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蒸汽流量計溫度與壓力補償應注意事項
什麼是壓力補償?
將流量計的壓力設定成標準值時,進行的自動控制就稱作壓力補償。通常氣體與流體的密度會因為工作環境條件而產生變化,所以流體密度要先進行壓力補償。

什麼是溫度補償?
電子元件通常會有一定的溫度係數,當它輸出訊號時會因溫度變化而漂移,稱作「溫漂」,為減小溫漂,使用一些補償措施來抵消或減小其輸出的溫漂,即為溫度補償。

什麼是差壓補償?
將差壓等被測工藝參數轉換成相應的電氣統一標準訊號,然後將此訊號送到其他單元以實現對上述工藝參數的自動檢測或自動調節,就稱作差壓補償。

測量蒸汽流量時為什麼要進行溫度或壓力補償?
就測量原理而言,流量計只能夠測量當時工作狀況下,流體流過的體積,然而實際上使用的時候,我們希望能測量流過多少質量的流體。
然而蒸汽在不同的溫度及壓力下,密度變化很大,所以若在測量蒸汽流過多少體積的同時,還要測量其壓力和溫度,就有時刻了解蒸汽的密度,才能準確測量出蒸汽的質量。


溫度及壓力補償應注意之事項:
1.溫壓補償的實質

當蒸汽的溫度與壓力改變時,它的密度也會跟著變化,以至於蒸汽流量計在測量時產生誤差。因此可以使用溫壓補償的方式來減少測量時的誤差。溫壓補償其實就是當被測蒸汽的溫度、壓力與設計採用的數值不符時,而採取的蒸汽密度修正措施,密度修正措施除了可以人工進行外,也可以使用儀表或DCS自動進行。

2.溫壓補償的實質
當被測蒸汽流量溫度與壓力的實際參數,和設計的參數不同時,其流出係數C、流束線脹係數ε、孔徑d等值都會改變。
但當蒸汽的溫度與壓力波動不大,也就是現場狀況參數與設計參數相差不多,對測量影響較小時,就需要採用溫壓補償措施才能達到理想的測量精度。
溫壓補償措施的公式大多為經驗公式,在流量計儀表說明書上都有介紹,能直接選用。但當現場參數偏離設計值太多,或現場參數波動頻繁且劇烈時,即使使用溫壓補償措施,也很難達到測量精度要求,此時對於特定的孔板而言,只能重新計算差壓與流量之間的關係。
不過目前技術已經可以提供較完善的補償、修正措施了,只要通過智能儀表或DCS,就能對流出係數C,流束線脹係數ε、密度ρ進行全面修正,但此法測量精度取決於公式算法,要做到全補償還是有一定的難度。

3.補償措施對兩相流無能為力
在蒸汽流量計的測量中,當蒸汽壓力增大使密度增加時,蒸汽的現場壓力大於設計壓力時,將出現負誤差,反之則出現正誤差。溫度升高時使密度減小時,即壓力、溫度的變化對蒸汽密度的影響是相反的,其同相變化時還可以對誤差有所互補。

通常認為過熱蒸汽在管道中流動時屬於單相流,過熱蒸汽的密度由蒸汽的溫度與壓力兩個參數決定,有時還需要考慮對線脹係數ε的補償。
值得一提的是,在溫度、壓力波動範圍較大,或保溫效果不好的地方,過熱蒸汽容易會轉為飽和蒸汽,此時就又會變成氣液兩相流,即便使用補償措施也很難精準的測出質量、流量。

飽和蒸汽的溫度是壓力的單值函數,因此可以把密度的溫壓補償簡化成壓力補償。雖然設計時通常會把飽和蒸汽當作乾度X=1,把其作為單相流來處理,但實際情況是,飽和蒸汽多數時候都是濕蒸汽,它的乾度X<1,此時飽和蒸汽在管道中流動時為兩相流體,儘管使用壓力補償措施也很難精準的測出質量、流量來。

4.溫壓補償要從生產實際出發
使用溫壓補償前要先考慮如,計量要求、流量計用途、溫度、壓力傳送器的成本等因素。特別是計量用的一定要使用溫壓補償措施,並且選擇正確的經驗公式與配套的溫度、壓力傳送器的精度,並進行正確的設定和調校。
如果是顯示用的儀表,則應依實際生產要求考量,該補償的就補償,不需或不能補償的則不補償。
對於被測蒸汽流量的實際參數(溫度、壓力)與設計的參數相差不大時,可用下列公式進行密度修正。


5.正確對待極端倩況
有的廠商會誇大溫壓補償的作用,以參數的極端情況來說明誤差。對於客戶而言,一定要對現場實際波動頻繁及波動劇烈的場合持慎重態度,否則只靠溫壓補償也難以達到測量精度的要求。
自控人員應建議技術人員檢查現場參數波動劇烈及波動頻繁的原因,再實施改進才對。假設某流程生產、設計要求蒸汽壓力為1.2MPa,溫度為220℃向後工段供汽,但供汽壓力經常只有0.5MPa,而溫度卻到300℃,這樣的供汽質量,後工序能正常生產嗎?
此時應該從生產管理或設備上來尋找原因,並且解決問題,因為這些已超出計量的範疇,工藝參數大大偏離了設計值,單靠溫壓補償是無法改善的,況且如果連後工序的生產都無法保證,那麼計量也沒有什麼實際意義了。

6.測量誤差的計算差別
當現場實際的溫度、壓力發生變化,蒸汽的密度將偏離設計值,即流量儀表示值將產生誤差,對於誤差可先以下列公式進行計算。


對流量的定義是:
M1——實際工況下的流量
M2——設計狀態下的流量
M3——溫壓補償後的流量

對於誤差計算,所見文獻的計算算式分別有:


從以上公式可知,由於採用的算式不同而略有差別,計算結果也會有所差異。

7.要避免出現新的誤差
採用溫壓補償時都要用到壓力傳送器,這時應考慮大氣壓及液柱靜壓力的影響,以免出現新的誤差。

大氣壓力引起的誤差:由於在溫壓補償的經驗公式中,都包含了蒸汽絕對壓力的參數,而一般做法是用壓力傳送器,把檢測出來的蒸汽表壓力,加上現場大氣壓力來表示絕對壓力,因此在建立數學模型時,應根據現場大氣壓來計算,不能不區別而使用近似0.1MPa來代替大氣壓,尤其是高海拔的地區和所測蒸汽壓力較低時,更應多加注意,但若選用絕對壓力傳送器則不會產生上述影響。

液柱靜壓力引起的誤差:由於各種壓力傳送器的取壓口,與傳送器本體不太常處於相同高度的位子,因此冷凝水的靜壓力對傳送器的輸出會造成影響,因而產生誤差。取壓口與傳送器的垂直距離越大,影響也越大,對普通壓力傳送器、絕對壓力傳送器等都會造成影響,這時可使用零點遷移和加修正值的方法來調整壓力傳送器,以消除影響。