气体流量测量与温压补偿

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1、气体流量测量与温压补偿摘要：本文介绍了气体流量测量中温度、压力补偿的原理及数学模型，并且给出工程上的实现方法、故障处理关键词：气体流量测量温压补偿工程实现故障处理1引　言流量检测仪表是发展生产，节约能源，改进产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具，物料总量的计量也是经济核算和能源管理的重要依据。随着全球能源价格的上涨，为了加强能源管理，提高流量测量的精度成为企业更为迫切的要求。我厂配套至尿素界区的CO2流量FI104（原合成至尿素CO2流量FI101）不仅作为CO2压缩机防喘振控制运算参考，而且参与氨炭比计算，是尿素车

2、间工艺操作的重要依据之一。尿素操作工反映，按以往经验，该流量指示不准，并且与位于配套界区的CO2流量FT22010指示完全不一致。为了解决这一问题，需要对该流量计引入温压补偿，并就气体的流量测量问题进行一些其它的探讨。2补偿原理与公式推导流量计的种类繁多，检测原理也多种多样，实际选用时要根据不同的工作场合选择。本文主要讨论干气体流量的测量与温度、压力补偿。由于气体具有可压缩性，因此比液体的测量更为复杂。气体的流量测量主要是采用差压流量计，根据差压流量计的测量原理，体积流量Q是差压与密度的函数，而密度又是温度和压力的函数，实

3、际使用时，由于介质的密度与设计时的密度不同，会出现较大的测量误差，这是要对其进行温压补偿的原因。差压流量计的基本计算公式为：（1）式中：q为被测气体在工作状态下的体积流量；ρ为被测气体在工作状态下的密度；Δp为变送器测得的差压；K为系数，它包含流量系数、膨胀系数、管道孔径等参数，一般情况下可以认为它为常数。本文讨论的温压补偿是指补偿密度随温度、压力的变化所造成的影响。在实际使用中，仪表的标尺是以标准状态下的流量qn6为刻度。根据管道内气体流量满足连续性方程（2）式中，带下标“n”的参数为标准状态下的值。由此可得到流量在两种

4、状态（标准状态和工作状态）下的转换式：（3）将式（1）代入式（3）得：（4）而仪表的刻度是按设计工况设计的，即：（5）式（4）、式（5）相除即可得到当工况偏离设计值时密度的补偿公式：（6）式中，带下标“s”的参数为设计值。再根据气体状态方程导出在不同状态下气体的密度转换式：（7）便可得到通常使用的温压补偿公式：6（8）上式中压力为绝对压力，温度为热力学温度。从式（8）可见，当气体的实际工况与设计工况相同时，流量计的示值与实际值相符（仅与差压有关），当实际工况偏离设计工况时，实际流量还会随着温度、压力的变化而变化。例如，压力

5、变化6.25％(1/16)，流量就会相差25％，可见误差极大。因此，气体流量测量必须进行温压补偿。3工程实现对于一般的干气体或者可以近似为干气体的流量测量，可以利用DCS中温压补偿模块对其进行补偿，以下以横河CENTUMCS3000为例，对我厂尿素界区CO2压缩机入口流量FI104进行温压补偿。CS3000中温压补偿模块TheTemperatureandPressureCorrectionBlock(TPCFL)如下图所示：其中IN端为流量测量输入，Q01为温度输入，Q02为压力输入，OUT端为温压补偿后的输出，其算法为C

6、PV=GAIN•F0，其中GAIN的默认值为1.00（可以修改），F0为：Fi:MeasuredflowrateF0:CorrectedflowrateP:Measuredpressure[kPa]Pb:Referencepressure[kPa]T:Measuredtemperature(_℃)6Tb:Referencetemperature(_℃)在上式中，Fi为测量流量，F0为补偿后的流量，P为测量压力（表压）单位kPa,T为测量温度，单位为摄氏度（℃），DCS计算时将温度转换为热力学温度K，压力转换为绝对压力，Pb

7、:和Tb分别为设计状态下的压力和温度，这两个参数可以在操作站的参数设置画面中设定，比如100kPa和0℃，具体可以询问厂家确定。注意在组态时要选中TemperatureandPressureCorrection并且选择相应的温度、压力单位。GAIN参数的意义在CS3000中的文档没有说明，笔者认为如果需要对温度、压力之外的其它因素（例如湿度）进行粗略补偿，可以通过调整GAIN的数值来实现。具体组态见下图，来自FT104变送器的信号先经FF104开方，其PV值送至温压补偿模块TP104的IN端，温度和压力变送器分别经过PVI

8、模块进入温压补偿模块TP104的Q01和Q02端，经过TP104补偿后的CPV送至PVI模块FI104显示。仪表的精度与设计，安装、使用一系列环节密切相关，FT104的一次元件为威牛巴（wellbar），安装时必须与管道截面的水平线垂直，前后应该有足够的直管段，我厂尿素界区的使用条件是前后有双弯管道而且