王秋杰
中沙（天津）石化有限公司 天津市300270
【摘要】：主要介绍差压式、涡街式流量计工作原理以及温压补偿的算法。不同类型的流量计测量原理不同，但在测量气体的过程中，测量输出值会受到实际工况变化的影响，即压力和温度发生变化会导致介质的密度发生变化。为此，需要对相关流量仪表进行温压补偿，保证其测量精度。
【关键词】：温压补偿；流量计；差压式；涡街式
一、前言
流量是工业生产中一项重要的参数，它的真实性、精确性直接关系到装置的安全平稳生产以及物料平衡。流量仪表按力学测量原理大致可分为：应用伯努里定理的差压式；应用动量定理的冲量式；应用动量守恒的叶轮式；应用流体振动原理的涡街式等，其中差压式和涡街式流量计在乙烯装置中应用较为普遍。但在实际应用过程中，气体的可压缩性,决定了它的流量测量比液体测量复杂，仪表的输出信号受气体的密度影响，而气体的密度又是温度和压力的函数。所以，气体的流量普遍存在温压补偿的问题。根据被测气体及仪表类型，选用合适的数学模型，实施温压自动补偿，本文主要介绍差压和涡街两种流量计温压补偿的算法。
二、差压流量计补偿原理
1.工作原理
节流式差压流量计由三部分组成：节流装置，差压变送器和流量指示仪表组成，本节主要介绍节流装置部分。充满管道的流体，当它流经管道内节流件时，如图1所示，流束将在节流件处形成局部收缩。此时流速增大，静压降低，在节流件前后产生差压，流量越大，差压越大，因此可根据差压来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续方程（质量守恒定律）和伯努力方程（能量守恒定律）为基础的。
图1
2.公式换算
气体的流量主要采用差压流量计时,其流量基本方程式为:
(1)
式中:Q为被测气体在工作状态下的体积流量; ρ为被测气体在工作状态下的的密度; 为差压;K为系数,它包含流量系数、膨胀系数、管道孔径等参数。严格的说它也受温度和压力的影响，只是在常温常压下，这一影响可以忽略。本文讨论的温压补偿是指补偿密度随温压变化所造成的影响。
在实际使用过程中，仪表的标尺是以标准状态下的流量Qn为刻度。根据管道内气体流量满足连续性方程：
(2)
式中：带下标“n”的参数为标准状态下的值。由此可得到流量在两种状态（标准状态和工作状态）下的转换式：
(3)
将式（1）代入式（3）得：
（4）
而仪表的刻度是按设计工况设置的，即：
(5)
式（4）、式（5）相除即可得到当工况偏离设计值时密度的补偿公式：
（6）
式中，带下标“s”的参数为设计值。
再由理想气体状态方程（P*V=nRT）导出在不同状态下气体的密度转换式：
(7)
便可得到通常使用温压补偿的公式：
（8）
从式（8）可见，当气体的实际工况与设计工况相同时，流量计示值与实际值相符（仅与差压有关），当实际工况偏离设计工况时，实际量还会随着温度、压力的变化而变化。例如：温度没有变化，压力变化1%，流量就会相差10%，可见误差很大。因此，差压流量测量气体时必须进行温度补偿。
三、涡街流量计补偿原理
1.工作原理
在流体中设置旋涡发生体，从旋涡发生体两侧交替的产生有规则的旋涡，如图2所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列，设旋涡发生频率为f,被测流体平均流速为v，旋涡发生体迎流面宽度为d,表体通径为D，可得关系式：
式中：St为无量纲数，它与旋涡发生体形状和雷诺数有关，在雷诺数ReD=2*104~7*106
范围内，St可视为常数，这是仪表的正常工作范围。Qv、Qm分别代表体积流量和质量流量；K：流量计仪表系数；ρ：流体的密度。
图2
由理想气体状态方程（P*V=nRT）导出在不同状态下气体的密度转换式：
（4）
根据质量守恒定律：
式中：Qvn：标准状态下的体积流量；P、T：分别为工作压力和温度；Pn、Tn：分别为标准状态下的压力和温度。
由上式可知，一般说涡街流量计输出信号（频率）不受流体物性和组分变化的影响，是指仪表系数与旋涡发生体形状、尺寸和雷诺数有关。但是作为流量计在物料平衡及计量中需检测质量流量时，仪表输出信号需同时监视体积流量和流体密度，流体的物性及组分对流量计量有直接影响。
四、结束语
气体流量测量普遍存在温压补偿的问题，这是由气体的特性所决定的。因此，选择合适的温度、压力补偿公式，就必须全面的了解流量测量的方式。在测量介质、测量装置、流体工况、流量单位不同的场合，采用正确的温压补偿方式，才能获得准确的流量。
五、参考文献
1．石油化工自动控制设计手册（三版）． 2009年
2．仪表常用数据手册（二版） 2006年
3．流量测量方法和仪表的选用 2001年
4．新型流量检测仪表 2006年