差压式流量测量技术问答（六）节流装置计算及温压补偿计算

天津石化炼油厂 汪玉忠

39 用内锥式流量计测量天然气流量时，以行标SY/T6143方法如何进行计算？（例题）

⑴ 已知条件

①介质：天然气

②流量：qVmax=13.0×104m3/h

qVcon=10.0×104m3/h

qVmin=2.0×104m3/h

③操作压力：P1=4.5 MPa（表）

④操作温度：t=15℃

⑤管道：20号钢：内径：D20=400.00mm

⑥相对密度：Gr=0.6

⑦操作粘度：μ1=0.118 mPa•s

⑧等熵指数：K=1.46

⑨流出系数：C=0.8200（标定值）

⑩当地大气压P大= 0.098 MPa（表）

⑵ 选择数据

①内锥体材质为1Cr18Ni9Ti

②内锥直径与管内径比βV20=0.55

⑶ 辅助计算

④超压系数 （见SY/T6143—2004附录A.1.4）

⑤操作条件下管径

⑷ 初步计算

①流量上限值

设ε=1 Δp=10kPa 根据计算式和其他已知条件：

②正常流量时的差压

⑸ 最终计算

①可膨胀系数

②流量上限

③流量对应的差压

40 节流装置的永久压力损失Δplose是如何规定的？

⑴标准孔板、喷嘴（ISA1932、长径喷嘴）的压力损失根据GB/T2624—93规定有两种计算方法：

当β在0.40～0.75之间，永久压力损失Δplose=（82～57%）Δp

⑵ 标准文丘里管（经典文丘里管、文丘里喷嘴）的压力损失根据GB/T2624—93的规定计算方法为：

式中 Δp″—文丘里管安装后，在上游法兰前1D处与在下游

法兰后6D处的两点差压；

Δp′—文丘里管安装前，原管道上在上述两点的差压；

Δp —文丘里管差压。

永久压力损失Δplose的实际值为（5～20%）Δp。上面公式在实际应用中很不方便，在文丘里管的锥角为70°时，采用下列公式：

⑶ 均速管的压力损失

均速管是低压压力损失的非标准节流装置，其压力损失没有统一规定，各个厂家的产品都提供计算压力损失的方法。下面提供的方法仅供参考：

41 标准孔板与均速管的压力损失Δplose、能耗W、年运行费用Cost各有多少？

液体、气体和蒸汽的能耗公式

年运行费用公式 Cost=（W/h）×年运行小时×A

式中：W— 能耗kw；

Δplose—压力损失kPa；

qvcon— 正常体积流量m3/h；

qmcon—正常质量流量kg/h；

η— 泵效率% ；

FZ— 操作状态压缩系数；

TK— 介质绝对温度°K；

P—介质操作状态绝对压力 kPa；

ρ—操作密度kg/m3；

A—电价

例1，某厂水管道内径为φ250mm，正常体积流量400m3/h，操作压力1.6MPa，标准孔板计算结果β=0.624、差压Δp=50kPa；使用平均面积法四孔取压的均速管计算结果：差压Δp=16kPa，泵效率η取80%，电价A=0.5（yun/kW•h）。

①计算标准孔板的Δplose、W和Cost：

②计算均速管的Δplose、W和C：

42 差压式流量计测量过热蒸汽流量时，由于操作温度、压力的变化，为什么会产生测量误差？

从上述公式可以看出差压Δp作为影响流速的敏感因素，而把密度ρ作为一个常数量来处理的。但是在实际操作中，密度ρ也是流速的敏感因素，它是操作温度、压力的函数。一旦操作温度或压力偏离了设计值，就将带来流量的测量误差。因此，温压补偿的实质就是将操作温度、压力随时跟踪密度ρ的变化。

例题 测量某供热厂的过热蒸汽流量，设计压力1.078Mpa（表压）、温度260℃；当压力下降0.35Mpa（表压）、温度上升50℃，测量误差计算如下：

计算式中密度值查表得到，数值为负表示减少。

由此可见当操作条件偏离设计条件时所产生的测量误差是很大的，进行温压补偿是必要的。

43 气体流量计无温压补偿，当操作温度、压力变化时，对测量会有多大的误差？

在气体或过热蒸汽流量测量中，操作温度、压力偏离设计值，又无温压补偿，其测量误差是很大的。下面举例进行说明。

例1：某厂测量燃料气流量，设计压力0.3Mpa（表压）、温度30℃；冬季用量大时，压力降至0.2Mpa（表压），在温度不变时测量误差如下。

由气体流量温压补偿的误差计算式：

式中 ，ρ—密度；p—压力；T—温度；δqv—相对误差；下标d —设计值；o — 操作值 。

由此可见当操作条件偏离设计条件时所产生的测量误差是很大的，进行温压补偿是必要的。

44 差压式流量计测量气体的温压补偿运算式是如何表示的？

由于气体体积是可以压缩的，在不同的温度和压力条件下，气体的体积流量是不同的。采用节流装置差压式流量计测量时，其结果是用标准状态下（t=0℃、P=0.10133Mpa）来表示的。下面公式推导中qV—气体体积流量、ρ—密度、T—绝对温度、P—绝对压力、—差压、K=0.03999αεd2、K—流量系数；下标s—标准、o—操作、d—设计。

根据理想气体特性

所以得到温压补偿运算式为：

45 差压式流量计测量过热蒸汽的温压补偿运算式是如何推导的？

过热蒸汽差压式流量测量与气体流量测量有两点不同，一个是过热蒸汽密度ρ不遵守理想气体温度、压力变化的特性，另一个是采用质量流量计算公式，因此它们的温压补偿运算式完全不同。

根据节流装置差压式流量计算式

当采用数学模型法计算操作密度ρ时

式（45-4）为过热蒸汽流量测量的温压补偿运算式，式中符号为：

P — 压力（表压） MPa ； t —温度℃ ； 下标O — 操作 ；d — 设计；A、B、D、F—模型系数，在补偿温度、压力量程确定后，用最小二乘法求出。

46 气体流量的温压补偿方法是如何实现的？（举例说明）

采用温压补偿的方框图见图11。

图11 气体流量温压补偿方框图

根据题意选压力变送器量程为0～0.441MPa，温度变送器量程为0～60℃，计算各系数，并代入式（46-5），得到：

根据气体流量温压补偿公式：

又根据仪表统一信号（4～20ma或1～5V）表达式，令：

式中：PL—压力变送器起始压力

TL—温度变送器起始温度

PS—压力变送器量程

TS—温度变送器量程

XP—压力变送器输出信号

XT—温度变送器输出信号

XH—变送器上限信号

XL—变送器下限信号

将式（46-2）、（46-3）代入式（46-1），经过整理得到：

为便于运算将式（46-4）改写为：

式中 X1—差压信号、X2—压力信号、X3—温度信号

k01—PS/Pd、k02—TS/Td、k03—PL/Pd、k04—TL/Td

例题：测量燃料气孔板式差压流量计最大流量2000nm3/h，设计的表压0.441MPa ，温度60℃，选择差压16kPa，管内径D=205mm，孔板孔径d=108.03mm，写出温压补偿运算式。