孔板测气体及蒸汽流量温压补偿方案探讨

李文忠

（中国石化青岛炼油化工有限责任公司，山东青岛 266500）

0 引言

炼化企业生产中广泛采用节流式差压流量计来测量气体及蒸汽介质流量，其基本流量方程式为：

式中 qm——被测介质实际操作条件下的质量流量

qv——表示被测介质实际操作条件下的体积流量

α——流量系数

ε——膨胀系数

d——节流元件开孔直径

ΔP——节流元件前后差压

ρ——被测介质实际操作条件下的密度。从上式可以看出，差压式流量计测量出的流量大小与节流元件前后差压及被测介质的密度相关。

由于气体及蒸汽介质的密度受温度、压力参数变化的影响很大，实际操作时气体及蒸汽介质的温度、压力与设计条件下的数据有时会有较大偏差。因此，为提高节流式差压流量计测量精度，需要对气体及蒸汽介质流量测量进行相应的温度压力补偿运算。

1 部分DCS 厂家提供的流量计温度、压力补偿运算方案

部分DCS 厂家提供的实用节流式差压流量计温度、压力补偿运算方案如下：

式中Fi——检测流量；

F0——温压补偿后的流量；

p——实测介质压力，kPa

ps——设计介质压力，kPa

t——实测介质温度，℃

ts——设计介质温度，℃

式（1）可简化为F0=Fi。其中，Fi为检测流量，F0为温压补偿后的流量，P 为实测介质绝对压力，Ps为设计介质绝对压力，T为实测介质绝对温度，Ts为设计介质绝对温度。

DCS 厂家资料说明中，明确了该温度、压力补偿公式适用于气体和蒸汽介质。

通常气体介质的节流元件计算中采用的是标准状况体积流量单位为“Nm3/h”，蒸汽介质采用的是质量流量单位“kg/h”。如果采用上述同一个温压补偿运算公式，是否存在密度运算偏差？对于气体介质和蒸汽介质，正确的温压补偿公式应该如何确定？

2 节流式差压流量计测量气体介质流量

工程设计中通常把气体介质当做理想气体进行节流装置计算选型，流量单位选择标准状况：

体积流量“Nm3/h”（0 ℃，0.101 325 MPa）。

2.1 气体介质的标准密度转换为设计条件下的操作密度

理想气体状态方程式为PV=nRT，根据该方程式推导得出设计条件密度ρs与标准状况密度ρn运算关系为。其中，n 指标准状况下的变量参数，s 指设计条件下的变量参数。

2.2 流量的计算（流量单位为“m3/h”）

（1）设计条件下，体积流量运算关系为qs=qn×，体积流量测量运算关系为qs=αε×。因此，设计条件下转换成标准状况下的体积流量测量运算关系式：

2.3 气体介质温度压力补偿运算公式

将上式与DCS 厂家给出的温度压力补偿公式进行对比，可以明确：①厂家给出的温度压力补偿公式用于气体介质温度压力补偿运算时是有严格条件限制的，即只能用于节流装置计算时流量单位采用标准体积流量的情况；②如果节流装置计算时流量单位采用体积流量则需要根据式进行温度压力补偿运算。

3 节流式差压流量计测量蒸汽介质流量及补偿运算

工程设计中蒸汽介质分为两种，即饱和蒸汽和过热蒸汽，节流装置计算选型时流量单位选择质量流量“kg/h”。

3.1 饱和蒸汽流量测量及补偿运算

饱和蒸汽的密度与压力或温度之间是单值函数关系，即通过压力或温度查饱和蒸汽热力学参数表得出的密度数据是一致的。由于饱和蒸汽的物理性质与理想气体差别很大，因此不能采用通用的气体介质温压补偿公式，饱和蒸汽流量测量公式如下：

由于压力变送器测量精度优于温度传感器，因此实际应用中常采用压力变送器方案对密度进行修正和补偿运算（表1）。

表1 饱和水蒸汽密度与压力的对应关系

正常运行过程中，由于饱和蒸汽的实际操作工况已基本稳定，应根据实际的操作工况和确定的节流元件孔径数据对节流元件进行应用计算，反算并修正对应实际操作工况的差压变送器量程，并根据实际操作工况对照选择不同压力范围下密度与压力的计算公式代入，即可对饱和蒸汽流量进行相对准确的补偿运算。

3.2 过热蒸汽流量测量及补偿运算

过热蒸汽的密度受压力和温度两个自变量共同影响，实际操作条件与设计条件偏差较小的前提下，实际应用中可以简单地把过热蒸汽看做近似理想气体，因此可按照气体介质质量流量公式进行温度压力补偿运算。

上式与DCS 厂家给出的温度压力补偿公式进行对比，可以明确：厂家给出的温度压力补偿公式可以用于过热蒸汽流量的简单温度压力补偿运算，单位选择质量流量。

正常运行过程中，由于过热蒸汽的实际操作工况已基本稳定，应根据实际的操作工况和确定的节流元件孔径数据对节流元件进行应用计算，反算并修正对应实际操作工况的差压变送器量程，然后再进行相对准确的温度压力补偿运算。

4 结束语

通过对气体、饱和蒸汽、过热蒸汽差压式流量计温度压力补偿运算的推导和梳理，明确了部分DCS 厂家提供的通用温度压力补偿运算公式中的流量单位及适用范围，并给出不适用于通用温度压力补偿运算公式的饱和蒸汽介质流量的补偿运算公式。通过正确选择温度压力补偿公式和流量单位，将提高差压式流量计的测量准确度、减小测量偏差。