✔️式均(jun1)能滿足使(shǐ)用要求，是(shi)目💔前獲取(qǔ)蒸汽密度(dù)最廣泛的(de)方法之🔞一(yi)。
　　根據孔闆(pan)流量計運(yùn)行的溫度(du)、壓力區間(jian)，查詢過熱(re)蒸🌈汽密度(dù)表如表1所(suo)示。
 
　　因爲工(gōng)況原因實(shi)際上蒸汽(qi)密度是在(zài)一直變化(huà)中，所以👌常(chang)用的查表(biǎo)法并不适(shi)用于DCS程序(xù)中因此需(xū)要采用✉️相(xiàng)對簡單的(de)密🐆度補償(cháng)公式，在一(yi)定範圍内(nei)滿足蒸汽(qi)密度表的(de)要求，就可(ke)以快速實(shí)🤞現密度補(bu)償提高測(ce)量🈲精度。實(shi)現密度補(bu)償的方法(fǎ)有很多，采(cai)用密度拟(nǐ)合法對過(guò)熱蒸汽進(jin)行溫壓補(bǔ)🔞償，相對比(bi)較容易輸(shū)人DCS程🆚序中(zhōng)，在要求的(de)蒸汽溫壓(yā)區間内也(ye)比較符合(hé)公式要求(qiú)，計算精度(dù)也較高。
拟(ni)合公式爲(wèi):
 
　　式中:ρ爲補(bǔ)償後的蒸(zheng)汽密度，kg/m3;T爲(wei)過熱蒸汽(qi)溫度,℃;p爲過(guò)⁉️熱蒸👨‍❤️‍👨汽壓(yā)力，MPa。
　　根據拟(nǐ)合公式，參(can)考孔闆流(liu)量計實際(jì)運行的溫(wēn)度、壓🧑🏾‍🤝‍🧑🏼力區(qū)間，計🆚算出(chū)過熱蒸汽(qi)密度如表(biǎo)2所示。
 
　　根據(ju)蒸汽流程(cheng)圖1所示，将(jiāng)變送器所(suǒ)測過熱蒸(zhēng)汽溫🛀度和(he)壓力數🛀值(zhí)，代人式(4)中(zhong)，分别計算(suan)出補償後(hòu)的兩🏃分支(zhī)管過熱蒸(zheng)汽密度，最(zuì)後代人标(biāo)準孔闆計(ji)算說💔明書(shu)中的流量(liang)公式，求出(chu)補償後的(de)蒸汽流量(liàng)，最終實現(xiàn)了對🤞蒸汽(qi)的溫壓補(bǔ)償。
2.4蒸汽溫(wēn)壓補償的(de)結果
　　以采(cai)取溫壓補(bu)償措施前(qian)後七天，電(dian)站總管累(lei)計蒸🏃‍♀️汽流(liú)量與進車(che)間兩分支(zhi)管累計蒸(zheng)汽流量之(zhi)和數據進(jìn)行對比。期(qī)間孔闆流(liú)量計正常(chang)運行流量(liàng)連續無大(dà)波📧動，無停(tíng)機、檢修等(děng)事故🐪。高壓(ya)側蒸汽管(guan)道壓力爲(wèi)0.65~0.7MPa,溫度💁爲220℃左(zuo)右。低壓側(cè)蒸汽管道(dào)壓力爲0.45~0.5MPa,溫(wēn)度爲160℃左右(yòu)。記錄數據(jù)如表3所示(shi)。
 
　　蒸汽溫壓(ya)補償前流(liu)量的誤差(cha)率爲:(7548.72-6614.28)/6614.28≈14.13%
　　蒸汽(qì)溫壓補償(cháng)後流量的(de)誤差率爲(wèi):(6873.41-6542.56)/6542.56≈5.06%
　　通過對前(qián)後流量誤(wù)差率對比(bi)可得知，對(duì)蒸汽采用(yòng)合理的溫(wēn)壓補償方(fāng)式後，流量(liàng)測量相對(dui)誤差比補(bu)償前🈲大大(dà)減少，證明(ming)👌對蒸汽進(jin)行溫壓補(bu)償是有效(xiao)的，提高了(le)孔闆⭐流量(liàng)計測量的(de)正确性。
2.5蒸(zhēng)汽溫壓補(bu)償需注意(yi)的問題
(1)對(duì)蒸汽進行(hang)溫壓補償(cháng)過程中，一(yi)般的溫壓(ya)補償方式(shi)比較簡單(dan)，可能存在(zai)較大的誤(wu)差。特别是(shi)不符合㊙️理(li)想氣體💋狀(zhuàng)态👣的過熱(re)蒸汽，或是(shì)高溫高壓(yā)狀态和對(duì)蒸汽流量(liang)測量準确(que)性要求比(bǐ)較高的場(chǎng)合，必須要(yào)有正确的(de)算法才能(néng)保證數據(ju)的正确㊙️性(xing)。
(2)選擇合适(shi)的溫壓補(bǔ)償算法很(hěn)重要，需要(yào)滿足蒸汽(qi)的運行區(qū)🔅間，注意補(bu)償算法相(xiang)應的限制(zhi)條件，溫度(dù)、壓力🙇🏻等單(dan)位的🏒正确(què)選擇與使(shǐ)用,補償結(jie)果要符合(hé)🈲蒸汽密🏃度(du)表要求。
(3)溫(wēn)壓補償要(yao)從實際出(chu)發,孔闆流(liú)量計的選(xuan)型、安裝位(wei)置要合理(lǐ)，運行前要(yào)進行流量(liang)校正。溫度(dù)、壓力變送(song)器測量值(zhí)要🧑🏾‍🤝‍🧑🏼準确，這(zhè)是溫壓補(bǔ)償的前提(tí)，不然對溫(wēn)壓補償的(de)結果都會(hui)造成較大(da)影響。
(4)僅針(zhen)對差壓式(shì)蒸汽流量(liang)測量的溫(wen)壓補償方(fang)式提出探(tàn)讨，對于🈲其(qi)他類型儀(yi)表的溫壓(ya)補償方式(shì)，還需💞結合(hé)儀表檢測(ce)原理，具體(tǐ)問題具體(ti)分析。
3結束(shu)語
　　通過對(duì)蒸汽進行(hang)溫壓補償(chang)，選擇合适(shi)的補償方(fang)法能減少(shao)工況等原(yuán)因帶來的(de)誤差。但也(yě)要看到一(yi)般的蒸汽(qi)溫壓補償(chang)方法适用(yòng)于工況較(jiào)穩定的情(qíng)況，如果各(ge)🐅項參數波(bo)動較大還(hai)是難以保(bao)證數據的(de)正确性，既(ji)要保證蒸(zhēng)汽☔測量的(de)連續性和(hé)穩定性,也(ye)要根據實(shí)際情況選(xuan)擇合理✂️的(de)溫壓補償(cháng)☎️方法。通過(guò)介紹孔闆(pan)流量計🏃🏻溫(wen)壓補償的(de)原因和方(fāng)法，并舉例(li)說♊明采用(yòng)溫壓補償(chang)的有效性(xing)，證明選擇(ze)合理的溫(wēn)壓💯補償方(fang)法能提高(gao)蒸‼️汽測量(liàng)的準确性(xing)。此🏃‍♂️外蒸汽(qi)傳輸過程(chéng)中🌈蒸汽濕(shi)度、氣液二(èr)相流、壓縮(suō)系數等影(yǐng)響流量正(zhèng)确的問題(ti)，都值得探(tàn)索的。

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