論差壓式流量計(jì)示值修正公式立論基礎(chǔ)

權(quán)正銳

（太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司自動(dòng)化公司，山西 太原 030003）

0 引言

我國(guó)教學(xué)用書、工程技術(shù)手冊(cè)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的“差壓式流量計(jì)示值修正公式”是引自前蘇聯(lián)1958年編寫的“27—54規(guī)程”，其立論基礎(chǔ)為：“為了求得示值修正公式只需在流量基本方程中設(shè)定某差壓值，使密度、壓力、溫度等改變即可求得表列的所有公式（以下簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo)立論基礎(chǔ)）”[1]。

該文[1]所述的國(guó)標(biāo)立論基礎(chǔ)，在實(shí)驗(yàn)室離線條件下是成立的，但是用來(lái)推導(dǎo)在線的實(shí)際流量檢測(cè)示值修正公式，則是個(gè)大誤會(huì)。本文重點(diǎn)說(shuō)明：只要把立論基礎(chǔ)由離線改為在線，摘要中所述國(guó)標(biāo)修正公式中所有問(wèn)題就都迎刃而解了。

1 離線流量基本方程與在線流量基本方程

圖1所示為流量檢測(cè)示值未修正框圖。

如圖1所示，qvw與qmw是檢測(cè)出未經(jīng)修正的工作狀態(tài)體積流量與質(zhì)量流量。這兩個(gè)流量怎么表達(dá)是問(wèn)題的關(guān)鍵。為了簡(jiǎn)便，以下公式中省略了

圖1 流量檢測(cè)示值未修正框圖

1.1 離線流量基本方程

脫離實(shí)際流量檢測(cè)系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)室離線條件下，可以按照國(guó)標(biāo)立論基礎(chǔ)，在流量基本方程式中設(shè)定某差壓值，然后使密度、壓力、溫度等參數(shù)改變。離線流量最基礎(chǔ)的表達(dá)式為

式中：Cw——工作狀態(tài)流出系數(shù)；

εw——工作狀態(tài)氣體可膨脹性系數(shù)；

ΔPd——設(shè)計(jì)狀態(tài)差壓，Pa。式（1）、式（2） 是推導(dǎo)修正公式產(chǎn)生問(wèn)題的最為關(guān)鍵之處[2]。

1.2 在線流量基本方程

在線實(shí)際流量檢測(cè)系統(tǒng)，節(jié)流裝置工作狀態(tài)差壓是隨著各工藝參數(shù)的變化而自動(dòng)生成的，是不可設(shè)定的。所以，在線流量最基礎(chǔ)的表達(dá)式為

式中：Cd——設(shè)計(jì)狀態(tài)流出系數(shù)；

εd——設(shè)計(jì)狀態(tài)氣體可膨脹性系數(shù)。

兩式聯(lián)立可得

式（4）、式（5） 中的ΔPw是在線節(jié)流裝置自動(dòng)生成的工作狀態(tài)差壓，是不可設(shè)定的。Cd、εd、ρd是在設(shè)計(jì)節(jié)流裝置時(shí)計(jì)算出來(lái)的。

比如：用U形管也可以檢測(cè)出qvw與qmw。U形管只接受工作狀態(tài)差壓ΔPw，U形管是不知道Cw、εw、ρw隨機(jī)變化的。

2 國(guó)標(biāo)修正公式推導(dǎo)立論基礎(chǔ)就不能成立

立論基礎(chǔ)是指導(dǎo)原則，而國(guó)標(biāo)示值修正公式問(wèn)題是從哪里開始產(chǎn)生出來(lái)的呢？分析如下。

國(guó)標(biāo)示值修正公式推導(dǎo)是建立在離線表達(dá)式，式（1）、式（2） 基礎(chǔ)上的，因而導(dǎo)出的氣體體積流量與質(zhì)量流量示值修正公式互為倒數(shù)關(guān)系。

正確的示值修正公式推導(dǎo)應(yīng)建立在在線表達(dá)式，式（4）、式（5）的基礎(chǔ)上，因而導(dǎo)出結(jié)果不存在上述互為倒數(shù)關(guān)系。具體推導(dǎo)請(qǐng)參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[3]。

因?yàn)槭剑?）、式（2） 是離線流量基礎(chǔ)表達(dá)式，在線實(shí)際流量檢測(cè)系統(tǒng)中根本就不存在，所以說(shuō)國(guó)標(biāo)示值修正公式推導(dǎo)立論基礎(chǔ)就不能成立。

3 舉例說(shuō)明國(guó)標(biāo)立論基礎(chǔ)不符合質(zhì)量守恒

圖2所示為雙孔板流量檢測(cè)對(duì)比框圖。

如圖2所示，把兩個(gè)加工尺寸完全相同的孔板串聯(lián)安裝在系統(tǒng)阻力前后，設(shè)孔板1處于設(shè)計(jì)狀態(tài)；由于系統(tǒng)阻力造成壓力損失，所以孔板2處于工作狀態(tài)。

若兩孔板設(shè)計(jì)參數(shù)同為800 Nm3/h，對(duì)應(yīng)的差壓同為1 000 Pa。由于PwΔPd，即孔板2差壓偏高。假若管道中流量為600 Nm3/h時(shí)，孔板2生成的工作狀態(tài)差壓也等于1 000 Pa。

圖2 雙孔板流量檢測(cè)對(duì)比框圖

如果按國(guó)標(biāo)立論基礎(chǔ)兩孔板差壓同設(shè)定為1 000 Pa，孔板1流量為800 Nm3/h，而孔板2流量為600 Nm3/h，那么還有200 Nm3/h的流量哪里去了？?jī)煽装宕?lián)并沒(méi)有分流，所以說(shuō)國(guó)標(biāo)立論基礎(chǔ)不符合質(zhì)量守恒定理。

由上述分析可知：修正公式的立論基礎(chǔ)應(yīng)該建立在同一質(zhì)量流量（或Nm3/h），在節(jié)流裝置前后生成的工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)差壓不同的基礎(chǔ)上[2]。所謂的示值修正，其實(shí)就是把檢測(cè)出的工作狀態(tài)差壓換算到相當(dāng)于工作在設(shè)計(jì)條件下[3]。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)條件下所有的流量示值都是準(zhǔn)確的，所以表1中修正1—3三條修正公式可以合并為一條[2]。

式中：qvmd為設(shè)計(jì)狀態(tài)體積流量與質(zhì)量流量，m3/s與kg/s；qvmw為檢測(cè)出未經(jīng)修正的工作狀態(tài)體積流量與質(zhì)量流量,m3/s與kg/s。

因?yàn)槭局敌拚禂?shù)就是式（7） 中差壓比的開方，所以式 （7） 可以寫為式 （8）[3]。

式中：Td——設(shè)計(jì)狀態(tài)絕對(duì)溫度,K；

Tw——工作狀態(tài)絕對(duì)溫度,K；

Zd——設(shè)計(jì)狀態(tài)氣體壓縮系數(shù)；

Zw——工作狀態(tài)氣體壓縮系數(shù)。

4 國(guó)標(biāo)修正公式中僅有一條還算可用

在表1國(guó)標(biāo)GB/T18215.1—2000附錄B差壓式流量計(jì)示值修正公式中，僅最常用的修正1一條公式還算可用。

這條公式根號(hào)內(nèi)的修正方向是正確的，根號(hào)外的ε分子與分母顛倒了[3]。由于在工作條件下ε變化很小，一般不修正，所以這條公式還算可用。除此之外，國(guó)標(biāo)其他修正公式的修正方向都是相反的，越修正示值誤差越大。

表1 GB/T18215.1-2000附錄B差壓式流量計(jì)式值修正公式

應(yīng)當(dāng)說(shuō)明：在示值修正公式表1下面的注2中，規(guī)范的流出系數(shù)C分子分母也顛倒了[3]。也由于在工作中C變化很小，一般不修正，所以沒(méi)有引起關(guān)注。

只要把示值修正公式立論基礎(chǔ)由離線改為在線，國(guó)標(biāo)修正公式中的所有問(wèn)題就都不存在了。

請(qǐng)參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[4]中的3個(gè)經(jīng)典例證。ZL 03 2 18240.6，證書號(hào)為第654876號(hào)。

煤氣流量檢測(cè)受濕度變化影響產(chǎn)生的示值誤差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于壓力、溫度變化產(chǎn)生的示值誤差。用參考文獻(xiàn)[5]中的公式分析太鋼煤氣管網(wǎng)平衡與現(xiàn)場(chǎng)基本吻合，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)是非常有益的。

流量檢測(cè)與控制廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金等各工業(yè)領(lǐng)域中。準(zhǔn)確地進(jìn)行流量檢測(cè)與控制對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、減少環(huán)境污染有著重要意義。為此，期望流量學(xué)術(shù)界，特別是國(guó)際編寫單位能夠給予重視并組織討論，以求得共識(shí)。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于國(guó)標(biāo)在推導(dǎo)修正公式時(shí)，誤把在線的流量檢測(cè)建立在離線的基礎(chǔ)之上，基礎(chǔ)概念的一念之差導(dǎo)致了所有修正公式都存在問(wèn)題。

示值修正公式從前蘇聯(lián)引入我國(guó)已近50年了。不論是教學(xué)用書、工程技術(shù)手冊(cè)、還是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都不應(yīng)該再繼續(xù)延誤下去了。

根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]文中的公式建立的數(shù)學(xué)模型，太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司研發(fā)了“氣體濕度補(bǔ)正流量?jī)x”，于2003年6月13日申請(qǐng)了國(guó)家專利，2004年11月10日得到國(guó)家專利局授權(quán)批準(zhǔn)，專利號(hào)為

［1］ 孫淮清.淺議差壓式流量計(jì)示值修正公式問(wèn)題的應(yīng)用［N/OL］.［中國(guó)流量網(wǎng)：學(xué)術(shù)討論］.［2012-04-13］.http://www.chinaflow.com.cn.

［2］ 權(quán)正銳.差壓式流量計(jì)示值修正公式問(wèn)題出在哪里［J］.力學(xué)與實(shí)踐，2011，33（2）：96-99.

［3］ 權(quán)正銳.差壓式流量計(jì)干氣體流量檢測(cè)示值修正關(guān)系圖［J］.自動(dòng)化儀表，2007，28（4）：19-21.

［4］ 權(quán)正銳.差壓式流量計(jì)示值修正公式討論［J］.力學(xué)與實(shí)踐，2009，31（5）：81-84.

［5］ 權(quán)正銳.差壓式流量計(jì)濕氣體干部分示值修正公式的推導(dǎo)與應(yīng)用［J］.流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)與測(cè)量，2002，21（4）：87-91.