摘要:針對孔闆(pan)流量計 在蒸汽(qì)測量過程中，因(yin)蒸汽溫度和壓(yā)力的變化導緻(zhì)測♋量誤差大，通(tōng)過對蒸汽溫度(du)和壓力進行補(bǔ)償⭐修正☔，減少儀(yí)表測量誤差。介(jiè)紹了孔闆流量(liang)計測量的基本(běn)原理，對🈲蒸汽進(jin)行溫壓補償的(de)原因以及溫壓(ya)補償的處理方(fāng)法、計算方式✍️和(he)注意事項，并在(zai)DCS程序中得到驗(yàn)證。
　　孔闆流量計(jì)是一種差壓式(shì)流量計，通過介(jie)質流過标🔴準孔(kǒng)闆前後的差壓(yā)來測量流量，常(cháng)用于測量蒸🈲汽(qi)、液體的流量，是(shi)應用最廣泛的(de)流量計之一。孔(kong)闆👌流量計由标(biao)準孔闆、導壓管(guǎn)路和變送器三(san)部分組成，在使(shi)用⚽過程中介質(zhi)溫度、密㊙️度、安裝(zhuāng)前後直管段長(zhǎng)度和節流裝置(zhi)精度都會影響(xiang)孔闆流量計的(de)流量測量精度(du)。本文通過在測(ce)量蒸汽流量過(guo)程，因實際工況(kuàng)與設計工況不(bú)一🔞緻，而導緻蒸(zhēng)汽流量偏差過(guò)大對生産運行(hang)帶💛來的影響爲(wèi)例,介紹了孔闆(pǎn)流量計的測量(liang)原理及溫差補(bǔ)償原因,并根據(ju)蒸🏃🏻汽的☀️性質選(xuan)擇合适的溫壓(ya)補償函數,并在(zài)DCS程序中驗證了(le)溫壓補償函數(shù)的合理性，提高(gāo)了蒸汽流量測(cè)量的精度。
1.孔闆(pan)流量計測量原(yuan)理
　　根據流體力(lì)學，單位重量理(li)想流體機械能(néng)沿流線不變，勢(shi)能❓與動能之和(hé)守恒，不随時間(jiān)改變，。
　　理想流體(tǐ)的伯努利能量(liàng)方程爲:
 
　　位重量(liang)理想流體的動(dong)能;α爲流量修正(zhèng)系數
　　位能與壓(yā)能的和爲勢能(neng)，勢能與動能的(de)和爲機械能，假(jiǎ)設蒸汽通過标(biao)準孔闆前後機(jī)械能守恒。
根據(jù)斷面流量方程(cheng):
 
　　式中:Q爲蒸汽流(liu)量，一般用質量(liang)流量表示，kg/h;ʋ爲蒸(zheng)汽流速🚶‍♀️，m/s;A爲斷面(miàn)面積，m2。
　　當蒸汽通(tong)過标準孔闆後(hòu)，因斷面面積縮(suo)小流速會增加(jia)，流速的增加又(you)會導緻斷面處(chù)壓力減少，就會(hui)在标準孔闆前(qian)後産生一個差(cha)壓值。差壓值與(yǔ)流速成一定比(bǐ)例關系，流速與(yu)斷面面積成反(fan)比例關系。由式(shì)(1)、(2)可知，根據前後(hou)差壓值就可以(yǐ)計算🌈出蒸汽流(liú)量。
　　可求出孔闆(pǎn)流量計蒸汽流(liú)量公式爲:
 

　　式中(zhōng):CƐ爲流出系數，與(yǔ)可膨脹系數、流(liu)量系數等參數(shu)有關，爲一常數(shu),标準孔闆計算(suàn)說明書給出;d1爲(wei)上遊管道内徑(jìng)，d2爲标準孔闆開(kai)孔直徑,m;△p爲差壓(ya)變送器顯示的(de)差壓值，pa;ρ爲蒸汽(qi)的密度，kg/m3.
2蒸汽溫(wēn)壓補償的原理(li)
2.1蒸汽的特性
　　蒸(zhēng)汽是一種氣體(tǐ)，分爲飽和蒸汽(qì)和過熱蒸汽。有(you)限密閉空間内(nèi)的液體在一定(dìng)的壓力下加熱(re)至沸騰，就會👄逐(zhú)漸開始汽化變(biàn)爲㊙️蒸汽。當單位(wei)時間内進人密(mi)閉空間的分子(zǐ)數與返回液體(ti)中的分子數相(xiàng)等時，密閉空間(jiān)内的蒸👉汽分子(zǐ)密度也不再發(fā)生變化，此時蒸(zhēng)發與凝結會處(chù)于一種動平衡(heng)狀态，稱爲飽🈲和(hé)狀态，産生的蒸(zhēng)汽就是飽和📱蒸(zheng)汽。飽和蒸汽的(de)溫度和壓力一(yi)一對應，兩者🔞之(zhī)間存在一個變(bian)量關系。飽和蒸(zhēng)汽又分爲幹飽(bǎo)和蒸汽和濕飽(bao)和蒸汽，千飽和(hé)蒸汽不含水分(fèn)，但實際運行中(zhong)很難達到這種(zhǒng)狀态。理想飽和(hé)蒸汽根據溫度(du)和壓力值，就💞可(kě)以推導🆚出蒸汽(qì)密度。對飽和蒸(zheng)汽❗進行溫壓補(bǔ)償，根據實際測(cè)得的溫度、壓力(lì)值，通過蒸汽密(mì)度表推導出合(he)适的函數關系(xi)式即可。
　　繼續加(jiā)熱飽和蒸汽，飽(bao)和蒸汽中的水(shui)分會逐漸減少(shao)直至完全蒸發(fā)，蒸汽溫度會繼(jì)續上升最終超(chao)過該壓力對應(yīng)的飽和溫度，成(cheng)爲過熱蒸汽。在(zài)工況波動範圍(wei)較大或管道保(bao)溫效果不好的(de)情況下，過熱蒸(zheng)汽也會變爲飽(bao)和蒸汽形成氣(qi)液二相流。過熱(re)蒸💰汽性質比較(jiào)複雜，溫度與壓(yā)力不再具有一(yī)-對應關🔞系，并不(bú)服從理想氣體(ti)公式，隻能看作(zuo)實際氣體。通常(cháng)過熱蒸🔞汽密度(dù)📧與溫度成反比(bi),與壓力成正比(bi)，過熱蒸汽在不(bú)同溫度🌍、壓力區(qu)間的函數關🛀🏻系(xì)也不同，很難用(yong)-一個統一的函(hán)數關系式表達(dá)出來
2.2蒸汽溫壓(ya)補償的目的
　　在(zai)蒸汽測量中，設(she)計工況與實際(ji)工況相對比往(wang)往存在偏差，孔(kong)闆流量計的可(ke)膨脹系數、流量(liàng)系數等參數都(dou)會🈚改變，蒸汽密(mì)度💯更會産生較(jiào)大變化。如果不(bú)對蒸汽進行溫(wen)壓補償，測量顯(xian)示的流量值與(yǔ)實際值相比就(jiù)會有誤差，影響(xiǎng)儀表的正常使(shǐ)用，需要🚩采用溫(wēn)壓補償對流量(liang)測量結果予以(yi)📐修正。
　　對蒸汽進(jin)行溫壓補償，就(jiu)是根據蒸汽實(shí)際運行工況的(de)溫度、壓力，通過(guò)相應的溫壓補(bu)償公式轉換出(chu)蒸汽的實際密(mì)度，最後計算出(chu)蒸汽的實際流(liu)量。由式(3)可知，如(ru)果實際工況參(can)數與設計工況(kuàng)參數偏差不大(da)，流出🌈系數CƐ。可以(yǐ)默認不變。故蒸(zhēng)汽進行溫壓補(bu)償的核心，就🈲是(shì)對蒸汽密度進(jin).行補償😘。過熱蒸(zhēng)汽密🔞度補償的(de)難點，就是需要(yào)通過蒸汽的溫(wen)度和壓力,推導(dǎo)出與😄蒸汽密度(du)的關🐕系，并能找(zhǎo)到合理的函數(shu)♻️公式表達出來(lai)。
　　在進行溫壓補(bu)償之前，要盡量(liàng)減少孔闆流量(liang)計安裝等問題(ti)帶來的誤差。首(shou)先是孔闆流量(liàng)計的選型是否(fǒu)合理，量程應該(gāi)适宜;檢查标準(zhun)孔闆有無變形(xíng)，安裝方🏃‍♀️向是否(fǒu)🚶‍♀️正确;孔闆流量(liang)計前後直管段(duan)距離是否滿足(zú)計算說明書要(yao)求，需🤩滿足前20倍(bei)管徑後10倍管徑(jìng)距離;孔🌈闆流量(liàng)計、導壓管安裝(zhuang)時，正負壓側冷(lěng)凝水罐安裝✊高(gao)度應一緻,冷凝(níng)水罐溢流口位(wei)置應高于取壓(ya)口，水平導壓管(guan)保持一定角度(dù)，避免高低壓側(cè)導壓管内殘留(liú)冷凝水産生附(fù)加差壓;檢查孔(kǒng)闆高低壓側導(dǎo)壓管和 三閥組(zu) 有無異物阻塞(sai)，不定時打開排(pái)污閥排污。檢查(cha)DCS程序回路，各類(lei)💁參數值設置是(shì)否與計算說明(míng)書--緻，公式📱是否(fǒu)正确，最後用信(xin)号發🌍生器模拟(ni)差壓信号，結合(hé)🐪計算說明書在(zai)DCS程序中🧑🏽‍🤝‍🧑🏻驗證流(liú)量是否正确。
2.3蒸(zheng)汽溫壓補償的(de)方式
　　以某工業(ye)造紙爲例，由蒸(zhēng)汽流程圖可知(zhī),從電站來🏃蒸汽(qi)由總管分爲兩(liǎng)支管，高壓側蒸(zheng)汽支管壓力、溫(wen)度不變，另一蒸(zhēng)汽支管經減溫(wēn)減壓裝置後，蒸(zhēng)汽的壓力和溫(wen)度均有所降低(di)，兩蒸汽分支管(guǎn)均安裝有孔闆(pan)流量計、 溫度變(bian)送器 和 壓力變(bian)送器 ,并全部接(jiē)人DCS中。蒸汽流程(chéng)圖如圖1所示。
 
　　根(gen)據标準孔闆計(jì)算說明書，介質(zhì)爲過熱蒸汽,兩(liǎng)台👌孔❤️闆🌈流量計(ji)設計工況壓力(lì)分别爲0.85MPa和0.5MPa,工況(kuàng)溫度分🌏别爲🏃🏻‍♂️200℃和(he)172℃，流量分别爲0~15Vh和(hé)0~50t/h,各類系數及蒸(zhēng)汽工況密度等(deng)參數均已在計(ji)算說㊙️明書中給(gei)出。
　　實際運行時(shi)，高壓側蒸汽管(guan)道壓力爲0.65~0.7MPa,溫度(du)爲220℃左右🎯。低壓側(cè)蒸汽管道壓力(lì)爲0.45~0.5MPa,溫度爲160℃左右(yòu)。可知低壓側蒸(zheng)汽💛管的實際👌工(gong)況與設計工況(kuàng)相比，壓力和溫(wēn)度相對低📞，而高(gao)壓側蒸汽管的(de)實🌏際工況壓力(li)比設計工況偏(piān)低，溫度偏高。按(àn)照孔闆計算說(shuo)明要求，在DCS程🔞序(xu)中設置好流量(liang)計算公式，直接(jie)代人各項參數(shù)，通過 差壓變送(song)器 顯示的差壓(ya)值計算出過熱(re)蒸汽瞬時流量(liàng)。按照過🐆熱蒸🥰汽(qi)性質推.算，低壓(yā)側蒸汽實際流(liú)量應該略高于(yu)孔闆流量計測(cè)量流量，高壓側(ce)蒸汽實際流量(liang)應該低于♌孔闆(pǎn)流量計測量流(liu)量🔴。
　　未進行溫壓(ya)補償前，兩台孔(kong)闆流量計流量(liang)運行曲線圖如(rú)圖2所示，正常運(yun)行時高壓側蒸(zhēng)汽流量爲10t/h左右(you)，低壓側⭕蒸汽流(liu)量爲32tV/h左右。
 
　　計算(suàn)過熱蒸汽密度(dù)一般采用工業(ye)用公式。在IFC-1967公式(shi)🈲的👉基礎上，制定(dìng)并通過了全新(xin)的水和水蒸汽(qì)計算公式👈，目前(qián)公式是最全面(miàn)、準确計算水蒸(zheng)汽熱力性質公(gong)式。但上述兩套(tao)公式有大量的(de)條💰件要求，不同(tong)區間有不同的(de)密度公式，計算(suan)也十分複雜。根(gen)據公式編制了(le)标準的蒸汽密(mì)度表，該蒸汽密(mì)度表數據🌈齊全(quán)适用性廣，簡單(dan)易查，而且在化(huà)工生産中✨常用(yòng)的蒸汽溫度爲(wèi)0~600℃，壓力爲0.1~5.0MPa,公❓式均(jun)能滿足使用要(yào)求，是目前獲取(qǔ)蒸汽密度最廣(guǎng)泛的方法之一(yi)。
　　根據孔闆流量(liàng)計運行的溫度(dù)、壓力區間，查詢(xún)過熱蒸♉汽密🔆度(du)表如表1所示。
 
　　因(yin)爲工況原因實(shí)際上蒸汽密度(du)是在一直變化(huà)中，所🐕以常用的(de)查表法并不适(shi)用于DCS程序中因(yīn)此需要采用相(xiàng)對簡單的密度(du)補🏒償公式，在一(yī)定範圍内滿足(zú)蒸汽密度表的(de)要求，就可以快(kuai)速實現密度補(bu)償提高測量精(jīng)度。實現密度補(bu)償☔的方法有很(hen)多，采用🙇🏻密度拟(nǐ)合法📧對過熱蒸(zhēng)汽進行溫壓補(bu)償，相對比較容(róng)易輸人DCS程🐕序中(zhong)，在要求的蒸汽(qì)溫壓區間内🈲也(yě)比♉較符合公式(shi)要求，計算精度(dù)也較高。
拟合公(gōng)式爲:
 
　　式中:ρ爲補(bu)償後的蒸汽密(mi)度，kg/m3;T爲過熱蒸汽(qì)溫度,℃;p爲過熱蒸(zhēng)汽壓力，MPa。
　　根據拟(nǐ)合公式，參考孔(kong)闆流量計實際(jì)運行的溫度🏃🏻‍♂️、壓(ya)力區㊙️間，計算出(chu)過熱蒸汽密度(du)如表2所示。
 
　　根據(ju)蒸汽流程圖1所(suǒ)示，将變送器所(suo)測過熱蒸汽溫(wēn)度📞和壓力數值(zhí)，代人式(4)中，分别(bié)計算出補償後(hòu)的兩分支管過(guo)熱蒸汽密度，最(zuì)後代人标準孔(kong)闆計算說明書(shu)中的流量公式(shì)，求出補償❗後的(de)蒸汽流量，最終(zhong)實現了對蒸汽(qi)的溫壓補償。
2.4蒸(zhēng)汽溫壓補償的(de)結果
　　以采取溫(wēn)壓補償措施前(qián)後七天，電站總(zǒng)管累計蒸汽流(liú)量與進車間兩(liǎng)分支管累計蒸(zhēng)汽流量之和數(shù)♍據進行對比。期(qi)間孔闆流量計(ji)正常運行流量(liang)連續💘無大波動(dòng)，無停機、檢修等(deng)事故。高壓側蒸(zheng)汽管道壓力爲(wei)0.65~0.7MPa,溫度爲220℃左右。低(dī)壓側蒸汽管道(dào)壓力🐅爲0.45~0.5MPa,溫度爲(wèi)160℃左右。記錄數據(jù)如表3所示。
 
　　蒸汽(qì)溫壓補償前流(liú)量的誤差率爲(wei):(7548.72-6614.28)/6614.28≈14.13%
　　蒸汽溫壓補償(chang)後流量的誤差(chà)率爲:(6873.41-6542.56)/6542.56≈5.06%
　　通過對前(qián)後流量誤差率(lǜ)對比可得知，對(dui)蒸汽采用合理(li)的💚溫☁️壓☁️補償方(fang)式後，流量測量(liang)相對誤差比補(bu)償前大大減少(shao)，證明對蒸汽進(jìn)行溫壓補償是(shì)有效的，提高了(le)孔闆流量計😘測(cè)量的正确性。
2.5蒸(zhēng)汽溫壓補償需(xū)注意的問題
(1)對(dui)蒸汽進行溫壓(yā)補償過程中，一(yī)般的溫壓補償(chang)方式㊙️比較簡單(dān)，可能存在較大(dà)的誤差。特别是(shi)不符合理想🈚氣(qi)體狀态的過熱(rè)蒸✊汽，或是高溫(wen)高壓狀态和對(duì)蒸汽流量測量(liang)準确性要求🧑🏽‍🤝‍🧑🏻比(bǐ)較高的場合，必(bì)須要有正确的(de)算法才😘能保證(zhèng)數據的正确性(xing)。
(2)選擇合适的溫(wen)壓補償算法很(hěn)重要，需要滿足(zú)蒸汽的運⚽行區(qu)間，注意補償算(suàn)法相應的限制(zhi)條件，溫度♉、壓力(lì)等單位的正确(què)選擇與使用,補(bu)償結果要符合(hé)蒸汽密度表要(yào)求。
(3)溫壓補償要(yào)從實際出發,孔(kǒng)闆流量計的選(xuan)型、安裝♌位置要(yao)⛹🏻‍♀️合♍理，運行前要(yao)進行流量校正(zhèng)。溫度、壓力變送(song)器測量值要準(zhun)确，這是🌈溫壓補(bu)償的前提，不然(rán)對溫壓補㊙️償的(de)結💰果都會造成(cheng)較大影響。
(4)僅針(zhēn)對差壓式蒸汽(qi)流量測量的溫(wen)壓補償方式提(tí)出探✨讨，對于其(qi)他類型儀表的(de)溫壓補償方式(shì)，還需結合儀表(biǎo)檢測原理⁉️，具體(ti)問題具體分析(xī)。
3結束語
　　通過對(dui)蒸汽進行溫壓(yā)補償，選擇合适(shì)的補償方法能(néng)減少工況等原(yuan)因帶來的誤差(cha)。但也要看到一(yī)般的蒸汽溫壓(ya)補償方法适用(yong)于工況較穩定(dìng)的情況，如果各(ge)項參數波動較(jiào)大還是❄️難以保(bao)證數據的正确(què)性，既要保證蒸(zheng)汽測量的連續(xù)性和穩定性,也(yě)要💃根據實際情(qíng)況選擇合理的(de)溫壓補償方法(fǎ)。通過介🚶紹孔闆(pan)流量計溫壓補(bu)償的原因和方(fang)法，并舉💚例說明(ming)采用溫壓補償(cháng)的有效性，證明(ming)選擇合理的溫(wen)壓補償方法能(neng)提高蒸汽測量(liang)的準确性。此外(wài)蒸汽傳輸過程(chéng)中蒸汽濕度、氣(qì)液二相流、壓縮(suō)系數等影響流(liú)量正确的問題(tí)，都值得💔探索的(de)。

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