溫壓補償在流量計量中的應用
1 引言
差壓式流量計測量氣體流量時，由于介質(zhì)工作溫度、壓力不是恒定的，所以需要對測得的流量進行溫壓補償才能獲得準確的流量數(shù)值。但在實際維護工作中，由于概念模糊、錯誤，對公式及參數(shù)的理解不夠深入嚴謹、各主流DCS或流量演算儀組態(tài)參數(shù)的配置不一等原因?qū)е職怏w流量測量偏差較大。
2 溫壓補償
2.1 溫壓補償?shù)幕驹?
由于氣體的可壓縮性，決定了其流量測量的復雜性，氣體的實際流量除了與儀表的測量信號有關，還與氣體的實時密度有關，而氣體的密度又是溫度和壓力的函數(shù)，所以，氣體的流量測量普遍存在溫壓補償問題，其實質(zhì)就是被測氣體的工況下溫度、壓力與設計數(shù)值不符時，而采取的密度修正措施。
2.2 溫壓補償?shù)那疤?
只有計算出流量，補償才有意義。溫壓補償?shù)那疤峋褪怯嬎愠隽髁?，沒有流量計算，補償就無從談起。只要是利用差壓原理來測量流量，都滿足流量基本方程。流量基本方程式（差壓流量計）為：
式中：
q為被測氣體在工作狀態(tài)下的體積流量；
M為被測氣體在工作狀態(tài)下的質(zhì)量流量；
k為系數(shù)，它包含流量系數(shù)、膨脹系數(shù)、管道孔徑等參數(shù)；
Δp為差壓，可實時檢測；
ρ為工作狀態(tài)下的密度，一般難以直接測得，通常通過溫度、壓力、組分求得，需在線進行溫壓補償。
2.3 溫壓補償?shù)幕竟?
依據(jù)理想氣體、水蒸氣、濕氣體3種情況密度變化的具體特點，分別衍生出3種不同的流量補償公式。
（1） 理想氣體溫壓補償公式
式中：F0為補償前的流量，單位為m3/h；
F為補償后的流量，單位為m3/h；
P為工作壓力，單位為kPa；
Pb為設計壓力，單位為kPa；
T為工作溫度，單位為K；
Tb為設計溫度，單位為K。
（2）水蒸氣溫壓補償公式
水蒸氣不等同于理想氣體，其密度與溫度、壓力沒有現(xiàn)成的、精確的函數(shù)關系式，只能從手冊中，根據(jù)溫度和壓力查表找出相應的密度，或以經(jīng)驗公式來替代，分為兩種情況：
當壓力變化范圍0.1~1.1MPa，溫度變化范圍100~400℃時：
當壓力變化范圍1.0~14.7MPa，溫度變化范圍400~500℃時
式中：P為實時壓力，T為實時溫度。
（3）濕氣體溫壓補償公式
濕氣體與干氣體的不同點是，其密度除了與溫度、壓力有關外，還與濕度有關，包含濕度補正的濕氣體溫壓補償公式：
式中：
Q為補償后的質(zhì)量流量，
Q0為補償前的質(zhì)量流量，單位為kg/m3；
0.804為溫度0℃，一個標準大氣壓下，水蒸氣的密度，單位為kg/m3；
ρ0、T0、P0分別表示氣體在0℃、一個標準大氣壓下的密度、絕對溫度、絕對壓力；
F為氣體的絕對濕度，kg/m3；
Z為氣體壓縮系數(shù)；
P為實時壓力；
T為實時溫度；
F、Z、ρ0可查表求得。
3 溫壓補償?shù)膶嵤?
3.1 DCS中實現(xiàn)溫壓補償
在目前應用的主流DCS系統(tǒng)具有數(shù)學函數(shù)、邏輯運算的功能塊，方便程序得以實現(xiàn)。對于理想氣體而言，艾默生DeltaV系統(tǒng)調(diào)用PT_COMP模塊、橫河CS3000 DCS系統(tǒng)調(diào)用TPCFL模塊、和利時MACCS DCS系統(tǒng)調(diào)用TPCOMP模塊、浙大中控JX-300XDCS系統(tǒng)調(diào)用PTCOMP模塊，定義相關變量并設置相應參數(shù)即可。對于濕氣體或蒸汽而言，只需按照上述對應的溫壓補償公式單獨組態(tài)即可。
3.2 PLC中實現(xiàn)溫壓補償
對于PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)起來較為復雜。不管是理想氣體還是濕氣體或蒸汽而言，都須按照各自的補償公式自定義功能塊，在功能塊中通過文本化的高級編程語言編寫應用程序，調(diào)用該功能塊來實現(xiàn)密度計算。
3.3 流量演算儀中實現(xiàn)溫壓補償
在流量演算儀中組態(tài)，若現(xiàn)場為差壓式儀表時，一方面要注意選用合適的密度補償模塊，同時還需注意通道的正確性、單位的一致性。若現(xiàn)場為脈沖式儀表，在設定儀表系數(shù)時確保單位的一致性，且只能測得工況下的體積流量，結合已經(jīng)固化好的密度補償芯片可算出對應的質(zhì)量流量。
4 溫壓補償?shù)牡湫驼`解及維護策略
4.1 正確對待極端情況
要對實際工況波動頻繁及波動很大的場合持慎重態(tài)度，否則單靠溫壓補償仍難達到測量精度要求。自控人員應建議工藝人員查找工況參數(shù)波動大及波動頻繁的原因，從工藝或設備上進行改進才是上策。
4.2 油品計量也需要溫壓補償
石油制品大都采用壓力、溫度修正，它通過密度與壓力、溫度的函數(shù)關系進行計算而得到。但這種方法并非所有情況都是有效的，如被測介質(zhì)組分經(jīng)常變動，密度與壓力溫度關系不明確或精度不高等就難以應用，因此，應該發(fā)展補償?shù)闹苯臃ǎ芏?、粘度補償），使直接法和間接法（壓力溫度補償）同時并舉，相輔相成。
4.3 工況流量與標準流量的區(qū)別
工況下的流量是指介質(zhì)在實際工作狀態(tài)下的流量，設計流量是指介質(zhì)在某種規(guī)定條件（一般為設計狀況）下的流量，標準流量是指壓力為101325Pa，溫度為20℃時的體積流量。在實際工作中有很多人將設計流量誤解為標準大氣壓下的流量，這種情況一定要加以糾正。
4.4 量程與單位必須保證一致
注意DCS、PLC、演算儀中的差壓、溫度、壓力值的上下限的設定要與各個變送器保持一致，并要注意各個量的單位使用，單位在任何時候都需保持一致。
4.5 流量系數(shù)設定要慎之又慎
在以脈沖形式輸出的流量傳感器（如渦街流量計、渦輪流量計、旋進漩渦流量計、羅茨流量計）中，常用儀表常數(shù)來表示脈沖輸出量與流過儀表的流體流量之間的靜特性。在流量儀表中，儀表常數(shù)的定義是單位體積流體流過流量計時流量計發(fā)出的脈沖數(shù)，其單位為L-1或m-3，有些儀表中將單位標示為流量系數(shù)K（單位為P/L或P/m-3，有的單位為I/L，有的單位為ξ單位為l/P，有的單位為N/L，或N/m-3），在進行計算時，應保持量綱的一致性，有時需進行簡單單位換算，否則容易出錯。
4.6 避免重復開方
差壓式流量計總是要有開方運算這一環(huán)節(jié)，但若在差壓變送器開了平方后，在二次儀表（DCS、PLC、流量演算儀）中再開方一次，就會產(chǎn)生相當大的誤差，重復開方使得儀表示值偏大。
4.7 避免將絕對壓力當表壓來處理
在帶壓力補償?shù)牧髁繙y量系統(tǒng)中，其中最容易出錯的是將絕對壓力當表壓來處理，流量補償中用的壓力變送器一般均為表壓力變送器，但在差壓流量計中進行壓力補償?shù)墓綖榻^壓，將絕對壓力當表壓來處理帶來的誤差是顯著的，而且操作壓力越低，影響越大。
4.8 溫壓補償不是萬能的
當工況參數(shù)偏離設計值太多，或工況參數(shù)波動頻繁且太大時，即使有了溫壓補正措施，仍難達到測量精度要求，此時對于特定的孔板而言，只能重新計算差壓與流量之間的關系。
5 結束語
氣體流量測量普遍存在溫壓補償問題，這是由氣體的特性所確定的。因此，在氣體流量測量系統(tǒng)中，溫壓補償是其中一個不可缺少的環(huán)節(jié)。深入了解溫壓補償?shù)臋C理，將其靈活應用于工作實踐中，真正做到流量測量了然于心，才能在工作中不被動
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