蒸汽流量測(cè)量的溫度壓力自動(dòng)補(bǔ)償(以下簡(jiǎn)稱溫壓補(bǔ)償)，國(guó)內(nèi)20世紀(jì)六七十年代就已開(kāi)展這一工作，當(dāng)時(shí)得益于氣動(dòng)、電動(dòng)單元組合儀表中計(jì)算單元的發(fā)展和完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這一工作更是有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但蒸汽流量溫壓補(bǔ)償基本的原則及應(yīng)用中的一些問(wèn)題并沒(méi)有變。以下七點(diǎn)不容忽視!
◆ 壓力補(bǔ)償
將壓力設(shè)定為規(guī)定值進(jìn)行的自動(dòng)控制叫做壓力補(bǔ)償。大多數(shù)流體(尤其是氣體)的密度會(huì)隨著工況條件的變化而變化，所以流體的密度要進(jìn)行壓力補(bǔ)償.
◆ 溫度補(bǔ)償
電子元器件通常都有一定的溫度系數(shù)，其輸出信號(hào)會(huì)隨溫度變化而漂移，稱為“溫漂”，為了減小溫漂，采用一些補(bǔ)償措施在一定程度上抵消或減小其輸出的溫漂，這就是溫度補(bǔ)償。
◆ 差壓補(bǔ)償
將差壓等被測(cè)工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電氣統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，然后將此信號(hào)送至其他單元以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述工藝參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)或自動(dòng)調(diào)節(jié)，叫做差壓補(bǔ)償。
測(cè)量蒸汽流量時(shí)為什么要進(jìn)行溫度或壓力補(bǔ)償？
按照測(cè)量原理來(lái)說(shuō)，我們的流量計(jì)實(shí)際上只能測(cè)量當(dāng)前工況下流體流過(guò)的體積，所以這個(gè)情況對(duì)我們不適用。我們實(shí)際上使用的時(shí)候，是想測(cè)量流過(guò)多少質(zhì)量的流體。而蒸汽在不同的壓力和溫度下，密度變化很大，所以就要在測(cè)量蒸汽流過(guò)多少體積的同時(shí)要測(cè)量壓力和溫度。只有時(shí)刻了解蒸汽的密度才可以，準(zhǔn)確測(cè)量出蒸汽的質(zhì)量。
所謂補(bǔ)償，就是根據(jù)流體的溫度和壓力數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算出流體的密度，從而根據(jù)測(cè)量出來(lái)的流體體積，計(jì)算出流體質(zhì)量。至于蒸汽流量補(bǔ)償，如果蒸汽是飽和蒸汽就要進(jìn)行壓力或者溫度補(bǔ)償(溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償可選其一，但壓力補(bǔ)償效果更好，請(qǐng)參閱飽和蒸汽流量測(cè)量壓力補(bǔ)償比溫度補(bǔ)償精度高)。如果是過(guò)熱蒸汽則要同時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償同時(shí)進(jìn)行。
注意一點(diǎn)，在水蒸汽的分類(lèi)中，飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽，千萬(wàn)不能弄錯(cuò)，因?yàn)轱柡驼羝拿芏仁歉哂谶^(guò)熱蒸汽的，在流量積算儀的選擇和設(shè)置時(shí)一定要注意。一旦在這個(gè)地方搞錯(cuò)，會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)然也有一些渦街流量計(jì)，除了接測(cè)量流量的裝置外，同時(shí)也接有測(cè)量溫度和壓力的裝置。
1、溫壓補(bǔ)償?shù)膶?shí)質(zhì)
蒸汽的溫度和壓力改變時(shí)，蒸汽的密度就會(huì)跟著變化，導(dǎo)致蒸汽流量計(jì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。為減少誤差，可以采取溫壓補(bǔ)償方式來(lái)減少測(cè)量誤差。溫壓補(bǔ)償?shù)膶?shí)質(zhì)就是被測(cè)蒸汽的溫度、壓力與設(shè)計(jì)時(shí)采用的數(shù)值不符時(shí)，而采取的蒸汽密度修正措施。密度修正措施既可人工進(jìn)行，也可用流量積算儀或DCS自動(dòng)進(jìn)行。
2、溫壓補(bǔ)償?shù)那疤?br />
現(xiàn)引用孔板測(cè)蒸汽流量為例進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)被測(cè)蒸汽流量的實(shí)際參數(shù)(溫度、壓力)與設(shè)計(jì)的參數(shù)不一致時(shí)，其流出系數(shù)C、流束線脹系數(shù)ε、孔徑d等值都會(huì)改變。但當(dāng)蒸汽的溫度、壓力波動(dòng)不大，即工況參數(shù)偏離設(shè)計(jì)參數(shù)不太多，對(duì)測(cè)量影響較小時(shí)，采用溫壓補(bǔ)償措施才能達(dá)到理想的測(cè)量精度。其補(bǔ)償公式大多為經(jīng)驗(yàn)公式，在流量積算儀說(shuō)明書(shū)上都有介紹，可直接選用。但當(dāng)工況參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值太多或工況參數(shù)波動(dòng)頻繁且太大時(shí)，即使有了溫壓補(bǔ)償措施，仍難達(dá)到測(cè)量精度要求，此時(shí)對(duì)于特定的孔板而言，只能重新計(jì)算差壓與流量之間的關(guān)系。但目前已可引入較完善的補(bǔ)償、修正措施了，即通過(guò)流量積算儀或DCS對(duì)流出系數(shù)C,流束線脹系數(shù)ε、密度ρ進(jìn)行全面修正，但其測(cè)量精度取決于算法。要做到全補(bǔ)償還是有一定的難度。
3、溫壓補(bǔ)償措施對(duì)兩相流無(wú)能為力
在蒸汽流量計(jì)量中，當(dāng)蒸汽壓力增大時(shí)其密度增加，蒸汽的工況壓力大于設(shè)計(jì)壓力時(shí)將出現(xiàn)負(fù)誤差，否則將出現(xiàn)正誤差。溫度升高時(shí)其密度減小，即壓力、溫度的變化對(duì)蒸汽密度的影響是相反的，其同相變化時(shí)還可以對(duì)誤差有所互補(bǔ)。
通常認(rèn)為過(guò)熱蒸汽在管道中流動(dòng)時(shí)屬于單相流，過(guò)熱蒸汽的密度由蒸汽的溫度、壓力兩個(gè)參數(shù)決定，有時(shí)還需要考慮對(duì)線脹系數(shù)ε的補(bǔ)償。特別要指出的是在溫度、壓力波動(dòng)范圍較大及保溫效果不好的場(chǎng)合，過(guò)熱蒸汽常會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡驼羝?，這時(shí)就又成了氣液兩相流，即使有了補(bǔ)償措施也難于準(zhǔn)確測(cè)出質(zhì)量流量來(lái)。
飽和蒸汽的溫度是壓力的單值函數(shù)，因此可將密度的溫壓補(bǔ)償簡(jiǎn)化為壓力補(bǔ)償。但應(yīng)看到，設(shè)計(jì)時(shí)通常都把飽和蒸汽當(dāng)作干度X=1，把它作為單相流來(lái)處理，但實(shí)際情況是飽和蒸汽大多數(shù)都是濕蒸汽，它的干度X＜1，此時(shí)飽和蒸汽在管道中流動(dòng)時(shí)屬于兩相流體，就是有了壓力補(bǔ)償措施也難以準(zhǔn)確測(cè)出質(zhì)量流量來(lái)。
4、溫壓補(bǔ)償要從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)
采用溫壓補(bǔ)償要綜合考慮，如計(jì)量要求、流量計(jì)用途、溫度、壓力變送器的成本等因素。對(duì)于計(jì)量用的一定要采用溫壓補(bǔ)償措施，并應(yīng)選好、選對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式及配套的溫度、壓力變送器的精度，并進(jìn)行正確、合理、認(rèn)真地設(shè)置和調(diào)校。對(duì)于流量積算儀應(yīng)從生產(chǎn)要求的實(shí)際出發(fā)，該補(bǔ)償?shù)木鸵a(bǔ)償，不用和不能補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合就不補(bǔ)償。該補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合不采取補(bǔ)償措施是不對(duì)的，但夸大溫壓補(bǔ)償?shù)淖饔靡彩遣煌椎?。?duì)于被測(cè)蒸汽流量的實(shí)際參數(shù)(溫度、壓力)與設(shè)計(jì)的參數(shù)相差不大時(shí)，可用下式進(jìn)行密度修正。
5、蒸汽流量測(cè)量中正確對(duì)待極端情況
有的廠商夸大了溫壓補(bǔ)償?shù)淖饔茫e工藝參數(shù)的極端情況來(lái)說(shuō)明誤差。對(duì)于用戶而言，一定要對(duì)實(shí)際工況波動(dòng)頻繁及波動(dòng)很大的場(chǎng)合持慎重態(tài)度。否則單靠溫壓補(bǔ)償仍難達(dá)到測(cè)量精度要求。自控人員應(yīng)建議工藝人員查找工況參數(shù)波動(dòng)大及波動(dòng)頻繁的原因，從工藝或設(shè)備上進(jìn)行改進(jìn)才是上策。假設(shè)某流程生產(chǎn)、設(shè)計(jì)要求蒸汽壓力為1.2MPa，溫度為220℃向后工段供汽。但供汽壓力經(jīng)常只有0.5MPa，而溫度卻到300℃，這樣的供汽質(zhì)量，后工序能正常生產(chǎn)嗎？這時(shí)應(yīng)該從生產(chǎn)管理或設(shè)備上找原因，并解決問(wèn)題才行，因?yàn)檫@也超出了計(jì)量的范疇，工藝參數(shù)大大偏離了設(shè)計(jì)值，僅依靠溫壓補(bǔ)償顯然是不行的，再者，連后工序的生產(chǎn)都難以保證了，計(jì)量也沒(méi)有什么實(shí)際意義了。
6、測(cè)量誤差的計(jì)算差別
當(dāng)實(shí)際工況的溫度、壓力發(fā)生變化，蒸汽的密度將偏離設(shè)計(jì)值，即流量?jī)x表示值將產(chǎn)生誤差，對(duì)于誤差可進(jìn)行計(jì)算。
先復(fù)習(xí)一下誤差的內(nèi)容：
絕對(duì)誤差△=X-X0
◆ 相對(duì)誤差δ=絕對(duì)誤差△÷X0×100%
◆ 引用誤差r=絕對(duì)誤差△÷A×100%
以上三個(gè)公式中X為真值，其可為相對(duì)真值或約定真值；X0為測(cè)量值；A為測(cè)量?jī)x表的滿量程。
對(duì)流量的定義是：M1為實(shí)際工況下的流量；M2為設(shè)計(jì)狀態(tài)下的流量；M3為溫壓補(bǔ)償后的流量。對(duì)于誤差計(jì)算，所見(jiàn)文獻(xiàn)的計(jì)算算式分別有：
從上四個(gè)公式可看出，由于采用的算式不同而略有差別，計(jì)算結(jié)果也會(huì)有所差異。
7、要避免出現(xiàn)新的誤差
采用溫壓補(bǔ)償時(shí)都要用到壓力變送器，這時(shí)應(yīng)考慮：大氣壓及液柱靜壓力的影響，以免出現(xiàn)新的誤差。分述如下。
大氣壓力引起的誤差，由于溫壓補(bǔ)償?shù)慕?jīng)驗(yàn)公式中，都包含有蒸汽絕對(duì)壓力這一參數(shù)，而一般做法是用壓力變送器，把檢測(cè)出來(lái)的蒸汽表壓力加上當(dāng)?shù)卮髿鈮簛?lái)表示絕對(duì)壓力，因此在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)卮髿鈮簛?lái)計(jì)算，不能不加區(qū)別采用近似等于0.1MPa來(lái)代替大氣壓，尤其是海拔較高的地區(qū)及所測(cè)蒸汽壓力較低時(shí)，更應(yīng)引起注意。如果選用絕對(duì)壓力變送器則不會(huì)產(chǎn)生上述影響。
液柱靜壓力引起的誤差，由于各種壓力變送器的取壓口與變送器本體大多不可能處于同一高度，因此冷凝水的靜壓力對(duì)變送器的輸出會(huì)造成影響，而產(chǎn)生附加誤差。取壓口與變送器的垂直距離越大則影響越大，這一影響對(duì)普通壓力變送器、絕對(duì)壓力變送器都存在影響。這時(shí)可采取零點(diǎn)遷移和加修正值的方法來(lái)調(diào)整壓力變送器，以消除影響。
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