管道式氣體體積流量測量中溫度和壓力修正的必要性
管道式氣體流量測量中,溫度和壓力修正是提高氣體流量測量精度的重要手段之一。
文中分別介紹溫度和壓力偏離設(shè)定值時對使用直接輸出流量計和差壓式流量
計進行流量測量所帶來的誤差,并通過工程實例示出溫度和壓力在8種變
化狀況下產(chǎn)生的測量誤差,以對溫度和壓力變化造成的誤差提供一些量的概
念。指出,如今實施溫度和壓力修正并不像以前單元組合儀表那樣麻煩,應(yīng)適
當(dāng)考慮修正。zui后給出幾點推薦性意見。
1 氣體體積流量的含義
氣體體積流量系指單位時間輸送管道中流過的氣體體積。氣體體積有工作狀
態(tài)下體積和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積之分,它們都是指在某個壓力和某個溫度情況下的
體積,后者是指壓力為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、溫度為0℃(或20℃)時的氣體體積。
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度多數(shù)指0℃,僅在某些場合,例如鼓風(fēng)機的流量,因多指風(fēng)機的入
口狀態(tài),所以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度采用的是20℃。由于使用工作狀態(tài)流量參數(shù)時,需
說明相應(yīng)的工作溫度和壓力,這樣比較麻煩,并且在人們的腦海中不容易建立
一個量的概念,因此,在工程中常使用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)流量作為測量標(biāo)準(zhǔn)。
既然氣體的體積流量是指標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的流量,那么,當(dāng)介質(zhì)溫度和壓力
偏離設(shè)定狀態(tài)時,儀表測量的示值就會產(chǎn)生變化。變化有多大,是否需要修正,
這就是本文所探討的問題。
2 溫度壓力變化對體積流量造成的誤差
2.1 直接輸出式流量計
所謂直接輸出的流量計是指流量信號不用開方處理的流量計,例如渦街流量計、
轉(zhuǎn)子流量計等。
根據(jù)氣體狀態(tài)方程可知
式中,p,t,v分別為氣體的壓力、溫度,以及在此溫度下的體積;c為常數(shù)。
對于某確定被測對象,其管道直徑確定后,式
(1)可改寫為式(2)和式(3)
式中,q為體積流量;p1s,t1s,q1s,p1w,t1w,q1w分別為選擇直接輸出式流量計時
計算和實際運行時其壓力、溫度和流量值。由此可得壓力、溫度偏離設(shè)定值
p1s和t1s時造成的流量誤差為
2.2 差壓式流量計
采用節(jié)流裝置測量流量時,視被測氣體為不可壓縮氣體,其流量與節(jié)流裝置兩端
的差壓δp的關(guān)系為
式中,k為常數(shù); r為隨壓力、溫度變化的氣體密度,并可用下式表達:
式中,rn為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(壓力為pn,溫度為tn)下被測氣體的密度。由式(5)和式(6)
得到節(jié)流裝置在設(shè)定壓力、溫度下和在某個工作壓力、溫度下的體積流量表達
式為:
上述式中,p2s,t2s,q2s,p2w,t2w,q2w分別為選擇差壓式流量計時計算和實際
運行時其壓力、溫度和流量值。
由式(7)和式(8)得到壓力、溫度偏離設(shè)定值時造成的誤差為:
3 典型實例
下面給出幾個溫度和壓力修正的實例,通過一些具體數(shù)據(jù),說明實際使用中正
確實施溫度和壓力修正的必要性。
例1,設(shè)定壓力p1s=0. 35mpa(壓力),壓力變化范圍為0. 33~0. 37mpa。
設(shè)定溫度t1s=313k,溫度變化范圍為293~333k。被測介質(zhì)為天然氣,采用渦街
流量計測量。
將8個極限壓力、溫度值,以及壓力、溫度的設(shè)定值代入式(4),得到其相應(yīng)的
誤差δ1。表1列出了相應(yīng)各參數(shù)的情況。
由表1可見,當(dāng)溫度增大、壓力減小或溫度降低、壓力增大時,也就是第2、
第3種情況時產(chǎn)生的誤差zui大。
例2,設(shè)定壓力p2s=0. 109mpa(壓力),壓力變化范圍為0. 108~0. 110mpa。
設(shè)定溫度ts=313k,溫度變化范圍為293~333k。被測介質(zhì)為高爐煤氣,采用差壓
式流量計測量。
將8種極限壓力、溫度值,以及壓力、溫度的設(shè)定值代入式(9),便可以得到其
相應(yīng)的誤差δ2。表2列出了相應(yīng)各參數(shù)的情況。
由表2可見,溫度不變,壓力變化時,總體上造成的誤差不大。
例3,設(shè)定壓力p2s=0. 7mpa(壓力),壓力變化范圍0.3~0. 8mpa。設(shè)定溫
度t2s=313k,溫度變化范圍為293~333 k。被測介質(zhì)為氮氣,采用差壓式流量
計測量。
同樣將8種極限壓力、溫度值,以及壓力、溫度的設(shè)定值代入式(9),得到其相
應(yīng)的誤差δ2。表3列出了相應(yīng)各參數(shù)的情況。
由表3可見,第3~5種情況造成的誤差zui大,這是因為這3種情況下的壓力波動太
大。
4 推薦意見
(1)由上面的典型例子可見,被測介質(zhì)在實際運行中,由于壓力、溫度偏離設(shè)定
值,所以會給流量的示值帶來不同程度的誤差。因此,作為計量用的能源介質(zhì)
流量測量,都應(yīng)考慮溫度和壓力修正。
(2)對于不作為計量用的氣體流量測量,如果已獲得溫度、壓力信號,也應(yīng)該考
慮溫度和壓力修正。因為當(dāng)今的二次儀表或作為二次儀表使用的各種計算機
系統(tǒng)(dcs, plc, ipc等)都具有溫度和壓力修正功能,已無需像以前老式儀表
那樣搭接一個復(fù)雜的能滿足功能要求的儀表硬件系統(tǒng)。
(3)對于常溫、常壓下的氣體,也就是說,溫度為30~40℃,壓力為10 kpa左右
的氣體,不作為計量用,僅作工藝操作參考時,可以不考慮溫度和壓力修正,因
為這種工況下(參見上面的例2),溫度和壓力的變化帶來流量示值的誤差不是
很大。
(4)對于壓力為0. 01 mpa以上的氣體,不管流量測量的目的是什么,應(yīng)盡量考
慮溫度和壓力修正(如果是常溫氣體,可單獨設(shè)壓力修正,不設(shè)溫度修正)。這
是因為在這種情況下,壓力的波動給流量測量示值帶來的誤差較大(參見例3)。
鋼鐵廠中設(shè)備密封或吹掃用的氮氣流量測量就屬于這種情況。由于氮氣來源
往往不十分充足,一旦使用,氮氣管道壓力往往大幅度下降。盡管在這種工況
下對流量測量的精度要求很低,但由于壓力波動的影響太大,也應(yīng)該考慮壓力
修正。
86-020-31199948/85550363
86-020-85628533
