气体流量测量与温压补偿.doc

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 CO 2流量 FI104 (原合成至尿素 CO 2流量 FI101 ) 不仅作为 CO 2 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 CO 2 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 q n为刻度。根据管道内 2 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 s P P T T s? sρρ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: 3 = s n ns s PT P T q q (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, %(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 CENTUM CS3000 为例,对我厂尿素界区 CO 2压缩机入口流量 FI104 进行温压补偿。 CS3000 中温压补偿模块 The Temperature and Pressure Correction Blo