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0引言
  用標準節流裝置測量氣體流量，其準確度影響因素，包括直管段長度、一次測量元件運行狀況、現場變送器安裝使用、儀表量程合理與否、溫壓補償參數正確性都是非常重要的因素。
  氣體具有可壓縮性，在氣體流量測量過程中，流量與氣體密度緊密關聯；而氣體密度又是溫度和壓力（簡稱溫壓）的函數。所以要獲取準確的氣體流量，需要進行溫壓補償。
1節流式差壓流量計的構成及工作原理
1.1節流裝置流量測量系統構成
  節流裝置(孔板流量計)、導壓管、差壓變送器和流量二次表（DCS系統）組成了孔板式節流裝置流量測量系統（簡稱流量測量系統）。
1.2節流孔板的工作原理
  充滿管道的流體流經管道內的節流裝置，在節流件附近造成局部收縮，流速增加，在其上、下游兩側產生靜壓力差。
在已知有關參數的條件下，根據流動連續性原理和伯努利方程可以推導出差壓與流量之間的關系而求得流量[1]。其基本公式如下：

c－流出系數無量綱
qm－質量流量kg/s
qv－體積流量m3/s
β－直徑比d/D無量綱
d－工作條件下節流件直徑
D－工作條件下上游管道內徑
ρ流體的密度Kg/m3
ε可膨脹性系數無量綱
ΔP差壓值。
  在以上公式中，β和d是常數，C和ε在一定流量范圍內也可以看作是常數，因此上式可以簡化為：

  在工況一定的情況下，即流體介質密度不變時，流體的流量與差壓成平方根關系。
2氣體流量測量的溫壓補償要求及公式推導
2.1氣體流量測量的溫壓補償要求
  由于流量測量裝置的設計過程中，提供的設計溫度、壓力與實際運行的工作溫度、壓力有一定的差異，或者由于工藝條件造成流體溫度、壓力波動較大，致使測出的流量不能真實反映其工作狀態下的實際流量。當被測介質為氣體時，溫度、壓力對密度的影響就會更大，要獲得正確的結果則需要進行補償。
  通常測量氣體的溫度和壓力要比測量介質密度更易實現，在高溫高壓條件下，難以直接測量出氣體的密度，必須根據密度與壓力、溫度的關系ρ=f(t,p)進行運算處理，利用參數壓力P、溫度T來代替密度ρ的變化量進行補償，而壓力P、溫度T可以通過安裝在孔板前后的壓力變送器、溫度儀表檢測取得。
2.2氣體流量測量的溫壓補償公式推導
  用于過程控制的氣體測量目前主要采用孔板式節流裝置進行流量測量的方式[2]。其流量基本方程式為：

  其中Qm為被測流體的質量流量，Qv為被測流體的體積流量，△P為差壓變送器輸出的差壓值，ρ為被測流體的密度。
在測氣體的孔板計算書中，設計者一般提供孔板測量的最大流量Qmax（單位一般是Nm3/h）、最大差壓△Pmax、設計溫度T0、設計壓力P0、設計密度ρ0,假設被測介質在標準狀況下的密度為ρN
則有：


  其中：Pf為工況下的壓力，Tf為工況下的溫度。注意：計算時需采用絕對壓力，絕對溫度。
將（7）代入（6）式：

3氣體流量測量應用舉例
3.1問題引出的背景
  某廠加氫裂化裝置循環氫機組入口流量參與機組的喘振控制，所以流量測量正確率顯得尤為重要，但開工初期發現循環氫壓縮機入口流量指示超量程。
  根據設計提供的孔板計算原始數據（見表1，修改前），按ISO5167標準法蘭取壓的計算軟件對孔板的計算結果進行核算，得到的差壓量程及孔徑尺寸與制造廠家提供的數據一致，但循環氫機組的入口流量指示超量程情況依然未能解決。
  再次對孔板計算書進行復核，發現機組循環氫介質標準密度設置為純氫的物性0.0899kg/m3、操作密度為10.5692kg/m3。即原設計者把純氫密度替代循環氫介質密度作為孔板計算參數，造成了差壓設置的偏差。

3.2循環氫系統的介質特征
  加氫裂化工藝在反應過程中需要耗氫，系統中提供了過量的氫氣參與反應，經過反應后，未反應的富裕氫氣從反應器出來，經過降溫并與油分離后，進入循環氫壓縮機升壓。
  循環氫實際上是富氫氣體，除了氫氣外，含有碳化合物、硫化氫等組分，又稱混氫，純氫與混氫的密度有較大的差異。
3.3問題處置
  由于孔板已經安裝到位投入使用，不具備更換條件。因此根據正常操作條件下混氫密度27.2194kg/m3以及實際孔板的尺寸，來反推導差壓變送器的實際量程。通過計算，循環氫入口流量的差壓量程由原來的8KPa修改為16.19KPa。變送器量程經重新設置后流量指示在量程范圍內重獲顯示。
  經過密度重設后盡管在量程范圍內可顯示，但數值的正確性仍存在較大偏差，究其原因是氣體流量測量未進行正確的溫壓補償，程序設定溫壓補償公式中仍取用純氫密度計算得到的補償系數不準確，流量與實際工況必定有較大偏差。
4流量正確率影響分析
4.1初始密度設置偏差的影響分析
  從加氫裂化裝置循環氫機組的入口流量指示超量程問題中發現原設計介質密度設置偏離。循環氫介質操作密度從10.5692kg/m3改為27.2194kg/m3后，計算得出變送器最大量程由原來的8KPa改為16.19KPa，而對應最大流量350000Nm3/h的工程量不變。根據公式：

  由此可見，在孔板測得同樣差壓的情況下，8KPa量程所對應流量值指示值是量程為16.19KPa所對應流量值指示的1.422倍，流量指示偏大。原始介質密度設置的不恰當導致流量計算出現較大誤差，且因變送器量程根據原始密度選型設置偏小而不能滿足實際測量要求。
4.2溫壓補償C系數偏差影響分析
  加氫裂化循環機機組入口流量的溫壓補償方式，機組制造商給出一個補償系數C，提供的C值為518138.53，但未給出此系數來源，推導過程及設定的邊界條件。因此，上例中差壓量程修改后，流量指示還是存在較大偏差，必須對系數C進行調整，以下為C系數調整的推算過程。

  溫壓補償C系數與流量呈線性關系，由于原先C值設置錯誤造成的流量誤差達到30.0%。
4.3介質組分波動影響分析
  采用溫度、壓力補償方法測量氣體體積流量，是基于介質組份穩定或組份變化很小的一般氣體，可對流體密度影響予以忽略，對測量示值的影響也即可忽略。但對于組份波動變化較大的氣體，流體密度影響將增大，如仍將某一組分的流體狀態密度當作常數來處理，最大測量誤差就不可忽視。
  在加氫裂化循環氫系統運行過程中，循環氫組分除氫氣外，含有碳化合物、硫化氫等組分，混氫組分發生著動態變化。表2為從混氫組份50個隨機樣本中選取數據，通過計算獲得氫氣百分含量為最大值、平均值、最小值時所對應的密度分別為：19.54kg/m3、26.615kg/m3、34.790kg/m3，密度存在著較大波動。

  對50個樣本數進行數據統計，結果為：組分變化造成密度變化曲線如圖1，圖2描述了±10%密度變化的樣本數為66%。
  從圖1可看出，密度在20～40范圍內變化。由此引出新的疑惑：盡管對氣體有溫壓補償糾偏，但氣體組分存在波動,為了量化組分波動的影響情況，對影響的幅度進行計算。從設計提供的孔板計算用密度為27.2194kg/m3作為基準，按最小密度19.54kg/m3、最大密度34.790kg/m3來計算流量的誤差情況：

  假設除介質密度變化外，K、△P都不變
則：

下的設計體積流量值。
  當實際密度ρ2為19.54kg/m3，設計密度ρ1為27.2194kg/m3時：
Q2=1.18Q1
  同樣，當實際密度ρ2為34.790kg/m3，設計密度1為27.2194kg/m3時：
Q2=0.884Q1
  從圖2情況看，組分變化引起密度在設計基準密度上下10%范圍內波動的情況占66%，按密度上下變化為10%計算，分別是：
Q2=0.954Q1
和Q2=1.054Q1
  當實際密度ρ2比設計密度ρ1小時，實際體積流量比指示的流量大。當實際密度ρ2比設計密度ρ1大時，實際體積流量比指示的流量小。
4.4各因素影響程度的比較
4.4.1影響程度比較
  由于采用錯誤的介質密度，造成流量測量誤差最大達40%；
  按錯誤的溫壓補償系數計算得到的流量與實測值之間的誤差達到30%；
  調整校正溫壓補償系數后，介質組分變化可能造成的流量測量誤差約達10%~20%；一般情況下，組份引起的測量誤差可以控制在5%以內。
4.4.2體會
  現階段要做到在線進行密度補償暫時不具備條件，但相對于設置偏離導致的計量誤差，取平均組份的密度作為計量基準，可較大幅度降低計量偏差。
  在實際工作過程中，有必要對設計提供的數據的合理性進行復核驗證，類似加氫裂化循環氫介質密度取值錯誤導致的流量指示誤差完全可以避免，而由于組份變化對流量測量的誤差目前沒有合適的解決辦法，當組份變化不大時，流量誤差仍屬可控。
5結語
  在氣體流量測量系統中，溫壓補償是其中一個不可缺少的環節，在實際的生產過程中，往往因設計參數的不確定性，提供的孔板計算原始參數與實際工況存在較大的偏差，學會計算調整差壓，復核驗證并得到正確的補償系數在實際工作非常重要。

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