混合煤气流量测量中的补偿算法及实现

3 混合煤气流量计量的密度补偿算法

气体的测量要比液体复杂，因为气体是可压缩的。气体状态的变化会引起密度的变化，从以上分析可知密度对节流式流量计有很大影响。通过以上对节流式流量计的误差分析可知，密度和压力差对节流式流量计检测精度的影响都比较大。压力差的测量精度由节流式流量计本身来保证。煤气的密度与温度、压力的变化有很大的关系，因此可通过密度、温度、压力的补偿算法来实现各支管煤气流量的在线补偿。

3.1 密度补偿系统设计方案

采用密度补偿算法的思想是在煤气总管上增加一台精度非常高的基准流量计用以测量总管的煤气流量。由于只需在图1的总管上增加一台基准流量计即可，所以在这里不再另作图表示。根据总管上基准流量计所测煤气流量、总管上节流式流量计所测煤气流量以及支管上节流式流量计所测煤气流量可以推导出流过各支管的煤气实时流量。从而可通过高精度的基准流量计来提高各支管煤气流量的测量精度。高精度的流量计一般情况下市场价格也会较高，所以在这里只在总管上增加一台，以达到即能节约改造成本，又能提高现场流量计检测精度的目的。

在该设计方案中，基准流量计与节流式流量计都以4～20mA标准信号输出煤气流量，计算机系统对这些流量信号进行实时数据采集，然后采用下文所述的补偿算法对各支管的煤气流量进行补偿。

3.2 密度补偿算法

设总管上节流式流量计所测混合煤气流量是Q'V，总管增加的基准流量计所测流量是Q''V，当煤气以密度为ρ1的设计状态流过总管节流式流量计时，总管上的节流装置会产生一个差力压（p1-p2）。因为总管和各支管上节流式流量计都是以设计密度ρ1来计算的，所以总管上节流式流量计所显示的煤气总流量Q'V为：

如果煤气以密度ρ2流过节流式流量计时，总管上的节流装置产生的差力压仍然是（p1-p2），这时，总管上的显示的流量应该是用下面的公式计算出来的流量QV。

即

因为节流式流量计的设计密度是ρ1，，所以总管上的节流式流量计仍以公式（2）来计算混合煤气流量，所以仪表显示的流量还是Q'V。实际上，此时总管上的煤气流量应以公式（3）来计算，即总管上的实际流量应该是QV。（3）式比（2）式可得：

因为我们的设计思想是在总管上增加一台精度非常高的流量计来测量混合煤气总流量，所以可认为总管上基准流量计所测流量即为混合煤气的实际流量，

即

总管在输送煤气的过程中，煤气的状态变化较小，可以认为煤气从总管输送到各支管时煤气密度不变，所以其余12个支管内的煤气密度可认为仍是ρ2。设12只支管上的节流式流量计所测得的混合煤气流量为q'1，q'2，…q'12，各支管相对应的实际流量为q1，q2，…q12，下面以支管1为例介绍密度补偿算法，其余支管补偿方式相同，则根据公式（3）、（4）、（5）可以得到下面的公式：

变换上式可得：

公式（7）中，q'1———支管1上节流式流量计所测得的煤气流量，Q''V-——总管基准流量计所测得的煤气流量总量，Q'V———总管节流式流量计所测得的煤气流量总量，q1———支管1经密度补偿后的煤气流量。采用公式（7）可以实现对所有支管上混合煤气流量的在线密度补偿。

3.3 补偿算法的实现

下图为补偿结果图：

图2 补偿结果图

图中左边为煤气总管及1#到6#煤气支管，右边为空气总管及1#到6#空气支管，下部燃烧室与上部燃烧室类似，图中只截取上部燃烧室画面用以说明。监控画面可实时显示调节阀开度及各支管煤气流量及空气流量。从图中可以看出，当总管基准流量计所测煤气流量为3980m3/h，总管孔板流量计所测煤气流量为4128m3/h，1#支管上的孔板流量计所测煤气流量为297m3/h，那么经补偿后的1#支管的煤气流量就是287m3/h，而2#支管上的节流式流量计所测煤气流量是285m3/h，相应的补偿后的煤气流量为275m3/h，其余支管节流式流量计所测流量及补偿后的煤气流量均可从图2中看出，不再赘述。在现场中，只需将变量与工程中所用总管基准流量计、总管节流式流量计、以及各支管节流式流量计联系起来，就可以实现对各支管流量的补偿，并显示出补偿后的流量。

4 结论

文中未对究竟选用何种流量计作为基准流量计进行说明，各企业可根据自己的实际情况选用合适的仪表。但选用的基准流量计一定要满足两个条件：一是该种流量计一定要适合测混合煤气的流量。二是所选用的基准流量计精度一定要非常高，可近似认为基准流量计所测混合煤气流量即为实际流量，如果用一个和原来节流式流量计的精度相差不多的流量计来进行补偿是没有意义的。本文在分析混合煤气流量计量误差产生原因基础上，提出采用一台高精度的基准流量计检测总管煤气流量以实现对各支管煤气流量进行密度补偿方案，分析并推导出加入基准流量计后混合煤气流量密度及综合补偿算法，应用补偿算法对各个燃烧室的煤气流量进行补偿，以提高混合煤气流量检测精度。只在总管上增加一台高精度的基准流量计可以有效降低系统改造成本。 热式质量流量计相关文章:热式质量流量计原理
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