蒸汽流量測量溫壓補償的有關問題

【資料簡介】

這是一個老話新題，蒸汽流量測量的溫壓自動補償，國內六七十年代就已開展這方面的工作了，當時得益于氣動、電動單元組合儀表中計算單元的發展和完善。隨著計算機技術的發展，這一工作更是有了長足的進步。但其基本的原則及應用中的一些問題并沒有變，如以下問題：
1．溫壓補償的實質
　　蒸汽的溫度和壓力改變時，蒸汽的密度就會跟著變化，導致蒸汽流量計產生測量誤差。為減少誤差，可采取溫壓補償方式來減少測量誤差。所謂溫壓補償實質就是被測蒸汽的溫度、壓力與設計時采用的數值不符時,而采取的蒸汽密度修正措施。密度修正措施既可人工進行，也可用儀表或DCS自動進行。
2．溫壓補償的前提
　　本文僅以用孔板測蒸汽流量為例進行說明。當被測蒸汽流量的實際參數（溫度、壓力）與設計的參數不一致時，其流量系數α、流束膨脹系數ε、孔徑d等值都會改變。但當蒸汽的溫度、壓力波動不大，即工況參數偏離設計參數不太多，對測量影響較小時，采用溫壓補償措施才能達到理想的測量精度。其補償公式大多為經驗公式，在流量儀表書上都有介紹，可直接選用。但當工況參數偏離設計值太多.或工況參數波動頻繁且太大時，既使有了溫壓補償措施，仍難達到測量精度要求，此時對于特定的孔板而言，只能重新計算差壓與流量之間的關系。但目前已可引入較完善的補償、修正措施了，即通過智能儀表或DCS對流量系數α、流束膨脹系數ε、密度ρ進行全面修正，但其測量精度取決于算法。要做到全補償還是有一定的難度。
3．認識蒸汽的特性
　　在蒸汽流量測量中，當蒸汽壓力增大時其密度增加，蒸汽壓力P實＞P設將出現負誤差，否則將出現正誤差。溫度升高時其密度減小，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于單相流,過熱蒸汽的密度由蒸汽的溫度、壓力兩個參數決定，有時還需要考慮對膨脹系數ε的補償。特別要指出的是過熱蒸汽在溫度、壓力波動范圍較大及保溫效果不好的場合，過熱蒸汽常會轉變為飽和蒸汽，這時就又成了氣液二相流，即使有了補償措施也難于準確的測出質量流量來。
　　飽和蒸汽的溫度是壓力的單值函數，因此可將密度的溫壓補償減化為壓力補償。但應看到，設計時通常都把飽和蒸汽當作干度X=1，把它作為單相流來處理，但實際情況是飽和蒸汽大多數都是濕蒸汽，它的干度X＜1，此時飽和蒸汽在管道中流動時屬于雙相流體，就是有了壓力補償措施也難于準確的測出質量流量來。
4．溫壓補償要從生產實際出發
　　采用溫壓補償要綜合考慮，如:計量要求、流量計用途、溫度、壓力變送器的成本等因素。對于計量用的則一定要采用溫壓補償措施，并應選好、選對經驗公式及配套的溫度、壓力變送器的精度，并進行正確、合理、認真的設置和調校。對于作顯示用的儀表，應從生產要求的實際出發，該補償的就要補償，不用和不能補償的場合就不補償。該補償的場合不采取補償措施是不對的，但夸大溫壓補償的作用也是不妥的。對于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，可用公式運算進行密度修正。
5．正確對待情況
　　有的廠商夸大溫壓補償的作用，舉工藝參數的情況來說明誤差。對于用戶而言，一定要對實際工況波動頻繁及波動很大的場合持慎重態度。否則單靠溫壓補償仍難達到測量精度要求。自控人員應建議工藝人員查找工況參數波動大及波動頻繁的原因，從工藝或設備上進行改進才是上策。假設某流程生產，設計要求蒸汽壓力為1.2MPa。溫度為220℃向后工段供汽。但供汽壓力經常只有0.5MPa，而溫度卻到500℃，這樣的供汽質量，后工序能正常生產嗎?這時應該從生產管理或設備上找找原因，并解決問題才行，因為這也超出了計量的范疇，工藝參數大大偏離了設計值，僅靠溫壓補償顯然是不行的，再者，連后工序的生產都難得保證了，計量也沒有什么實際意義了!
6．測量誤差的計算差別
　　當實際工況的溫度、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，對于誤差可進行計算。
　　我們先復習一下誤差的內容:
　　誤差 △=X-X0
　　相對誤差 δ=Δ／X0 100%
　　引用誤差　r=Δ／A 100%
　　式中:X----真值，其可為相對真值或約定真值；
X0-- 測量值。
A-----測量儀表的滿量程（有的又稱為刻度范圍）。
　　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 溫壓補償后的流量。
　　對于誤差計算，所見文獻的計算算式分別有：
△M＝M2－M1／M1　　 △M＝M3－M1／M1
△M＝M2－M1／A　　　△M＝M3－M1／A
從式中可看出，由于采用的算式不同而略有差別。計算結果會有所差異。
7．避免出現新的誤差
　　采用溫壓補償時都要用到壓力變送器，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。分述如下:
　　大氣壓力引起的誤差，由于溫壓補償的經驗公式中，都包含有蒸汽壓力這一參數，而一般做法是用壓力變送器，把檢測出來的蒸汽表壓力加上當地大氣壓來表示壓力，因此在建立數學模型時，應根據當地大氣壓來計算，不能不加區別的采用近似等于0.1MPa來代替大氣壓，尤其是海拔較高的地區及所測蒸汽壓力較低時，更應引起注意。如果選用壓力變送器則不會產生上述影響。
　　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變送器的輸出會造成影響，而產生附加誤差。取壓口與變送器的垂直距離越大則影響越大，這一影響對普通壓力變送器、壓力變送器都存在影響。這時可采取零點遷移和加修正值的方法來調整壓力變送器，以消除影響。