眾所周知,采用溫度、壓力和壓縮系數補償的方法可以用來測量氣體質量流量,但這僅限于組成穩定或組成只有很小變化的一般氣體,這時,組成對流體密度的影響可予忽略,因此對測量示值的影響也可忽略。
對于組成變化較大的氣體,組成對流體密度的影響就不能忽略了。例如在煉油廠、石化廠,有些石油加工過程中的石油氣組成變化很大,流體標準狀態密度在較大的范圍內變化。有的煤氣系統變化范圍可達0.1554~2.0321kg/Nm3[16],這時,如果仍然將流體標準狀態密度當作常數來處理,最大測量誤差就將達到百分之幾十,這是不允許的。
在該系統中,有下面的關系式[16]。渦街流量傳感器數學模型為
qm= (3.59)
式中qm——質量流量;
——渦街流量傳感器出口端流體密度;
f——渦街流量傳感器輸出頻率;
Kt——渦街流量傳感器工作狀態下流量系數。
孔板式差壓流量計數學模型為
qm=k1 (3.60)
式中 k1——系數;
1——節流體正端取壓口處流體密度;
p——差壓。
將式(3.60)平方后除以式(3.59)得
qm= (3.61)
由于孔板差壓式流量計串聯在渦街流量計后面,ρ1與ρ 近似相等,即
ρ1=ρ (3.62)
所以式(3.61)可化簡為
qm= (3.63)
在流量演算器中具體實現式(3.63)時, p可由式(3.64)求得。
(3.64)
式中 Ai——差壓輸入信號;
——流量測量上限所對應得差壓。
而k1可由孔板差壓式流量計得滿度條件求得。
從式(3.60)得
qmmax=k1 (3.65)
式中 qmmax——流量測量上限;
——設計狀態下孔板正端取壓口流體密度。
所以
k1=qmmax/
因此,將Kt、 、qmmax和 置入演算器,儀表就能從輸入信號Ai 和f計算qm。
演算器不僅能計算和顯示質量流量,而且能計算和顯示密度 。
將式(3.59)、式(3.63)和式(3.62)聯立解之得
(3.66)
儀表顯示的流體密度值可用成分分析儀器測得的混合氣體組分值,與經下式計算得到的理論密度進行比較,求得示值誤差。
+… (3.67)
式中 ——標準狀態混合氣體密度;
X1…Xm——各組分的含量(V/V);
X1+X2+…+Xm-1+Xm=100%
… n——標準狀態條件下各組分密度。
工作狀態下混合氣體理論密度 f為
f= (3.68)
求得理論密度后,還可用式(3.59)計算理論質量流量,用以校驗儀表的質量流量示值。
這一方法尤其適合流體組分變化頻繁、變化幅度大的對象,但需兩臺流量計,對于管徑較大的對象,投資略大些。所以,對于組分變化不頻繁、變化幅度也不很大的對象,例如天然氣流量測量,可用溫度、壓力補償、再配上組分修正的方法,更可節約投資。
使用這個方法進行組分補償時,選擇幾個變化幅度較大的組分定期用儀器進行分析,并用人工方法修改流量演算器中相應窗口的組分設置值,用新的分析值取代原有的設置值。儀表運行后就可按式(3.67)和式(3.68)計算流體密度,進而計算質量流量或標準狀態體積流量。
智能流量演算器是工業儀表,采用演算器完成上述演算不僅精確度高,可靠性號,而且安裝使用方便。 |