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淮安祥瑞儀表有限公司
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閱讀：943發布時間：2013-11-18
氣體流量計量，對其溫度、壓力補償進行了分析。計算機環節的加入，實現了帶溫、壓補償的流量檢測系統的計算機輔助分析和計算，進一步消除了系統誤差，從而將計量精度提高到一個新水平。
關鍵詞： 蒸汽流量 溫、壓補償 密度計算 微機全參數補償
1. 引言 隨著成本意識的不斷增強，對能源計量的準確性提出了更高的要求，流量測量的溫度、壓力補償逐漸被提到了重要位置。由于流量測量裝置的設計過程中，提供的設計溫度、壓力與實際運行的工作溫度、壓力有一定的差異或者由于工藝造成流體溫度、壓力波動較大，致使測出的流量不能真實反映其工作狀態下的實際流量。絕大多數流量計，只有在流體工況與設計條件一致的情況下才能保證較高的測量精度，有些流體如氣體、蒸汽，流體工況變化對測量精度的影響特別大，必須進行補償。當今流量儀表新產品層出不窮，各種新型智能流量演算器不斷涌現儀表市場，這些儀表各自有其技術經濟特點，所采用的補償數學模型也不盡相同，我們應該歡迎在流量領域里推陳出新，推進技術進步，但是亦應看到，新型流量計并非都是成熟的，有的僅在實驗室中通過少量試驗，并無在各種現場復雜條件下進行足夠的檢驗，以致在使用中出現許多未知因素，造成計量的誤差。因此，應從加強管理，建立健全法制制度入手，使該領域的產品的工業化試驗、補償技術的完善走向正規化。 2. 過熱蒸汽計量的補償 在蒸汽的計量上，密度雖然也是溫度、壓力的函數，但不再遵循理想氣體狀態方程，且在不同壓力、溫度區間，函數關系不同，很難用一個簡單的函數關系式表示，因此著重論述一下常用水蒸氣密度的確定方法 2.1. 密度的確定： 工程上應用的水蒸氣大多處于剛剛脫離液態或離液態較近，它的性質與理想氣體大不相同，應視為實際氣體。水蒸氣的物理性質較理想氣體要復雜的多，故不能用簡單的數學式加以描述；所以，在以往的工程計算中，凡涉及水蒸氣的狀態參數數值，大都從水蒸氣表中查出。把水蒸汽狀態參數表裝入儀表內存中，數據量很大。 隨著電子技術的發展，計算機（或單片機）已廣泛應用于流量測量儀表中，其存儲能力、快速計算能力為準確、快速的確定水蒸氣的密度提供了有力的手段。 現在介紹在二次儀表中常用的水蒸氣密度的確定方法。 2.1.1. 查表法：把水蒸氣密度表裝入計算機中，根據工況的溫度、壓力，從表中查出相應的密度值。 2.1.2. 計算法：
◆ 自己擬合公式（或者出版物給出的公式） ◆ 烏卡諾維奇公式 ◆ IFC1967公式 而目前，我們在用的擬合公式為： （1） 式中： t－溫度，℃； P－表壓，Mpa； 蒸汽實際工況條件為： 工作壓力變化范圍：0.1～1.1MPa 工作溫度變化范圍：160～410℃ 取特殊點對公式（1）驗證 1） p=0.2 MPa、t=160℃ 查表得ρ＝1.01626kg/m3 2） p=0.5Mpa、t=200℃ 查表得ρ＝2.35294kg/m3 3） p=0.8 MPa、t=250℃ 查表得ρ＝3.41064kg/m3 4） p=1.1 MPa、t=400℃ 查表得ρ＝3.59454kg/m3
通過以上計算，我們目前采用的密度補償公式的計算誤差太大，不能滿足計量儀表的要求。如果在計算過程中將溫度單位按熱力學溫度K來計算，就無從談起其精度了。我部的能源計量絕大部分已進入微機網絡，因此，理想的是采用“IFC1967公式”（見附錄）。 2.1.3. 比較 查表法：根據“IFC1967公式”制定的數表，考慮了各個不同區域的特性，它是zui完整的、zui全面的。但它數據量大，占了大量的空間，應用數表要首先判斷是飽和蒸汽還是過熱蒸汽，再查不同的數表，另外數表的變量是有一定步長的非連續量，對于兩點之間的數據，需經過數學內插處理獲得。 應用公式計算；不需占用大量的內存空間，便于智能儀表應用，至于使用哪一個公式，根據不同場所，不同需要，選用不同公式。采用“IFC1967公式”雖然公式繁雜一些，但在壓力為0～16.65MPa范圍內，計算的過熱蒸汽及飽和蒸汽密度值*符合標準。應用公式只需安裝有溫度、壓力變送器不需要判斷是飽和狀態或過熱狀態就可以準確測量。對于確定是飽和蒸汽的場合，只需要將公式稍做變動，只用測溫或測壓，也可準確計算飽和蒸汽密度。 2.2. 流量公式的確定: 在蒸汽計量中用節流元件作為傳感元件時用計算法進行補償，其流量公式為： （2） 式中： qm－質量流量，kg/s； c－流出系數； d－節流件開孔直徑，m； ε－可膨脹性系數； ρ－被測流體密度，kg/m3； β－節流件孔徑與直管段內徑之比，β＝d/D； Δp－差壓，Pa； 而用渦街流量計計量時，它的輸出脈沖信號不受流體組分變化的影響，即儀表系數在一定雷諾數范圍內僅與漩渦發生體及管道的尺寸有關，但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質量流量，這時流量的輸出信號應同時檢測體積流量和流體密度，流體組份對流量計還是存在直接影響的，其流量公式為： （3） 式中： qv－體積流量，m3/h； Sr－斯特勞哈爾系數； m－漩渦發生體兩側弓形面積與管道橫截面面積之比； d－漩渦發生體硬面寬度,m； D－表體通經，m；
f－漩渦的發生頻率，Hz/s； （4） 式中： qv－體積流量，m3/h； qm－質量流量，Kg/s； ρ－被測流體密度，kg/m3； 由流量公式（2）、（4）可知，流量與密度的關系分別為與 和ρ成正比，如果用錯將造成很大的計算誤差，同時，溫度（℃）與熱力學溫度（K）的代入也應正確處理。 考慮上述原因，有必要對補償軟件和智能流量計算儀進行測試和校準。方法為：由《LG節流裝置設計及管理軟件》計算出對應點補償流量的理論值，再對流量計輸入相同工況參數得到相應的顯示值，這時將流量計的顯示值與理論值進行比較即可達到校準的目的。歷來流量校準與設備和流量儀表兩大主題是研究的中心，流量儀表標準和檢定規程是流量準確計量的保證，針對目前國內智能流量演算器和相關計算機軟件的現狀，建議國家有關部門應出臺一部相應的檢定校準規程，以便于技術監督和管理，即依法治理。 3. 微機的全參數補償 根據 （5） 對氣體介質進行補償時，在低壓范圍內，可以利用理想氣體狀態方程來進行溫度、壓力補償．但在高壓時，則必須考慮氣體壓縮系數的影響．對于過熱蒸氣，必須作實際氣體處理。對于大部分氣體，在低壓區（如小于1MPa）的壓縮系數都接近于l。在該區域內，只要溫度不是太低，即使不對壓縮系數進行修正，也不會引起明顯的誤差，*可以滿足工程上的要求。但在高壓區，則必須考慮壓縮系數的影響，否則將會造成明顯的誤差。像常規方法那樣將K看成常數，將會造成不可忽視的測量誤差。分析計算表明，當溫度和壓力在設計值T。和P。的基礎上變化20％，ReD變化60％時，如果我們只補償密度變化的影響，那么，即使密度變化可能引入的誤差為零，即認為已實現了對密度的*補償，其它各余留參數變化累加后的zui大誤差仍可達6％左右。其中，ε引入的誤差zui為明顯。對于常規儀表來說，這些余留誤差沒有可能得到補償。而對于微機補償系統來說，補償這些余留參數的變化已成為可能。所以，一般來說，微機補償系統除補償密度外，還應考慮整個補償方程中其它參數變化的補償問題，即全參數補償。 4. 結語 總而言之，選擇合適的溫度、壓力補償公式，就必須全面地了解流量測量的方式。在測量介質，測量裝置，流體工況，流量單位均不同的場合，采用正確地溫度、壓力補償方式，才能獲得準確的流量。此外，計算機的應用也堪稱檢測技術中的一場革命，它使各類過程參數的檢測由常規儀表時代進入了高科技的計算機時代，同時也使企業綜合自動化和生產過程的*控制得以實現，是今后檢測與控制系統發展的必然方向。
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楊建國：儀表工程師 1961.11 單位：河南省安陽鋼鐵集團有限責任公司計控部 地址：河南省安陽市殷都區 ：455004 ：
馬建忠：電氣工程師 1958.8 單位：河南省安陽鋼鐵集團有限責任公司計控部 地址：河南省安陽市殷都區 ：455004 ：
呂書安：儀表工程師 1963.1 單位：河南省安陽鋼鐵集團有限責任公司計控部 地址：河南省安陽市殷都區 ：455004 ： 附錄: 1967IFC公式 下述公式是IFC公式的一部分（第2區，包括飽和蒸汽和過熱蒸汽，壓力 P=0～16055MPa）,它是工業上zui常用的區域。
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