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进口威力巴流量计计算公式

发布日期:2021-05-28  浏览次数:

  
福克斯进口威力巴流量计测量原理
 1,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(如孔板流量计[7~8])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:
  式中qm——质量流量,kg/h
  K——流量常量
  ρ——介质工况密度,kg/m3
  △p——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化。从计算模型中还可以看出,ρ在方程中同△p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ρ的测量精度与△p相匹配,否则△p精度的提高将会被ρ的精度的降低所抵消。介质密度ρ一般难以直接测得,通常是通过温度、压力、组成计算求得。
 
2、温压补偿方式及数学模型
  结合威力巴流量计计算软件来说明对于各种状态介质ρ的正确补偿[2]及温压补偿在二次仪表中的数学模型。目前在流量计量的二次仪表中,规模比较大的项目一般选用分散控制系统(Distributed Control System,简称DCS)或可编程逻辑控制系统(Programmed Logic Control,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。
 
2.1 气体测量
  FAWKES威力巴流量计在气体测量中常用差压计算标准状(0℃,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Φ219×6,操作压力为5kPa,操作温度为20℃,刻度流量(最大流量,标况)为3000m3/h,标况密度为1.293kg/m3,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0~50℃。
 
2.1.1 DCS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;
 式中qV——标况体积流量,m3/h
 C——流量常量
 pa——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
 T——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:
①只进行压力补偿
将温度(20℃)换算成热力学温度(293.15K)代入式(3),流量公式为:
式中pg——工作状态下的相对压力(即图1中高压区的相对压力),kPa
 
②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:
式中t——工作状态下的温度,℃
 
2.1.2流量积算仪的数学模型
 
① 只进行压力补偿
选择积算仪计算模型:
 式中ρn——介质标况密度,kg/m3
 A1、A2——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+A2pg=℃ (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A1、A2值。
 A1+A2pg,1=ρ1 (8)
 A1+A2pg,2=ρ2 (9)
 查表得知空气在20℃、0kPa时密度为1.189kg/m3;在20℃、25kPa时密度为1.486kg/m3。将这些数据代入式(8)、(9)组成的方程组,解得A1=1.189,A2=0.0119。
 
根据式(6)可知:
 将数据qV=3000m3/h,ρn=1.293kg/m3,A1=1.189,A2=0.0119,pg=5kPa,△p=0.7437 kPa代入式(10),可求得:K=4025.5293。
②同时进行温度、压力补偿
  选择积算仪计算模型:
 式中Tn——标况温度,K,取273.15K
 p0——当地大气绝对压力,kPa
 pn——标准大气压,kPa,取101.32kPa
 
根据式(11)可知:
 将数据qV=3000m3/h,ρn=1.293kg/m3,L=273.15K,pg=5kPa,p0=100kPa,pn=101.32kPa,t=20℃,△p=0.74377kPa代入式(12),可求得:K=4025.3021。http://www.jhlkyb.com/
 
2.2 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Φ219×6,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。
 通过威力巴流量计计算软件可知,差压上限为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150℃,可设定其温度补偿范围为0~300℃。
2.2.1 DCS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:
 将式(14)代入式(13),得:
 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]41。
2.2.2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:
 式中ρb——查表得知的蒸汽密度,kg/m3
根据式(17)可得:
 查表知过热蒸汽在200kPa、150℃时的密度为:ρb=1.57789kg/m3。
 将数据qm=10000kg/h,ρb=1.57789kg/m3,△p=3.92113kPa代入式(18),可得:K=4020.28。
2.3 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Φ219×6,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。
2.3.1 DCS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:
 将式(20)代入式(19),流量公式为:
 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。
2.3.2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:
 
根据公式(22)可得:
 查表知饱和蒸汽在200kPa时的密度:ρb=1.65131kg/m3。
将数据qm=10000kg/h,ρb=1.65131kg/m3,△p=3.74625kPa代入式(23),可得:K=4020.57。
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