澎湖湾 发表于 2012-7-5 17:25:16

流体工况补偿

(1)流体工况补偿功能
绝大多数流量计,只有在流体工况与设计条件一致的情况下,才能保证测量精确度。有些流体如气体、蒸汽,流体工况变化对测量精确度的影响特别大,必须进行补偿。
按流量传感器类型和流体种类,可选用不同工况参数和不同补偿公式。下面叙述目前常用的补偿公式和实现方法。
①差压式流量计
a.蒸汽质量流量测量按式(7.5)~式(7.7)补偿
                                                   (7.5)
式中    k——工况补偿系数;
      ——使用状态流体密度,kg/m3;
      ——设计状态流体密度,kg/m3。
   b.模拟输出涡街流量计
                                                         (7.6)
   c.脉冲输出涡街流量计
                                                            (7.7)
式中(7.7)与式(7.5)、式(7.6)有很大差别的原因是根据涡街流量传感器送出的脉冲频率及其流量系数所计算出来的是体积流量。同一个体积流量如果流体密度不同,所代表的蒸汽质量流量也不同。
从蒸汽的压力和温度求取蒸汽密度,在可编程流量演算器中,一般采用查表法。即
                                                   (7.8)
                                                    (7.9)
式中   pf、pd——使用状态和设计状态蒸汽压力,MPa(绝对值);
       tf、td——使用状态和设计状态蒸汽温度,℃。
国际蒸汽密度表共有三幅,即过热蒸汽密度表,以压力为自变量的饱和蒸汽密度表和以温度为自变量的饱和蒸汽密度表。
因为饱和蒸汽的压力和温度是一一对应的,只需知道两个参数中的一个,就可查表得到其密度。
② 一般气体流量采用下式对流体压力、温度进行补偿
a.       差压式流量计
                                    (7.10)
式中Tf、Td——使用状态、设计状态热力学温度,K;
Zf、Zd——使用状态、设计状态的气体压缩系数。
b.模拟输出涡街流量计
                                                      (7.11)
c.脉冲输出涡街流量计
                                                      (7.12)
式中pn——标准状态流体压力,MPa(绝对值);
      Tn——标准状态流体热力学温度,K;
      Zn——标准状态气体压缩系数。
经式(7.12)补偿的流量为标准状态体积流量。式(7.12)中的pn一般取101.325kPa(绝对值),Tn可以根据对标准状态的约定取20℃、0℃,煤气行业常取tn=15℃,然后换算到绝对温度。
式(7.12)中的Zf,可以由pf、Tf,根据流体名称查理化手册得到,也可由仪表自动计算得到。一旦指定仪表自动计算Zf,必须在演算器菜单中填入被测流体的临界压力值和临界温度值。
③ 一般气体干部分流量按式(7.13)~(7.17)对流体工况进行补偿
a.   差压式流量计
                           (7.13)
式中   ——使用状态、设计状态湿气体相对湿度;
      ——使用状态(pf、tf)湿气体中饱和水蒸气压力,MPa;
      ——设计状态(pd、td)湿气体中饱和水蒸气压力,MPa。
                   (7.14)
   (7.15)
式中——使用状态( 3;
——设计状态( 3;
——使用状态 湿气体中饱和水蒸气压力,MPa;
——设计状态(Pd、Td)湿气体中饱和水蒸气压力,MPa。
7.3.4主要功能(续1)
b.模拟输出涡街流量计
                                  (7.16)
c.脉冲输出涡街流量计
                                     (7.17)
仪表按照上面的公式计算湿气体的干部分流量时,一般顺序如下。
先从Td的设置值查存储在表内的饱和水汽分压表、饱和水汽密度表,求得psdmax、 ,再将 和Zd的设置值仪器代入式(7.15),求得 d。从测量值Tf查表求得psfmax、 sfmax,再与测量值pf、Tf,以及 和Zf一起代入式(7.14)求得 f。
在此基础上,将有关数据代入式(7.13)求得k,即完成整个计算。
在上面的式子中, 理应使用测量值,但因流体情况十分复杂,湿度的在线测量用得还不多,湿度变送器输出送入流量演算器参与计算的例子更多。具体实施时, 仍有人工输入(设置)这个方法在湿煤气流量测量中应用得较多,这是因为绝大多数的煤气的相对湿度等于或接近100%。从而省却了流体湿度的在线测量。
④液体流量测量按式(7.18)~(7.20)对流体温度进行补偿
a.差压式流量计
                                             (7.18)
式中         ——液体一次补偿系数,℃-1;
b.模拟输出涡街流量计
                                                    (7.19)
c.脉冲输出涡街流量计
                                                   (7.20)
式(7.18)、式(7.19)、式(7.20)用一次表达式来补偿液体温度对液体流量测量的影响,其实质是对液体密度随温度变化而变化进行补偿。在实际液体中, 的关系都不是一条直线,所以,有些流量演算器用一般二次多项式进行补偿,这样做比用一次式补偿更准确。
采用二次多项式进行补偿时,式(7.18)、式(7.19)、式(7.20)分别变为式(7.21)、式(7.22)、式(7.23)。
                                 (7.21)
                     + 2               (7.22)
                      2               (7.23)
式中    ——二次补偿系数,℃-2。
⑤使用密度变送器测量流体密度时按式(7.24)~(7.26)进行补偿
a.差压式流量计
                                                         (7.24)
b.模拟输出涡街流量计
                                                            (7.25)
c.脉冲输出涡街流量计(换算到标准状态体积流量)
                                                            (7.26)
上文列举了几种流量计和几种流体的工况补偿公式,尚未覆盖全部,但已经相当繁复了。若包含在同一台仪表中就出现了一个选择问题,仪表厂提供的选择手段常见的有两种,其一靠编码开关由硬件选择,其二靠软开关,在菜单中指定。后一种方法更为可靠经济。
(2)流体系数修正功能
差压式流量计的流量系数与雷诺数呈一定的函数关系,当雷诺数小到一定的数值时,流量系数就有较大变化,不宜使用。为了提高系统精确度和扩大范围度,演算器中带有流量系数修正功能,修正雷诺数变化引入的测量误差。
孔板等节流件(以角接取压为例)有下面的关系式。
          0.75            (7.27)
式中   C——流出系数;
       ——节流装置直径比d/D(d为节流件孔径,D为管道内径);
       ReD——雷诺数。

先由满度流量qmax计量雷诺数(ReD)i、代入式(7.27)计算满度时的流出系数Cm。再由测量点(根据差压信号计算得到的)流量qi计算雷诺数(ReD)i,并代入式(7.27)计算该点流出系数Ci。则
                                                      (7.28)
                                                       (7.29)
式中   ——流量系数修正系数;
       ——修正前、修正后的流量值。
按照原理,应以 为起点进行迭代,求得更精确的修正系数。
7.3.4主要功能(续2)
采用这种方法也可用若干段折线完成修正。即0~qmax之间分成若干段(常为9~15段)作为横坐标,再由qi计算相应的修正系数 ,作为纵坐标组成折线,对瞬时流量进行修正时,只需由未经修正的流量值,查表和线性内插就可获得。
多段折线的修正方法不仅适用于差压式流量计,也适用于涡街流量计等通过实标法获得流量系数的仪表,即以实际数据为基础计算各标定点的修正系数,制成折线表输入仪表。
(3)可膨胀性系数修正功能
这一功能是专门配用于节流差压式流量仪表。

差压式流量计测量可压缩流体时,流体流过节流后压力降低,并出现流束膨胀。这一现象使得q正比于 的关系产生偏差。可膨胀系数 就是补偿这一偏差。一副节流装置的 并非常数,它取决于差压、静压和等熵指数。
在演算器中,常用较简单的式(7.30)计算不同相对时的 ,再计算 的修正系数 。
                                 (7.30)
式中   ——使用状态下的可膨胀系数;
       ——差压,Pa;
       ——使用状态下节流件前流体静压力,Pa(绝对值);
       ——等熵指数。
                                           (7.31)
式中    ——未经任何补偿的流量;
      ——满量程流量;
      ——差压上限,Pa。
                                                      (7.32)

式中    ——修正系数;
         ——设计状态可膨胀性系数。

这样,演算器利用两个输入变量 ,5个置入数据 就可方便地计算 。
(4)蒸汽热量计算功能
演算器与蒸汽流量计配用时,仪表可按使用者指定显示热量。热量演算是以蒸汽质量流量 、蒸汽压力 、蒸汽温度 为自变量的,即
                                                      (7.33)
                                                    (7.34)
式中   ——质量流量,kg/h;
          ——热流量,kj/h;
          ——使用状态下蒸汽比焓(由仪表根据 查国际
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