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8.3 氣體壓縮系數對流量測量的影響

(1)問題的提出     有一路來自氨蒸發器的氣態氨,在用渦街流量計測得其工作狀態下體積流量qvf后,要將其換算到標準狀態下的體積流量qvn,并進而計算其質量流量,采用如式(8.12)所示的理想氣態方程是否可行?答案是否定的。

                              (8.12)

 式中     ——工作狀態下氣體絕對溫度、絕對壓力、體積流量;

            ——標準狀態下氣體絕對溫度、絕對壓力、體積流量。

   因為臨界溫度較高臨界壓力較低的氣體,其溫度、壓力、體積三者之間的關系偏離理想氣態方程較嚴重,如果不對這種偏離進行補償,必將引起較大誤差。

   氣體壓縮系數Z就是對這種偏離現象進行修正。例如在渦街流量計中,可用式(8.13)進行修正:

                                                     (8.13)

式中  ——工作狀態下氣體壓縮系數;

* ——標準狀態下氣體壓縮系數;

其余符號的意義同式(8.12)。

(2)壓縮系數的求取    氣體的壓縮系數不僅同該種氣體的臨界溫度、臨界壓力有關,而且同該氣體所處的工況有關,即

            

 式中      Z——氣體在T、 條件下的壓縮系數;

           * ——氣體臨界絕對溫度,K;

           * ——氣體臨界絕對壓力,MPa;

           ——工作狀態氣體絕對溫度,K;

            ——工作狀態氣體絕對壓力,MPa。

工程上常用查圖和計算兩種方法求取Z。而在智能流量二次表中,在已知氣體名稱及溫度、壓力數據后,可用人工查圖的方法求取Z。而在智能流量二次表中,采用計算方法求取Z較方便。

計算壓縮系數Z通常采用R-K方程式(Redlich-Kwong),即

                                        (8.14)

式中       h——中間變量, ;

           * ——對比溫度, ;

            * ——對比壓力, 。

計算步驟如下:先從T和Tc計算Tr,從 計算 ,再令 ,代入式(8.15)得h,再代入式(8.14)得Z計算值,然后將此值再代入式(8.15)并經多次迭代得到精確的Z。

(3)壓縮系數補償在智能二次表中的實施   很多智能流量二次表都有壓縮系數補償功能,儀表中已固化有從 的程序,例如  FC6000型通用流量演算器中Tc存放在第44條菜單中,pc存放在第45條菜單中,儀表人員只須根據氣體名稱從理化手冊中查出相應的Tc和pc,分別寫入第44、45條菜單,并在功能指定窗口指定Z用計算法補償,則儀表運行后就會從Tc、pc、Tn、pn計算Zn,從Tc、pc、Tf、pf計算Zf,并且根據流量傳感器、變送器類型自動計算出標準狀態體積流量以及質量流量(若需計量質量流量,菜單須填入標準狀態氣體密度 )。

(4)差壓式流量計的壓縮系數補償    差壓式流量計的壓縮系數補償是對氣體的工況偏離設計工況后壓縮系數的變化進行補償。補償后的流量q與壓縮系數之間的關系為

                                            (8.16)

式中     ——設計狀態氣體絕對溫度、絕對壓力、壓縮系數;

                    ——未經補償的流量。

在FC6000型流量演算器菜單的第30條和第26條分別填入Td、pd,并按式(8.16)自動進行補償。

壓縮系數補償對乙烯、丙稀、丁烷、乙炔等臨界溫度較高、臨界壓力較低的氣體來說尤為重要。

 

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