管道式氣體體(tǐ)積流(liú)量測量中溫度和壓力修正的必要性

管道式氣體(tǐ)流量測(cè)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(duàn)之一。

文中分别介紹溫度和(hé)壓力偏離設定值(zhí)時(shí)對使用(yòng)直接輸(shū)出流量計和差壓(yā)式流(liú)量

計進(jìn)行流量測量所帶來的誤差 ,并通過工程實(shí)例示出溫(wēn)度和壓力在(zài) 8種(zhǒng)變

化狀況下産生(shēng)的測量誤差 ,以對(duì)溫度和壓力變化(huà)造成的(de)誤差提供(gòng)一些量的(de)概

念(niàn)。指出 ,如今實施溫度和壓力修(xiū)正并不像以前單元組(zǔ)合儀表那樣麻煩 ,應适

當考慮修(xiū)正。zui後給出幾點推薦(jiàn)性意見。

1 氣體體積流量(liàng)的含義(yì)

氣體體積流(liú)量系指單位時間(jiān)輸送管道中流過的氣體體積。氣體體積有工作狀

态下體積和标(biāo)準狀态下(xià)體積之分 ,它們都(dōu)是指在某個壓力和某個溫度情況下的

體積 ,後者是指壓力爲一個标準大氣壓、溫度爲 0℃ (或 20℃ )時的氣體(tǐ)體積。

标準狀态溫度多(duō)數指(zhǐ) 0℃ ,僅在(zài)某些場合 ,例如鼓風機的流量 ,因(yīn)多指風(fēng)機的入

口狀态(tài) ,所以标準狀态溫度采用的是 20℃ 。由于(yú)使(shǐ)用工作狀态流量參數時 ,需

說明相應的工作溫度和壓力 ,這樣比較麻煩 ,并且(qiě)在人們(men)的腦海(hǎi)中不容易(yì)建立

一個(gè)量(liàng)的概念(niàn) ,因此 ,在工程中常使用标準狀态流(liú)量作爲測量标準。

既然氣體的體積流量是指标準溫度(dù)和壓(yā)力下的流量 ,那麽 ,當介質溫度(dù)和壓力

偏離(lí)設定狀态時(shí) ,儀表測量的示值(zhí)就會産(chǎn)生變化。變化有多大 ,是否需要修正 ,

這就是本文所探讨的問題。

2 溫度壓力變化對(duì)體(tǐ)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号不用開(kāi)方處理的流量(liàng)計 ,例(lì)如渦街流量計、

轉子流量(liàng)計等。

根據氣體狀态方程可知

式中 ,p,t,v分别爲氣體的壓力(lì)、溫度 ,以及在此溫度下的(de)體積 ;c爲常數。

對于某确定被測(cè)對象 ,其管道直徑确定後 ,式

(1)可(kě)改寫爲式 (2)和式 (3)

式中 ,q爲體積流(liú)量 ;p1s,t1s,q1s,p1w,t1w,q1w分别爲(wèi)選擇直接輸出式流量(liàng)計時

計算和實際運行(háng)時其壓力、溫度和流量值(zhí)。由此可得壓力、溫度偏離設定值

p1s和 t1s時造成的流量誤差(chà)爲

2.2 差壓式流量計

采用節流裝置測量流量時 ,視被測氣(qì)體爲不可壓縮(suō)氣體 ,其流量與(yǔ)節流裝置兩端

的差壓 δp的關系爲

式中 ,k爲常數 ; r爲随壓力、溫度變化的氣體密度 ,并可用下式表(biǎo)達 :

式中 ,rn爲标準狀态 (壓(yā)力(lì)爲 pn,溫度爲 tn)下被測氣體的密度。由式 (5)和式 (6)

得到(dào)節(jiē)流裝置在設定壓力、溫度下和在某個工作壓力、溫度下的體積流量表達(dá)

式爲 :

上述式中 ,p2s,t2s,q2s,p2w,t2w,q2w分别爲選擇差壓式流量(liàng)計時計算和實(shí)際

運行時其壓力、溫度(dù)和流(liú)量值。

由式(shì) (7)和式 (8)得到壓力、溫度偏離設定(dìng)值時造成的(de)誤差(chà)爲 :

3 典(diǎn)型實例

下面給出幾個溫度和壓力修正的實例 ,通(tōng)過一些具體數據 ,說明實際使用中正

确實施溫度和(hé)壓力修正的必要性。

例 1,設定壓力 p1s=0. 35mpa(壓力 ),壓力變化範(fàn)圍爲 0. 33~0. 37mpa。

設定(dìng)溫度 t1s=313k,溫度變化範圍爲 293~333k。被測介(jiè)質爲天然氣 ,采用渦街

流量計(jì)測量。

将(jiāng) 8個極限壓力、溫度值 ,以及壓(yā)力、溫度的(de)設定值代入式 (4),得到其相應的

誤差 δ1。表 1列出了相應(yīng)各參(cān)數的(de)情況。

由表 1可見 ,當溫度增大、壓力減小或溫度(dù)降低、壓力增大時 ,也就是第 2、

第 3種情況時産生的誤差zui大。

例 2,設定(dìng)壓力 p2s=0. 109mpa(壓力 ),壓力變化範(fàn)圍爲 0. 108~0. 110mpa。

設定溫度 ts=313k,溫度變化範圍爲 293~333k。被(bèi)測介質爲高爐煤氣(qì) ,采(cǎi)用差壓(yā)

式流量計測量(liàng)。

将 8種極限壓力(lì)、溫度值 ,以及壓力、溫度的(de)設定值代(dài)入式 (9),便可以得到其

相應的誤差 δ2。表 2列出(chū)了相應各參(cān)數的情況。

由(yóu)表 2可見 ,溫度不變 ,壓(yā)力變化時 ,總(zǒng)體上造成的誤差不大。

例 3,設定壓力 p2s=0. 7mpa(壓力 ),壓力變(biàn)化範圍 0.3~0. 8mpa。設定溫

度 t2s=313k,溫度(dù)變化範圍爲(wèi) 293~333 k。被測介質(zhì)爲氮氣 ,采用差壓式(shì)流量

計測量。

同樣将 8種極限壓力、溫度值 ,以及壓力、溫度的(de)設定值代入式 (9),得到其相

應的誤差(chà) δ2。表 3列出(chū)了相應各(gè)參數的情況。

由表 3可見 ,第 3~5種情況造成的誤差zui大 ,這是因(yīn)爲這 3種情(qíng)況下的壓力波動太

大。

4 推薦意見

(1)由上面的典(diǎn)型例子可見 ,被測介質(zhì)在實際(jì)運行中 ,由于壓力、溫度偏離設定

值 ,所以會給流量的示值帶來不同程度的誤(wù)差。因此(cǐ) ,作爲計量用的能源介質

流量測量 ,都應考慮溫度和壓力修正。

(2)對(duì)于不作爲計量用的氣體流量測量(liàng) ,如果已獲(huò)得溫度、壓力信号 ,也應該考

慮溫度和壓力修(xiū)正。因爲當今的二次儀表或(huò)作爲二(èr)次儀表使用的各種計算機

系統 (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(biǎo)

那樣搭接一個複雜的能滿足功能要求的(de)儀表硬(yìng)件系統。

(3)對于常溫、常壓(yā)下(xià)的氣體 ,也就是說 ,溫度爲 30~40℃ ,壓力(lì)爲 10 kpa左右

的氣體 ,不作爲計(jì)量用(yòng) ,僅作工藝操作參考時 ,可以不考慮溫度和壓力修正 ,因

爲(wèi)這種(zhǒng)工況下 (參見上面的例 2),溫度和壓力的(de)變化帶來流量(liàng)示(shì)值的誤差不是

很大。

(4)對于壓力爲 0. 01 mpa以上(shàng)的氣體 ,不管流量測量的目的是什麽 ,應盡量考

慮溫度(dù)和壓力修正 (如果是(shì)常溫氣體 ,可單獨設壓力修正 ,不設(shè)溫度(dù)修正 )。這(zhè)

是(shì)因爲(wèi)在這種情況下 ,壓力(lì)的波動給(gěi)流量測(cè)量示值帶(dài)來的誤差較大 (參見例 3)。

鋼鐵廠中設備密封或吹掃用的氮(dàn)氣流量測量就屬于(yú)這種情況。由于氮氣來源

往往(wǎng)不十分充足 ,一旦使用 ,氮(dàn)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。