威力巴流量计温压补偿的数学模型

威力巴流量计温压补偿的数学模型 第31卷第4期 2011年4月 煤气与热力 GAS&HEAT Vo1.31No.4 Apr.2011 威力巴流量计温压补偿的数学模型 郭海侠 (陕西省燃气 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 院,陕西西安710043) 摘要:介绍了威力巴流量计在测量气体和蒸汽流量时相应的温压补偿方式,分析了 各温压 补偿方式在DCS系统和流量积算仪中的数学模型. 关键词:威力巴流量计;温压补偿;介质密度;分散控制系统;流量积算仪 中图分类号:TU996文献标识码:A文章编号:1000—4416(2011)04—0A34—04 MathematicalModelsforTemperatureandPressure CompensationofVerabarFlowmeter GU0Haixia Abstract:Thecorrespondingmodesoftemperatureandpressurecompensationinmeasurem entof gasandsteambyVerabarflowmeterareintroduced.Themathematicalmodelsfordifferentm odesoftern— peratureandpressurecompensationusedinDCSsystemandflowtotalizerareanalyzed. Keywords:Verabarflowmeter;temperatureandpressurecompensation;mediumdensity; distributedeontrolsystem;flowtotalizer 1概述 随着成本意识的不断增强,人们对能源计量的 准确性提出了更高的要求?J,而对于流量测量中 的温度,压力补偿问题也进一步重视.由于流量 测量装置的设计温度,压力与实际运行的工作温度, 压力有一定的差异,或者由于工艺条件造成流体温 度,压力波动较大,致使测出的流量不能真实反映其 工作状态下的实际流量.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较高的测 量精度,例如气体随着温度,压力的变化对测量 精度的影响特别大,必须进行温压补偿J.而不 同类别的流量测量装置,测量不同的流体介质,其温 度,压力的补偿方式及在二次仪表中的数学模型是 有差异的.下面以威力巴流量计为例,对其在不同 介质,不同工况下的温压补偿方式和不同的温压补 偿方式在二次仪表中的数学模型进行分析. 2威力巴流量计测量原理 威力巴流量计采用一种差压式的流量探头,其计算模型和其他差压式流量计(如孑L板流量 计-81)的数学模型相同.威力巴流量计的工作原 理见图1.其计算模型为: q=Kap(1) 式中g——质量流量,kg/h 流量常量 p——介质工况密度,kg/m —— 探头前后的差压(即图1中高压区与 低压区的差压),kPa ?p的准确测量不应只限选用一台高精度的差 压变送器,实际上差压变送器能否接收到真实的差 压还取决于一系列因素,其中探头的正确选型及探 头,引压管的正确安装和使用,都是保证获得真实差 压值的关键. 这些影响因素很多是难以定量确定的,只有在 选型,安装和使用上加强准确性和 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 化.从计算 模型中还可以看出,P在方程中同卸处于同等地 位,当追求差压变送器高精度等级时,绝不要忽视P ? A34? 郭海侠:威力巴流量计温压补偿的数学模型第31卷第4期 图1威力巴流量计工作原理 的测量精度与?p相匹配,否则卸精度的提高将会 被p的精度的降低所抵消.介质密度P一般难以直 接测得,通常是通过温度,压力,组成计算求得. 3温压补偿方式及数学模型 本文结合威力巴流量计计算软件来说明对于各 种状态介质P的正确补偿及温压补偿在二次仪表 目前在流量计量的二次仪表中,规 中的数学模型. 模比较大的项目一般选用分散控制系统(Distributed ControlSystem,简称DCS)或可编程逻辑控制系统 (ProgrammedLogicControl,简称PLC),而规模比较 小的项目一般选用流量积算仪,无纸记录仪等二次 仪表.本文以DCS系统和流量积算仪为例进行说 明. 3.1气体测量 威力巴流量计在气体测量中常用差压计算标准 状况(0oC,101.32kPa,以下简称标况)体积流量. 对气体而言,由于密度受压力影响比较大,一般在温 度变化不大,压力波动比较大的场所,只进行压力补 偿就可以;但在温度,压力变化都比较大的场所,要 同时进行温压补偿才能使得测量准确.下面对二次 仪表进行压力补偿和温压补偿的情况分别加以说 明. 某测点介质为空气,管径规格为19×6,操作 压力为5kPa,操作温度为20?,刻度流量(最大流 量,标况)为3000m/h,标况密度为i.293kg/m', 当地大气绝对压力为100kPa. 由威力巴流量计计算软件可知,差压上限为 0.74377kPa,该数据为差压变送器使用范围的最 大值. 由于测点中空气的操作压力为5kPa,可设定其 压力补偿范围为0,25kPa;操作温度为20?,可设 定其温度补偿范围为0,50oC. 3.1.1DCS系统的数学模型 从威力巴流量计算软件中得知计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 为: C(2) 式中g——标况体积流量,Ill/h C——流量常量 P——探头之前工作状态绝对压力(即图1 中高压区的绝对压力),kPa 卜工作状态下温度,K z——工作状态下该气体的压缩因子 将测点中的参数代入威力巴流量计计算软件可 得,该测点中C=5812.354,Z=1.将数据C= 5812.354,Z=1代入式(2),则DCS系统中流量计 算公式为: 5812.354 ^/(3) ?只进行压力补偿 将温度(20?)换算成热力学温度(293.15K) 代人式(3),流量公式为: g:5812.354Ap(pg+100)一 (4) 式中p——工作状态下的相对压力(即图1中高 压区的相对压力),kPa ?同时进行温度,压力补偿 若同时进行温度,压力补偿,则公式(3)变为: g=58l2.354^?~ /Ap+(p2s7+3. 1 1 0 5 0)一 (5) ? 式中——工作状态下的温度,3.1.2流量积算仪的数学模型 ?只进行压力补偿 选择积算仪计算模型: qv:一 qm :— K~/(A,+— A2ps)Apf6) :————【O) PnPn 式中JD——介质标况密度,kg/m ,—— 介质密度系数,无量纲 气体压力和密度的关系在一定的范围内基本上 是线性关系: A1+A2P=JD(7) 因此,只要取两组压力和密度的对应关系,将式 (8),(9)组成一个二元一次方程组,就可求出4,A ? A35? 第31卷第4期煤气与热力 值. 41+2p. 1=J9l(8) A1+A2P.2=JD2(9) 查表得知空气在20?,0kPa时密度为1.189 kg/m.;在20?,25kPa时密度为1.486kg/m.将 这些数据代入式(8),(9)组成的方程组,解得A= 1.189,A2=0.0119. 根据式(6)可知: K:_——一(10)~/(A 1+A2P)ap 将数据q=3000m/h,P=1.293kg/m,A1= 1.189,A2=0.0119,P=5kPa,ap=0.74377kPa 代入式(10),可求得:K=4025.5293. ?同时进行温度,压力补偿 选择积算仪计算模型: q :一一Lll 式中——标况温度,K,取273.15K P.——当地大气绝对压力,kPa P——标准大气压,kPa,取101.32kPa 根据式(11)可知: K:————r12) ~/p.Tn(pg+Po),,ap 将数据g=3000m/h,P=1.293kg/m,Tn= 273.15K,P=5kPa,P0=100kPa,P=101.32kPa, t=20oC,ap=0.74377kPa代人式(12),可求得:K =4025.3021. 3.2过热蒸汽测量 由于过热蒸汽密度受温度,压力影响较大,因此 对过热蒸汽的密度,要同时进行温度,压力补偿才能 使得流量测量准确. 某测点介质为过热蒸汽,管径规格为0219×6, 操作压力为200kPa,操作温度为150?,刻度流量 (最大流量)为10000kg/h,当地大气绝对压力为 100kPa. 差压上限为 通过威力巴流量计计算软件可知, 3.92113kPa,该数据为差压变送器使用范围的最大 值. 由于测点中过热蒸汽的操作压力为200kPa,可 设定其压力补偿范围为0,400kPa;操作温度为 150oC,可设定其温度补偿范围为0,300?. 3.2.1DCS系统的数学模型 从威力巴流量计算软件中得知计算公式为: q=C~/?p(13) C=4020.31(14) 将式(14)代人式(13),得: q=4020.31ap(15) 过热蒸汽不同于理想气体,不能通过理想气体 状态方程来计算其密度,只能用以温度和压力为自 变量的近似公式来计算其密度.式(16)是过热蒸 汽密度计算式之一[9_4. ——————— 0.一T 一 静100_5578100ps//\…100\/\/ (16) 3.2.2流量积算仪的数学模型 选型时需选择带温压补偿功能的过热蒸汽流量 积算仪,该型号的积算仪内置过热蒸汽密度表,积算 仪可以通过输入的温度和压力自动查表找到对应的 蒸汽密度. 选择积算仪计算模型: q=Kbap(17) 式中ph——查表得知的蒸汽密度,kg/m 根据式(17)可得: K:(18) pbap 查表知过热蒸汽在200kPa,150?时的密度 为:ph=1.57789kg/m. 将数据q=10000kg/h,Pb=1.57789kg/m, ap=3.92113kPa代人式(18),可得:K=4020.28. 3.3饱和蒸汽测量 因饱和蒸汽的密度与温度,压力的关系为一一 对应,因此温度,压力补偿任选其一,不可以同时补 偿.由于温度测量存在一定的滞后性,以及测量精 度不如压力,因此饱和蒸汽多采用压力补偿. 某测点介质为饱和蒸汽,管径规格为0219X6, 压力为200kPa,刻度流量(最大流量)为10000kg/ h,当地大气绝对压力为100kPa. 通过威力巴流量计计算软件可知,差压上限为 3.74625kPa,该数据为差压变送器使用范围的最大 ? A36? 郭海侠:威力巴流量计温压补偿的数学模型第31卷第4期 值. 由于测点中饱和蒸汽的操作压力为200kPa,可 设定其压力补偿范围为0,400kPa. 3.3.1DCS系统的数学模型 从威力巴流量计算软件中得知计算公式为: q=C~/?p(19) C=4020.71?(20) 将式(20)代入式(19),流量公式为: q=4020.71?p(21) 饱和蒸汽不同于理想气体,不能通过气体状态 方程来计算其密度;也不同于过热蒸汽,不能用以温 度和压力为自变量的近似公式来计算其密度;只能 用以温度或压力为自变量的近似公式来计算其密 度.以压力为函数的饱和蒸汽密度表达式见表1, 饱和蒸汽密度表达式在相应的压力范围内精度比较 高. 表1饱和蒸汽密度表达式.. l绝对压力pa/MPal密度p/(kg?m.)l fo.1O,o.32fp=5.2353P+0.0816f 10.32,0.70lP=5.0221P+0.1517I 10.70,1.00lP=4.9283P+0.2173l I1.00,2.00IP=4.9008P+0.2465I I2.00,2.60IP=4.9262P+0.1992l 3.3.2流量积算仪的数学模型 选型时需选择带压力补偿功能的饱和蒸汽流量 积算仪,该型号积算仪内置饱和蒸汽密度表,积算仪 可以通过输入的压力自动查表找到对应的饱和蒸汽 密度. 选择积算仪计算模型: q=Kb?p(22) 根据公式(22)可得: :— (23) pb 1.65131kg/m 将数据g=10000kg/hP=1.65131kg/m, ?p=3.74625kPa代入式(23),可得:K=4020.57. 4结语 针对不同的测量介质,流体工况,测量装置,必 须选择正确的温度,压力补偿方式,只有针对不同的 补偿方式采用相应的数学模型,才能进一步消除系 统误差,使得计量精度提高到一个新的水平,从而获 得准确的流量. 参考文献: [1]钱信培.孔板流量计在燃气计量中的应用[J].煤气 与热力,1990,10(4):18—20. [2]时文平.煤气计量过程的密度补偿[J].煤气与热力, 1996,16(6):29—31. [3]王杏芳,李恒敬,严益剑.天然气灶前压力和温度对供 销差率的影响[J].煤气与热力,2007,27(10):46— 49. 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