摘要：某冶煉(liàn)企業每年用(yòng)氧氣量約4億(yì)立方米，流量(liàng)計量稍有偏(piān)差，每年可能(néng)造成上百萬(wan)的損失。故對(dui)幾種可應用(yong)于大口徑管(guǎn)道氣體流量(liang)計 進行了對(dui)比分析，發現(xian) 平衡流量計(ji) 有良好的正(zheng)确率和穩定(ding)性，項目最終(zhong)采用了平衡(heng)流量計作爲(wei)貿易計量器(qì)具。
國内冶煉(liàn)企業配套空(kōng)分項目大多(duo)是企業内部(bù)運營管理。随(sui)着制氧技術(shu)的發展和人(ren)力物力成本(ben)的上升，冶煉(lian)企業越來越(yuè)傾向于将制(zhi)氧系統通過(guo)BOO(Building-Owning-Operation)的方式交🔞給(gěi)專業團隊來(lai)建設運營，再(zai)通🐉過購買氣(qì)體的方式獲(huò)得氧氣，這就(jiu)涉及到供氣(qì)方與📱用氣方(fāng)之✏️間的貿易(yì)計量。企業正(zhèng)常生産時對(duì)純度爲99．6%的高(gāo)純氧需量爲(wèi)47000Nm3/h，最大需量爲(wèi)54000Nm3/h，最小需量爲(wèi)10000Nm3/h，氧氣輸送管(guan)道通徑達1200mm。通(tōng)🤩過對杭氧等(deng)國内空分廠(chǎng)🌈家調查發現(xian)，其計量儀表(biǎo)多采用 标準(zhun)孔闆流量計(jì) ，少量采用巴(bā)類等均速管(guan)流量計。而法(fǎ)國液化空氣(qì)、德國👌林德等(deng)🚶國外廠家中(zhōng)熱式氣體質(zhì)量流量計也(yě)廣泛使用，并(bing)開始嘗♻️試使(shi)用新型平衡(héng)流量計用于(yú)貿易結算。
　　雖(suī)然巴類流量(liang)計采用的子(zǐ)彈頭截面傳(chuán)感器，實驗室(shi)測❓量精度㊙️提(tí)高到0．72%，但工業(ye)現場影響其(qi)測量精度的(de)因素過多，此(ci)🌐處隻對标準(zhǔn)孔闆流量計(jì)、熱式氣體質(zhi)量流量計和(he)平衡流量計(jì)進行比較。
1流(liú)量計的特點(dian)
1．1标準孔闆流(liu)量計
　　标準孔(kong)闆流量計是(shi)一種廣泛使(shǐ)用的流量計(jì)，孔闆的🐉特征(zhēng)尺寸和加工(gōng)工藝按照國(guó)家标準GB/T2624．2-2006執行(háng)，檢定👨‍❤️‍👨按JJG640-2016執🔅行(hang)。标🈲準孔闆流(liu)量計的優點(diǎn)是制造簡單(dān)，一般不需要(yao)實流标定就(jiù)可直接投入(ru)使用🌍。缺點較(jiào)多，标準孔闆(pan)有一個銳角(jiao)，長期使用存(cun)在“銳角‼️磨損(sun)”問題，測量精(jing)度随時間推(tui)移越🌈來越低(di)。其次計量院(yuan)對标準孔闆(pan)一般采用物(wu)理檢定，也就(jiu)是測量幾何(hé)尺寸和銳角(jiǎo)偏🐕差，有特殊(shū)要求時才用(yòng)水💯進行實流(liú)檢定，測量誤(wù)差在±(1%～5%)之間。同(tóng)☂️時标準孔闆(pǎn)壓損大，量程(chéng)比小(爲3∶1)，安裝(zhuang)要求直管段(duàn)滿足前10D後5D［1］。

　　盡(jin)管标準孔闆(pǎn)有如此多的(de)缺點，但其制(zhì)造、檢定過程(chéng)均按☂️國家标(biāo)準執行，故在(zai)貿易計量中(zhōng)仍被大量使(shi)用。要求💯量程(cheng)比至⚽少達到(dào)6∶1，标準孔闆流(liu)量計無法💯滿(man)足使用要求(qiú)。
1．2熱式氣體質(zhi)量流量計
　　熱(re)式氣體質量(liang)流量計 是基(jī)于金氏定律(lǜ)的一種插入(rù)式流量計，适(shì)合大管道流(liú)體測量，FCI、Sierra、Kurz這3個(ge)品牌的熱式(shì)氣體質量流(liu)量計已有幾(jǐ)十年❄️的曆史(shi)。熱㊙️式氣體質(zhi)量流量計理(lǐ)論模型爲:
H=ΔTCpM(1)
式(shì)中
Cp———定壓比熱(rè)容，與氣體種(zhong)類有關;
H———加熱(rè)電功率;
M———質量(liang)流量;
ΔT———兩個探(tan)頭的溫差。
　　式(shì)(1)可以引出兩(liǎng)種類型的産(chan)品:恒溫差型(xing)和恒功率型(xíng)。兩💋類傳感器(qì)都由兩個并(bìng)排的 熱電阻(zu) 組成，其中一(yi)個普通熱電(dian)阻測量管道(dao)内氣體的溫(wēn)度，另一個熱(rè)🌈電阻帶加熱(rè)絲由電流進(jin)行加熱，當氣(qi)體流經熱👌電(dian)阻，就會有冷(lěng)卻效應帶走(zǒu)熱量。由式(1)可(kě)知，對于恒溫(wen)差型流量計(ji)溫差🧑🏾‍🤝‍🧑🏼ΔT恒定，當(dāng)質量流量M增(zeng)加時，冷卻效(xiao)應就增加，爲(wèi)保持兩個熱(rè)電🔱阻的溫差(chà)恒定所需的(de)加熱功率H增(zēng)📱加，而加在加(jiā)熱電阻上的(de)功率H與質量(liang)流量M成正比(bi)，測量功率H的(de)大小可🌏以計(ji)算出流過管(guǎn)道的氣體質(zhì)量。對于恒🏒功(gong)率型，加在加(jia)熱🤟電阻上的(de)功率H始🚶‍♀️終保(bao)持恒定，在介(jie)質靜止時溫(wen)差最大，随着(zhe)介質流動溫(wen)差減小，溫差(cha)ΔT與質量流量(liang)M成反比，通過(guo)測量溫差的(de)變化來獲取(qu)流量的變化(hua)［2］。恒溫差型響(xiang)應速度快，在(zài)流速低到0．1Nm/s時(shi)都能保持很(hen)✔️好的線性，随(sui)着速度增大(dà)，精度降👉低。而(ér)恒功率型适(shì)合高速介質(zhì)，流速高達400Nm/s以(yi)上還可測量(liang)，但兩種類型(xing)的熱式流量(liàng)計對于導熱(rè)性極好的💃氫(qīng)氣等介質都(dōu)🌂不适用。
熱式(shi)氣體質量流(liú)量計測量的(de)是質量流量(liang)，無需溫壓補(bu)償，響🌈應快［3］，高(gao)性能型号實(shi)驗室測量誤(wu)差爲±0．1%ＲS±0．5%FS，在⭐要求(qiu)高精度時多(duō)采用網格法(fa)來确認安裝(zhuāng)的最佳插入(rù)深度，同時可(kě)在管道同一(yi)截面不同位(wèi)置安裝多支(zhi)傳感器取平(píng)均值作爲最(zui)終流體流♌量(liang)，現在FCI某系列(lie)的流量計上(shàng)帶有2～3對傳感(gan)器。
1．3平衡流量(liang)計
　　A+K平衡流量(liàng)計最早是NASA針(zhēn)對航天飛機(jī)的主發動機(ji)液氧‼️測量而(ér)👣發明的一種(zhǒng)流量計。它相(xiàng)當于一個帶(dài)整流器的多(duō)🌈孔孔闆，每個(ge)孔的尺寸和(hé)分布基于獨(dú)特的公式💃🏻和(he)測試數據定(ding)制，數量一般(ban)爲🐉4～26個，開孔數(shu)量、分布及大(da)🍉小等參數都(dōu)在美國計算(suàn)，國内按照計(jì)算結果加工(gong)制作。當流體(tǐ)從多個孔中(zhōng)流✔️過時，渦流(liú)明顯減少，形(xing)成的是平衡(heng)穩定的😘流場(chang)，通過取壓裝(zhuang)置可獲得穩(wen)定的壓差信(xin)号，根據伯努(nǔ)利方程計算(suan)出🈲體積流量(liàng)，溫壓補償後(hou)得到最終流(liú)量。常規量程(chéng)比爲10∶1～7∶1，最大可(kě)以做到30∶1，無銳(rui)角，可雙向測(cè)量，永久壓力(lì)損👄失爲标準(zhǔn)孔闆的1/3～1/2，由于(yú)降低了渦流(liu)、振動和信号(hào)噪🚶聲，流場穩(wen)定，測量精度(du)比标準孔闆(pǎn)流量計高5～10倍(bei)，穩🌐定性更好(hao)［4］。缺點是爲非(fēi)标産品。爲保(bǎo)證現場測量(liàng)精度和便于(yu)計量院檢定(dìng)，一般采用管(guǎn)道式平衡流(liu)量計，質量大(dà)，安裝運輸不(bú)方便。
2流量計(jì)檢定
2．1标準孔(kong)闆流量計
　　标(biāo)準孔闆流量(liang)計的檢定在(zai)第1．1節已提及(jí)，此處不再贅(zhui)述。
2．2熱式氣體(tǐ)質量流量計(ji)
　　熱式氣體質(zhi)量流量計出(chu)廠時要進行(háng)實溫實壓實(shi)流标✂️定✍️，可溯(sù)源到NIST。目前隻(zhī)有美國本土(tu)有實流标定(dìng)實驗室。在國(guo)内省級計量(liang)院一般進行(háng)N2、O2、CO及NO等接近理(li)想氣體雙原(yuan)子氣體檢定(dìng)時，不進行實(shi)🔴流檢定，而是(shi)直接用空氣(qì)作爲介質，根(gēn)據下式進行(háng)計算:
H=ΔTCpM=ΔTCpρVt(2)
式中
t———時(shi)間;
V———流速;
ρ———密度(dù)。
　　根據式(2)可知(zhī)測量出某一(yī)時間段t内管(guǎn)道的空氣平(ping)均💘流🏃速V，得到(dào)🔞空氣的質量(liang)流量，再通過(guò)空氣和氧氣(qi)定壓比熱🌈容(róng)關系換🔞算爲(wèi)氧氣的質量(liang)流量。轉換過(guo)程中一❄️般有(you)±1%ＲS±1%FS的誤差。
2．3平衡(héng)流量計
　　平衡(héng)流量計不是(shì)标準件，使用(yòng)前需要送至(zhì)計量院對測(ce)量精度和重(zhòng)複性進行檢(jian)定，流通介質(zhì)爲水，送檢前(qian)設備廠家會(huì)以氧氣和水(shui)的雷諾數爲(wèi)橋梁出一份(fen)介質爲水😄的(de)計算書，給計(ji)量院作爲參(cān)考。爲避免安(an)裝過程對測(ce)量精度造成(cheng)過大幹擾，選(xuǎn)用管道式平(píng)衡流量計，通(tōng)徑1200mm，在東南地(dì)區能實流檢(jiǎn)定1000mm以上🔴孔闆(pǎn)的計量👅院僅(jǐn)有開封市的(de)🌍國家水大流(liú)量計量站和(hé)常州市計量(liang)測試技術研(yan)究所，而且檢(jiǎn)定周期長。
　　檢(jiǎn)定過程遵照(zhào)JJG640-2016［5］采用标定流(liu)出系數的方(fāng)法，流出系數(shu)公式爲:

式中(zhong)
Cij———第i檢定點第(di)j次檢測的流(liu)出系數值;
D———管(guan)道内徑，mm;m———節流(liu)面積比;
(qs)ij———第i檢(jian)定點第j次檢(jian)測标準流量(liang)值，m3/h;
Δpij———第i檢定點(dian)第j次檢測标(biāo)準壓差值，kPa;
ρ1———水(shuǐ)的密度，kg/m3。
　　根據(jù)式(3)可知，隻要(yào)測出第i檢定(ding)點第j次标準(zhǔn)流量值和第(dì)i檢定點第j次(cì)壓差值就可(kě)得到流出系(xi)數，标準流量(liàng)值可通過标(biāo)準電磁流量(liàng)計讀出，壓差(cha)值可通過平(píng)衡流量計上(shàng)安裝💰的标準(zhun)差壓變☂️送器(qi)讀出。檢💃定過(guo)程中選取Qmax、3/4Qmax、1/2Qmax、1/4Qmax、Qmin共(gong)計5個點，每個(ge)點測量4次。标(biāo)準流量🐪值和(hé)壓差值🔆由計(ji)算機系統自(zi)動采集，得到(dao)平衡流量計(ji)的Cij。
各檢測點(diǎn)流出系數Ci爲(wei):

3對比結論
　　從(cong)功能特點對(duì)比3種類型的(de)流量計可以(yǐ)發現，标準孔(kǒng)闆流量計爲(wei)标準件，精度(du)不高、重複性(xìng)差、價格低，量(liàng)程比3∶1，不能滿(mǎn)足目的要求(qiu)。熱式氣體質(zhi)量流量計量(liang)程比可達100∶1，直(zhi)接測量氣體(tǐ)質量流量👌，無(wú)需溫壓補償(cháng)，但是對測量(liang)氣體組分要(yao)求較高，氣體(tǐ)内不能含水(shui)，且組分不能(neng)有變化，否則(zé)會嚴重影響(xiǎng)測量精度。同(tong)時直管段要(yao)求較高，一般(bān)爲前20D後5D，對于(yu)前方有兩個(gè)不同向的彎(wān)頭時，要求前(qián)50D後5D。A+K平衡流量(liàng)計基于壓🈲差(cha)測量流量原(yuán)理，可靠性高(gao)，量程比在10∶1左(zuo)右，重複性和(hé)長期穩定性(xìng)好，所需前後(hou)直管段短(前(qian)2D後2D)，永久壓損(sǔn)較低，節約能(neng)源。但需要溫(wen)壓補償，計量(liàng)☎️精度爲整✉️個(ge)系統的精🌍度(du)，價格也随管(guǎn)徑的增大而(er)增大，大管徑(jing)流🐇量計價格(ge)更是成倍增(zēng)加。
　　從檢定角(jiao)度對比，标準(zhun)孔闆流量計(jì)一般進行幾(ji)何檢☂️定，可信(xìn)😘度低。熱式氣(qì)體質量流量(liàng)計省級計量(liang)院可用标流(liú)🔴速的🚶‍♀️方法進(jin)行檢定，拆下(xià)檢修或标定(ding)期間可不停(ting)氣，不影響生(shēng)🤩産，但是💋計量(liàng)院☁️檢定誤差(cha)較大。A+K平衡流(liú)量計需通☂️水(shuǐ)進行檢定，檢(jian)定結💜論可信(xìn)度🛀高，但大管(guan)徑流量計檢(jian)定比較困難(nán)，東南地區僅(jin)兩家計量院(yuan)可🎯檢定。綜上(shàng)所述，除檢定(ding)困難以外，A+K平(píng)衡流量計更(gèng)能滿足企業(ye)對計量準确(que)性和長期穩(wěn)定性的需求(qiú)，加上檢定周(zhou)期爲兩年甚(shen)至更長，不需(xū)要頻繁檢定(ding)。
4結束語
　　兩套(tao)同批次同類(lei)型的平衡流(liu)量計分别安(ān)裝在供氣方(fāng)和用氣🈚方廠(chǎng)區交界處，計(ji)量院檢定結(jié)果顯示，其中(zhōng)🔴一套平衡流(liú)量計精确度(dù)爲±0．6031%，另一套精(jīng)度爲±0．5538%，重複性(xing)均優于0．01%。實際(ji)運行過程中(zhong)，兩套流量計(ji)最大示值偏(piān)差遠低于1%，優(you)于合同中商(shāng)🏃‍♂️定的允許💜最(zui)大3%的偏🧑🏾‍🤝‍🧑🏼差。

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