0引言
  用(yong)标準節流裝(zhuāng)置測量氣體(ti)流量，其準确(què)度影響因素(sù)，包括直管段(duan)長度、一次測(ce)量元件運行(háng)狀況、現場變(bian)送器安裝使(shi)用、儀表量📧程(cheng)合理與否、溫(wen)壓補償參數(shù)正确性都是(shì)‼️非常重要的(de)因素。
  氣體具(jù)有可壓縮性(xing)，在氣體流量(liàng)測量過程中(zhong)，流量與氣體(tǐ)密度緊密關(guān)聯；而氣體密(mi)度又是溫度(dù)和壓力（簡稱(cheng)溫壓）的函數(shu)⭕。所以要獲取(qu)準确的氣體(ti)流量，需要進(jìn)行溫壓補償(chang)。
1節流式差壓(yā)流量計的構(gòu)成及工作原(yuán)理
1.1節流裝置(zhì)流量測量系(xì)統構成
  節流(liu)裝置(孔闆流(liú)量計)、導壓管(guan)、差壓變送器(qì)和流量二次(cì)表（DCS系統）組成(cheng)了孔闆式節(jiē)流裝置流量(liang)♉測量系統（簡(jiǎn)稱流量測量(liàng)系統）。
1.2節流孔(kǒng)闆的工作原(yuan)理
  充滿管道(dào)的流體流經(jing)管道内的節(jie)流裝置，在節(jie)流件附近造(zào)成局部收縮(suo)，流速增加，在(zài)其上、下遊兩(liang)側産生靜壓(yā)💚力差。
在已知(zhī)有關參數的(de)條件下，根據(jù)流動連續性(xing)原理和伯努(nǔ)利方程可以(yǐ)推導出差壓(yā)與流量之間(jian)的關系而求(qiu)得流量📞[1]。其基(ji)本公式如下(xià)：

c－流出系數無(wu)量綱
qm－質量流(liu)量kg/s
qv－體積流量(liang)m3/s
β－直徑比d/D無量(liàng)綱
d－工作條件(jian)下節流件直(zhí)徑
D－工作條件(jiàn)下上遊管道(dào)内徑
ρ流體的(de)密度Kg/m3
ε可膨脹(zhang)性系數無量(liang)綱
ΔP差壓值。
  在(zài)以上公式中(zhōng)，β和d是常數，C和(hé)ε在一定流量(liàng)範圍内也可(kě)🔴以看作👌是常(cháng)數，因此上式(shi)可以簡化爲(wèi)：

  在工況一定(dìng)的情況下，即(ji)流體介質密(mì)度不變時，流(liu)體的流量與(yǔ)差壓成平方(fang)根關系。
2氣體(ti)流量測量的(de)溫壓補償要(yao)求及公式推(tuī)導
2.1氣體流量(liàng)測量的溫壓(ya)補償要求
  由(you)于流量測量(liàng)裝置的設計(jì)過程中，提供(gòng)的設計溫度(du)、壓力與實際(ji)運行的工作(zuò)溫度、壓力有(yǒu)一定的差異(yi)，或者由于工(gōng)藝條件造成(cheng)流體溫度、壓(ya)力波動較大(da)，緻使測出的(de)流量不能真(zhēn)實反映其工(gōng)作狀态下🍉的(de)實際流量。當(dāng)被測介質爲(wei)氣體時，溫度(du)、壓力對密度(du)的影響就🐪會(hui)更大，要獲🔞得(dé)正确的結果(guǒ)則需要進行(háng)補償。
  通常測(cè)量氣體的溫(wēn)度和壓力要(yao)比測量介質(zhì)密度更易🆚實(shi)現，在高溫高(gao)壓條件下，難(nan)以直接測量(liang)出氣‼️體的密(mi)度，必須根據(jù)密度與壓力(li)、溫度的關系(xi)ρ=f(t,p)進行運算處(chù)理，利用參數(shù)壓力P、溫度T來(lai)代替密度ρ的(de)變化量進行(háng)補償，而壓力(li)P、溫度T可以通(tōng)過安裝在孔(kong)闆前後的壓(yā)力變送器、溫(wēn)度儀表檢測(ce)取得。
2.2氣體流(liu)量測量的溫(wen)壓補償公式(shì)推導
  用于過(guo)程控制的氣(qi)體測量目前(qián)主要采用孔(kong)闆式節流裝(zhuāng)置🆚進行流量(liang)測量的方式(shi)[2]。其流量基本(běn)方程式爲：

  其(qi)中Qm爲被測流(liu)體的質量流(liú)量，Qv爲被測流(liu)體的體積流(liu)🏃🏻量☔，△P爲⛱️差壓變(biàn)送器輸出的(de)差壓值，ρ爲被(bèi)測流體的密(mì)度。
在測氣體(ti)的孔闆計算(suàn)書中，設計者(zhe)一般提供孔(kong)闆測🙇‍♀️量的最(zui)大流量Qmax（單位(wèi)一般是Nm3/h）、最大(dà)差壓△Pmax、設計溫(wen)度T0、設計🔴壓力(lì)P0、設計密度ρ0,假(jia)設被測介質(zhi)在标準狀況(kuàng)下的密度🥰爲(wei)ρN
則有：


  其中：Pf爲(wèi)工況下的壓(ya)力，Tf爲工況下(xia)的溫度。注意(yi)：計算時需采(cai)♻️用絕對壓力(lì)，絕對溫度。
将(jiang)（7）代入（6）式：

3氣體(tǐ)流量測量應(ying)用舉例
3.1問題(tí)引出的背景(jing)
  某廠加氫裂(liè)化裝置循環(huán)氫機組入口(kǒu)流量參與機(jī)組的喘振控(kòng)制，所以流量(liang)測量正确率(lü)顯得尤爲重(zhòng)要，但開工☂️初(chu)期發現循環(huán)氫壓縮機入(rù)口流量指示(shì)超量程。
  根據(jù)設計提供的(de)孔闆計算原(yuán)始數據（見表(biao)1，修改前），按✔️ISO5167标(biāo)準🔞法🧑🏾‍🤝‍🧑🏼蘭取壓(yā)的計算軟件(jiàn)對孔闆的計(ji)算結果📧進行(háng)♻️核算，得到🤟的(de)差🔆壓量程及(ji)孔徑尺寸與(yu)制造廠家提(ti)供🤟的數據♊一(yi)緻，但循環氫(qīng)機組的入口(kou)流量指示超(chāo)量程情況依(yī)然未能解決(jué)。
  再次對孔闆(pan)計算書進行(hang)複核，發現機(ji)組循環氫介(jie)質标準密度(du)設置爲純氫(qīng)的物性0.0899kg/m3、操作(zuò)密度爲10.5692kg/m3。即原(yuán)設計者把純(chún)氫密度替代(dai)🏒循環氫介質(zhì)密度作爲孔(kong)闆計算參數(shu)，造成了差壓(ya)設置的偏差(chà)。

3.2循環氫系統(tong)的介質特征(zhēng)
  加氫裂化工(gong)藝在反應過(guò)程中需要耗(hào)氫，系統中提(tí)供了💋過👨‍❤️‍👨量的(de)氫氣參與反(fan)應，經過反應(yīng)後，未反應的(de)❗富裕氫氣從(cong)反應器♌出來(lái)，經過降溫并(bing)與油分離後(hòu)，進入循🔴環氫(qing)壓縮機升壓(yā)。
  循環氫實際(jì)上是富氫氣(qì)體，除了氫氣(qi)外，含有碳化(huà)合物、硫化氫(qing)等組分，又稱(chēng)混氫，純氫與(yǔ)混氫的密度(dù)有較大的差(chà)異。
3.3問題處置(zhi)
  由于孔闆已(yǐ)經安裝到位(wei)投入使用，不(bu)具備更換條(tiao)🙇🏻件。因此根㊙️據(ju)正常操作條(tiao)件下混氫密(mì)度27.2194kg/m3以及實際(jì)✂️孔闆⭐的尺寸(cun)，來反推導差(cha)壓變送器的(de)實際量程。通(tōng)過計算，循環(huán)氫入口流量(liàng)的差壓量程(chéng)🤩由原來的8KPa修(xiu)🚶‍♀️改爲16.19KPa。變送器(qì)量程經重新(xīn)設置後流量(liàng)指示在量程(cheng)❤️範圍内重獲(huo)顯示。
  經過密(mi)度重設後盡(jìn)管在量程範(fàn)圍内可顯示(shì)，但數值🔅的正(zhèng)🌍确性仍存在(zai)較大偏差，究(jiū)其原因是氣(qì)體流量測量(liang)未🏃🏻‍♂️進行正确(què)的溫壓補償(cháng)，程序設定溫(wēn)壓補償公式(shi)中仍取用純(chun)氫密度計算(suàn)得到🆚的補償(cháng)系數不準确(que)，流量與實際(ji)工況必定有(you)較大偏差。
4流(liú)量正确率影(yǐng)響分析
4.1初始(shǐ)密度設置偏(pian)差的影響分(fen)析
  從加氫裂(lie)化裝置循環(huan)氫機組的入(ru)口流量指示(shì)超量程問題(ti)中發現原設(she)計介質密度(du)設置偏離。循(xun)環氫介質操(cāo)作密度從10.5692kg/m3改(gǎi)爲27.2194kg/m3後，計算得(de)出變送器最(zui)大🌈量程由原(yuán)來的8KPa改爲16.19KPa，而(er)對應最大流(liú)量350000Nm3/h的工程量(liàng)不變。根據公(gōng)🆚式：

  由此可見(jiàn)，在孔闆測得(de)同樣差壓的(de)情況下，8KPa量程(chéng)所對應流🤞量(liàng)值指示值是(shì)量程爲16.19KPa所對(duì)應流量值指(zhǐ)示的1.422倍，流量(liàng)指示偏大。原(yuan)始介質密度(du)設置的不恰(qia)當導緻流量(liàng)計算出現較(jiào)大誤差💃🏻，且因(yīn)變送器量程(cheng)根💁據原始密(mì)度選型設置(zhi)偏小而不能(néng)滿足🈲實際測(cè)量❗要求。
4.2溫壓(ya)補償C系數偏(piān)差影響分析(xī)
  加氫裂化循(xun)環機機組入(rù)口流量的溫(wēn)壓補償方式(shì)，機組制🎯造商(shang)給出一個補(bǔ)償系數C，提供(gong)的C值爲518138.53，但未(wei)給出✉️此系數(shu)來源，推導過(guò)程及設定的(de)邊界條件。因(yin)此，上例中差(cha)壓量程修改(gǎi)後，流量指示(shi)還是存在較(jiao)大偏差，必須(xu)對系數C進行(hang)調整，以下爲(wei)C系數調整的(de)推算過程。

  溫(wen)壓補償C系數(shù)與流量呈線(xian)性關系，由于(yu)原先C值設🌈置(zhi)錯誤造成的(de)流量誤差達(da)到30.0%。
4.3介質組分(fèn)波動影響分(fen)析
  采用溫度(du)、壓力補償方(fāng)法測量氣體(ti)體積流量，是(shi)基🐇于介質組(zǔ)份穩定或組(zǔ)份變化很小(xiǎo)的一般氣體(ti)，可📱對流體密(mì)度影㊙️響予以(yǐ)忽略，對測量(liang)示值的影響(xiǎng)也即可忽略(lue)。但對于組份(fèn)㊙️波動變化較(jiào)大的氣體，流(liú)體😄密度影響(xiǎng)将增大，如仍(réng)将某一組分(fèn)的流體狀态(tai)密度當作常(cháng)數來處理，最(zuì)大測量誤差(chà)就不可忽視(shi)。
  在加氫裂化(huà)循環氫系統(tǒng)運行過程中(zhōng)，循環氫組分(fen)🆚除☔氫氣外，含(han)有碳化合物(wu)、硫化氫等組(zu)分，混氫組分(fèn)發生着動态(tai)變🤩化。表🎯2爲從(cong)混氫組份50個(ge)随機樣本中(zhong)選取數據，通(tong)過🌍計算獲得(de)氫氣百分含(han)量爲最大值(zhi)、平均值、最小(xiao)值時所對應(ying)的密💚度分别(bié)爲🤩：19.54kg/m3、26.615kg/m3、34.790kg/m3，密度存在(zai)🌈着較大波動(dòng)。

  對50個樣本數(shu)進行數據統(tong)計，結果爲：組(zu)分變化造成(chéng)密度☂️變化❤️曲(qǔ)㊙️線如圖1，圖2描(miao)述了±10%密度變(biàn)化的樣本數(shù)爲66%。
  從圖1可看(kan)出，密度在20～40範(fan)圍内變化。由(you)此引出新的(de)疑惑：盡管對(dui)氣體有溫壓(ya)補償糾偏，但(dàn)氣體組分存(cun)在🏃波動♌,爲了(le)🈲量化組分波(bō)動的影響情(qíng)況，對影響的(de)幅✔️度進行計(jì)算。從設計提(tí)供的孔🧑🏾‍🤝‍🧑🏼闆計(ji)算用密度爲(wei)27.2194kg/m3作爲基準，按(àn)最小密度19.54kg/m3、最(zui)大密度34.790kg/m3來計(ji)算流🌈量的誤(wù)差情況：

  假設(she)除介質密度(dù)變化外，K、△P都不(bu)變
則：

下的設(shè)計體積流量(liàng)值。
  當實際密(mì)度ρ2爲19.54kg/m3，設計密(mì)度ρ1爲27.2194kg/m3時：
Q2=1.18Q1
  同樣(yang)，當實際密度(du)ρ2爲34.790kg/m3，設計密度(dù)1爲27.2194kg/m3時：
Q2=0.884Q1
  從圖2情(qíng)況看，組分變(bian)化引起密度(dù)在設計基準(zhǔn)密度🌏上下10%範(fan)圍内波動的(de)情況占66%，按密(mi)度上下變化(hua)爲10%計算，分别(bie)是：
Q2=0.954Q1
和Q2=1.054Q1
  當實際(ji)密度ρ2比設計(ji)密度ρ1小時，實(shí)際體積流量(liàng)比指♉示的🔴流(liu)量大👨‍❤️‍👨。當實際(jì)密度ρ2比設計(ji)密度ρ1大時，實(shi)際體⭐積流量(liàng)比指示的流(liú)量小。
4.4各因素(sù)影響程度的(de)比較
4.4.1影響程(chéng)度比較
  由于(yu)采用錯誤的(de)介質密度，造(zào)成流量測量(liang)誤差最大🈲達(dá)40%；
  按錯誤的溫(wen)壓補償系數(shù)計算得到的(de)流量與實測(ce)值♻️之間的誤(wu)差達到30%；
  調整(zheng)校正溫壓補(bu)償系數後，介(jiè)質組分變化(huà)可能造成的(de)流量測量誤(wu)差約達10%~20%；一般(bān)情況下，組份(fen)引起的測量(liang)誤差可以控(kòng)制在5%以内。
4.4.2體(tǐ)會
  現階段要(yao)做到在線進(jin)行密度補償(cháng)暫時不具備(bèi)條👨‍❤️‍👨件，但相♋對(dui)于💜設置偏離(lí)導緻的計量(liàng)誤差，取平均(jun)組份的👈密度(du)作爲計量基(ji)準📐，可較大幅(fu)度降低計量(liang)偏差。
  在實際(ji)工作過程中(zhong)，有必要對設(she)計提供的數(shu)據的合理性(xing)進行複核驗(yàn)證，類似加氫(qing)裂化循環氫(qīng)介質密度取(qu)值🌏錯誤導緻(zhì)的流量指示(shi)誤差完全可(kě)以避免，而由(you)于組份變化(hua)對🛀流量測量(liang)的誤差目前(qián)沒有合适的(de)解🔞決辦法，當(dāng)組份變化不(bu)大時，流✂️量誤(wù)差仍屬可控(kòng)。
5結語
  在氣體(tǐ)流量測量系(xi)統中，溫壓補(bǔ)償是其中一(yi)個不可缺少(shao)的環節，在實(shi)際的生産過(guò)程中，往往因(yīn)設計參數的(de)不确定性，提(tí)供的孔闆計(ji)算原始參數(shù)與實際工況(kuàng)存在較大的(de)偏差，學會計(ji)算調整差壓(yā)，複核驗證并(bing)得到正确的(de)補償系數在(zai)實際工作非(fēi)常重㊙️要。

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