气体流量测量与温压补偿

1、1气体流n测n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，是尿素车间 工艺操作的重要依据之一。尿素操作工反映

2、，按以往经验，该流量指示不准，并 且与位丁配套界区的 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。由丁气体具有可压 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，而密度乂是温度和 压力的函数，实际使用时，由丁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

3、补偿的原因。差压流量计的基本计算公式为：式中：q 为被测气体在工作状态下的体积流量；p 为被测气体在工作状态下的密 度； p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:队 (3)将式（1）代入式（3）得:%二T而、外（4）而仪表的刻度是按设计工况设计的，即:式（4）、式（5）相

4、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:3(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 3 工程实现对丁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

5、其进行补偿，以下以横河 CENTUM CS3000 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 TheThe TemperatureTemperature andand PressurePressure CorrectionCorrection BlockBlock (TPCFL)(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 CPV = GAIN ? F0,其中 GAIN 的默认值为 1.00 (可以 修改),F0 为:Fi: Measured

6、flowrateF0: Corrected flowrateP: Measured pressure kPaPb: Reference pressure kPaT: Measured temperature 莒）P+1.01325- 102V Pb+1.01325* 10TD+273,15Pressure: kPaT+273.15Temperature:C4Tb: Reference temperature（_）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（C） , DCS 计算时将温度转换为热力学温度 K,压 力转换为绝对

7、压力，Pb: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 0C ,具体可以询问厂家确定。注意在组态时要选中 TemperatureTemperature andand PressurePressure CorrectionCorrection 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

8、块 TP104 的 IN 端，温度和压力变送器分别经过 PVI 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它们不在一个平面，如果5要求有 0.5%的精度，则上游侧直管段要有 24D 以上，下游直管段 6D 以上。压力 变送器的取压点取流量变送器前端的压力，为了避免测温元件对差压元件的测量 造成影响，热偶或

9、者一体化温变应安装在差压元件之后。4 4 使用效果及故障排除由于 FI104 的量程为 45000Nm3/h,实际工况为压力（表压）17kPa,温度（摄 氏度）19C,与一次测量元件威牛巴（wellbar）的设计参数 Tb（Base Temperature、Pb（ Base Pressure差别较大，分别为 101. .33 kPa和 0C ,因此在未作温压补偿之 前，即 FF104 的指示为 26400Nm3/h,补偿后 FI104 的指示为 19600 Nm3/h , a =（26400-19600）/45000=15%,可见未作温压补偿之前误差非常大。但是工艺按以 前（FI101）的操作

10、经验，认为该示值偏小。经查，原 FI101 的设计参数为 0 kPa和 45C,并且未作温压补偿，也就是说如果工艺仍然按照以前工况下的流量作 参考，必须将 FI104 的示值通过 DCS 的一个 CalculationCalculation BlocksBlocks 模块，经过如下 计算：=19600/0.926=21166Nm3/h 再送至 PVI 指示模块。经向工艺询问，确 认这个示值是准确的。关于示值与配套示值不一致的问题，经查阅，配套的 FT22010 组态时参 数设置有误，将设计参数 Tb、Pb设置为 219.426K 和 2MPa,而该一次测量元件 威牛巴（wellbar）的设计参

11、数 Tb、Pb分别为 273.15K（0C）和 101.33 kPa,重新设 置并下装后，已能和尿素界区的指示相一致。运行时若发现流量测量不准的情况, 需要按要求开检修工作票,由工艺签 字后按下面步骤检查：a. 检查压力变送器工作是否正常。b. 检查热电偶是否正常，检查中间接线端子是否有锈蚀的情况并作处理。c.检查差压变送器是否正常，预计可能堵塞探头取压孔时，可使用 0.6MPa的仪表空气进行吹洗。把空气引入传感器反吹，把高压孔和低压孔粘上的尘 粒吹掉，防止堵塞现象发生。每次吹洗时间不超过 30 秒，在这段时间应6把通向差压变送器的引压管路关闭，吹洗完毕再重新开启。d. 检查三阀组平衡阀是否有漏气，用肥皂水检查三阀组和各接头是否有漏气 的现象。由于威牛巴传感器的差压较小，微小的漏气都会对测量精度造成 较大的影响。5 5 结束语在气体流量测量系统中，普遍存在温压补偿问题，这是由气体的特性所确定 了的。因此，通过温压补偿，并做好安装，维护方面的工作，就可以大大的减少 测量误差，为企业经济核算和能源管