差压式流量计的温压补偿计算

牛泽亭(中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086)

0 引言

在化工厂中，应用较为普遍的流体可分为气体、蒸汽、液体三种。通过对以上流体的具体调查可知，对液体体积的影响较大的是温度的变化，并呈正比关系，即温度变化小，液体体积变化小，而压力变化对其影响较小。因此在实践过程中，不需要对其温度和压力进行补偿。而另两种流体与液体流体特性不同，需要加以注意。在工作过程中，气体和蒸汽受到温度和压力的影响会随之发生改变，因此可能造成流量检测结果存在误差，并且数值差距较大。由此可见，在对气体和蒸汽进行流量测量时，加入温压补偿计算，有利于测量结果精准程度的提高[1]。

目前市面上应用较广的流量计具有较多种类，例如容积式、差压式、振动式以及电磁式等。在液体、蒸汽和气体流量的测量中，流量计有很多种，其中以带压力位移机构的差压式流量计较为常见，由于其结构简单、具有应用范围广、数值准确度较高的特点，因此差压计作为在化工实际生产中最为常见且最为普遍的流量计。差压式流量计内部包含种类较多，分别有标准孔板流量计、文丘里管式流量计、喷嘴流量计、均速管流量计、平衡流量计等等。差压流量计作为一种流量测量工具，用于测量液体通过节流阀和差压变送器的流量，具有结构简单、安装舒适、运行可靠、造价低廉、施工加工标准化等优点，因此在化工生产中得到广泛应用，例如可以测量液体和气体单相。本文对流量测量中气体和蒸汽两种流体的温压补偿具体计算进行分析与探讨。

1 差压式流量计测量原理

流量测量在环境保护、交通运输、生物技术、科学研究与实验、海洋气象、河流湖泊等领域具有重要作用，其测量结果不仅要可靠，而且要准确，因此对于流量计的要求非常严格。对于差压式流量计而言，其主要结构有节流装置以及差压变送器两个装置。其中节流装置位于所要测量流体的管道之内，而差压变送器位于管道之外。具体来说，差压变送器，只对测量液体的上下两点中间的压差进行计算，如果需要测量流体流量，那么需要与节流阀或者压力技术装置共同使用，其中节流阀包括标准孔板和文丘里管等设备，压力记录装置包括平均管、弯头等设备。在测量过程中，需要根据相关结论如伯努利方程以及流体连续性原理，在流动管中进行阻尼元件的安装。安装完成后，使得测量液体可以在阻尼元件处产生压差，这时的压差与流量具有函数关系。控制装置内出现充满圆管的单相流体通过时，其产生的流动带可以使弯曲部分产生局部收缩现象，形成反比关系，随着流速的增大，静压逐渐降低，这时牵引部的前后方形成压差。这个压差值与流体的流量有一个数值比，因此，只要测量压差，就可以得到流体通过管道的流量。在实践过程中，差压式流量计流量测量基本方程式如下[2]：

2 测量气体流量温压补偿

在化工行业生产过程中，诸如氧气、氮气这些较为常见的气体大多结构单一并且状态稳定。一般气体为该气体符合理想气体状态方式，也就是当压力低于1 MPa时，该气体有无限等于1的可压缩性。一般气体具有较多优势，如对计算过程起到简化作用，并且大多情况下符合工程的需求标准。

因此，本文仅对这类一般气体的温度、压力补偿计算方法进行了探讨。

2.1 气体温压补偿原理

根据相关定律，可对理想气体方程进行推导，公式具体分析如下：

式中：P为压强(Pa)，表示理想气体的绝对压力；V为理想气体体积 (m3)；n为气体的物质的量(mol)；R为最佳气体常数，8 314 Pa·m3/(mol·k)； T为理想气体的热力学温度(K)。

流体质量流量与体积流量的关系可以用以下公式表示：

2.2 实际举例

本文的实证举例为随机选取的某一装置，该装置需要对氮气流量进行测量。在测量过程中使用差压流量计，并且内部设有压力与温度的变速器。对基础压力和设计温度进行设置，数值如下：基础压力0.5 MPa(G)、设计温度35 ℃。经检测后，实际检测压力0.4 MPa(G)，温度30 ℃。流量计数值为300 m3/h，可得：从这个例子可以看出，由于实际测温和压力不同于设计的温度和压力，实际流量应为测量流量数值的0.92倍，实际值与实测值相差24 m3/h。也就是说，在平时对气体流量的测量过程中存在较大的测量偏差，因此应该在测量过程中加入温压补偿法进行调整，使得误差变小，从而提高结果的准确性，否则对于其他气体的测量误差会更大，甚至造成较大的经济损失[3]。

3 测量蒸汽流量温压补偿

在持续加热的作用之下，饱和蒸汽会在自然蒸汽压力下进行，温度升高，因此会与理想气体的物理性质相差较大，被称为实际气体。这时由理想气体状态所形成的方程导出的温压计算就不能用于此时进行计算补偿和修正[4]。

3.1 蒸汽温压补偿公式

根据公式可知，在蒸汽流量测量过程中对测量结果影响最大的因素为密度。因此要想对测量误差进行控制与减小，需要对密度值进行作用，使得结果更加准确。

3.2 蒸汽密度获取方法

在蒸气密度获取时，通常采用公式法、状态方程法以及查表法三种方法进行获取。

IFC-67公式与IAPWS-IF97公式。为了达到蒸汽热力学性质以及数据在世界范围内进行统一的目的， IFC机构在缜密的分析与讨论后，对蒸汽热力学性质框架进行规定，以此为基础，提出了IFC-67公式。20世纪末期，修改后形成IAPWS-IF97公式，该公式在全球范围内拥有较高的权威性，并且较为全面。相比较来看，进行更改后的公式虽然使用条件以及计算方程复杂程度较高，但是使用过程更加简便[5]。

3.3 不同密度求取方法结果比较

以上为蒸气密度获取方法中较为主要的三种，对三种方法进行比较验证后，在利用不同的求解方法对密度进行计算时，需要在实际过程实践中对误差的大小进行比较，因此需要对截止的具体工作条件进行前提性的分析，并以此结果为基础，对方法进行适当的选择，依次提高结果的准确性。

4 进行温压补偿计算需注意的问题

温压补偿技术的实际应用，在具体工作过程中还存在着较多不足，因此温压补偿精度还有上升的空间，因此本文对工程实践中遇到的问题进行了具体举例，希望可以引以为戒。理想气体的状态方程并不完全适用所有情况，需要进行多因素的综合性考虑后，才可以对计算的准确性进行保证[6]。

综上所述，本文以较为常用的差压流量计作为典型例子进行分析，对温压补偿技术和公式计算方法进行简单介绍，但是对于线性流量计以及脉冲流量计而言，流量公式的不同会造成温压补偿公式的变化，因此这两种流量计对于差压流量公式而言是有所区别的，应该在实际工作中加以注意。

5 结语

总而言之，由于流体特性的不同，存在流量测量过程与结果误差的差异性。为了使得气体和蒸汽两种流体流量测量结果拥有更高的精准度，需要在测量完成后加入对测量结果的温压补偿计算。如果缺少这一步，或者不注意这一步，就会带来很大的误差，以此对化工生产过程的控制产生重要影响，会带来不可估计的后果。本文对差压式流量计的温压补偿情况以及相关原理进行具体分析阐述，用实例说明了计算的详细过程，并提出了在实际工程实践中应注意的几个要点，使差压式流量计，可以更好地选择适宜的温压补偿方法，从而对燃气和蒸汽流量测量的精准程度进行提高，促进数据测量的稳定性与高效性。