解決蒸汽流量測量溫壓補償的要素

為什么需要溫壓補償

蒸汽是一種氣體，物理屬性與溫度和壓力密切相關。具體來說，當蒸汽的溫度升高或壓力降低時，其體積膨脹，體積流量測量值會偏大；反之，當溫度降低或壓力升高時，其體積縮小，體積流量測量值會偏小。

為了確保蒸汽流量測量的準確性，消除這種由于工況變化導致的測量偏差，必須將被測蒸汽的溫度和壓力引入流量測量系統，對蒸汽流量進行溫壓補償。

蒸汽流量測量的溫度壓力自動補償(以下簡稱溫壓補償)，國內 20 世紀六七十年代就已開展這一工作，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。但蒸汽流量溫壓補償基本的原則及應用中的一些問題并沒有變。以下幾點不容忽視!

壓力補償將壓力設定為規定值進行的自動控制叫做壓力補償。大多數流體(尤其是氣體)的密度會隨著工況條件的變化而變化，所以流體的密度要進行壓力補償

◆溫度補償

電子元器件通常都有一定的溫度系數，其輸出信號會隨溫度變化而漂移，稱為“溫漂"，為了減小溫漂，采用一些補償措施在一定程度上抵消或減小其輸出的溫漂，這就是溫度補償。

◆差壓補償

將差壓等被測工藝參數轉換成相應的電氣統一標準信號，然后將此信號送至其他單元以實現對上述工藝參數的自動檢測或自動調節，叫做差壓補償。

測量蒸汽流量時為什么要進行溫度或壓力補償?

按照測量原理來說，我們的流量計實際上只能測量當前工況下流體流過的體積，所以這個情況對我們不適用。我們實際上使用的時候，是想測量流過多少質量的流體。而蒸汽在不同的壓力和溫度下，密度變化很大，所以就要在測量蒸汽流過多少體積的同時要測量壓力和溫度。只有時刻了解蒸汽的密度才可以，準確測量出蒸汽的質量。

所謂補償，就是根據流體的溫度和壓力數據來計算出流體的密度，從而根據測量出來的流體體積，計算出流體質量。至于汽流量補償，如果蒸汽是飽和蒸汽就要進行壓力或者溫度補償(溫度補償和壓力補償可選其一，但壓力補償效果更好，請參閱飽和蒸汽流量測量壓力補償比溫度補償精度高)。如果是過熱蒸汽則要同時進行溫度補償和壓力補償同時進行。

注意一點，在水蒸汽的分類中，飽和蒸汽和過熱蒸汽，千萬不能弄錯，因為飽和蒸汽的密度是高于過熱蒸汽的，在流量積算儀的選擇和設置時一定要注意。-旦在這個地方搞錯，會造成嚴重的經濟損失。當然也有一些渦街流量計，除了接測量流量的裝置外，同時也接有測量溫度和壓力的裝置。

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，可以采取溫壓補償方式來減少測量誤差。溫壓補償的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，也可用流量積算儀或 DCS 自動進行

2、溫壓補償的前置

引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，其流出系數 C、流東線脹系數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，在流量積算儀說明書上都有介紹，可直接選用。但當工參數偏離設計值太多或工況參數波動頻繁且太大時，即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，即通過流量積算儀或DCS 對流出系數 C,流束線脹系數ε、密度p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、溫壓補償措施對兩相流無能為力

在蒸汽流量計量中，當蒸汽壓力增大時其密度增加，蒸汽的工況壓力大于設計壓力時將出現負誤差，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，有時還需要考慮對線脹系數ε的補償。特別要指出的是在溫度、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，這時就又成了氣液兩相流，即使有了補償措施也難于準確測出質量流量來。

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簡化為壓力補償。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兩相流體，就是有了壓力補償措施也難以準確測出質量流量來。

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、認真地設置和調校。對于流量積算儀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，可用下式進行密度修正。

5、蒸汽流量測量中正確對待情況有的廠商夸大了溫壓補償的作用，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。

在電廠同樣還會遇到蒸汽的測量需求：

首先蒸汽流量測量受溫度、壓力的變化而變動，這些不利因素對氣體流量儀表的精確度、重復性造成嚴重影響。

其次蒸汽母管多為DN600mm以上的大口徑管道，采用傳統的差壓流量計進行流量測量引起的壓損大，不節能；而且一旦儀表故障停氣檢修，牽涉面廣，損失大。

因此需要流量儀表高節能、高可靠性和穩定性，同時具有免維護性，從而保障蒸汽的節能降耗和精準貿易計量。

西安三聯測控加強型均速管流量計采用的實心對稱的流量元件和自動補償的多參數變送器能夠非常好地解決了上面提到的大口徑流量測量上的全部問題。