摘(zhāi)要：供需雙方(fāng)貿易交接計(jì)量以富氫氣(qì)體中的純氫(qīng)量爲準，由于(yu)測量的富氫(qing)氣體中含有(you)飽和水蒸氣(qi)，随💔着溫度的(de)變化，其中💯的(de)水蒸氣與氫(qīng)的體積分數(shù)均會發生變(bian)化，導緻氫的(de)平👅均相對分(fèn)子質量不🔆停(ting)變化，爲測量(liang)帶來困難。針(zhēn)對該問題，對(duì)比分析了 渦(wo)街流量計 方(fang)法、科氏力質(zhì)量流量計方(fāng)法、 孔闆流量(liang)計 方法三種(zhǒng)測量方案，最(zui)後選取孔闆(pǎn)流量計結合(hé)熱導式氫分(fen)析儀測量氫(qīng)的體積分數(shu)，通過在流量(liang)演🌂算器中進(jìn)行密度補償(chang)、幹氣部分計(jì)算、純氫流量(liang)計算，實現了(le)準确測量、數(shu)據可信。
　　某化(huà)工廠從附近(jìn)的氯堿廠輸(shū)入純度爲98％的(de)氫氣，用于生(sheng)産氫體積分(fèn)數φＨ2爲70％～90％的富氫(qīng)氣體，再經1根(gēn)内徑爲468ｍｍ的管(guǎn)道返送回氯(lǜ)堿🔅廠，混合氣(qi)中的水蒸氣(qi)達到飽☂️和狀(zhuang)态，通過熱導(dao)式氫分析儀(yi)測量混合氣(qì)中的氫體積(ji)分數📐，測量範(fàn)圍爲50％～100％。該分析(xī)儀測量出的(de)是幹氣體中(zhōng)的氫體積分(fèn)數，而工藝要(yào)求測量的是(shì)濕氣體🏃‍♂️幹部(bù)分流量，并與(yu)氫體積分數(shù)一起計算純(chun)氫的體積流(liu)量，因此文中(zhōng)所述是一個(gè)變組分氣體(ti)的濕氣🙇🏻體幹(gàn)部分流量測(ce)量✍️問題。
1測量(liang)方案的确定(ding)
1．1渦街流量計(jì)方法
1）該方法(fa)信号處理較(jiao)爲簡單。渦街(jiē)流量計是一(yī)種體🔆積流量(liang)計🐉，即輸出信(xìn)号僅與流過(guo)旋渦發生體(ti)處的流體平(ping)均流速成正(zhèng)比，而與物料(liao)的密度、黏度(dù)等無關。如果(guo)能用渦街流(liu)量計測量某(mou)種氣體的體(tǐ)積流量，則信(xin)号🔞經下面的(de)處理後，就可(kě)得到純氫體(tǐ)積流🚶‍♀️量。
ａ）将濕(shī)氣體中的水(shui)汽量扣除。
B）将(jiāng)濕氣體的幹(gan)部分流量換(huàn)算爲标準狀(zhuàng)态流量。
ｃ）将測(ce)量到的幹氣(qì)體中氫體積(jī)分數值與濕(shī)氣體的⛱️幹部(bù)分體積流量(liàng)相乘，即得到(dao)純氫的體積(jī)流量。
由于測(ce)量對象具有(you)管徑大、流速(sù)低、靜壓低、流(liú)體密度小的(de)特點，用渦街(jiē)流量計測量(liàng)是否可行，須(xū)經分💘析和具(jù)體驗算才可(ke)确定。
2）已知條(tiáo)件。該測量對(duì)象與最低可(kě)測流速有關(guan)的參🐇數包括(kuo)：管道内徑D20＝468ｍｍ，最(zui)高壓力爲70Kpa，常(chang)用壓力爲40Kpa，最(zui)低壓力爲20Kpa，幹(gàn)部分最大體(tǐ)積流⚽量爲1×104ｍ3/ｈ，幹(gàn)部分常用體(ti)積流量爲7×103ｍ3/ｈ，最(zuì)小體積流量(liang)爲2．8×103ｍ3/ｈ，介質溫度(dù)爲21．0～63．5℃（常用50℃），常用(yòng)工況流體密(mi)度ρ1＝0．4138KG/ｍ3。由于工況(kuàng)條件下的💃🏻流(liu)體密度小于(yú)0．5KG/ｍ3，使用😘渦街流(liú)量計☀️測量将(jiang)受到流體密(mì)度的✏️限制，因(yin)此根🈲據上述(shu)數據計算得(dé)到常用工況(kuàng)條件下最小(xiǎo)體積流量對(dui)應的流速爲(wei)3．57ｍ/ｓ。
3）最低可測流(liu)速驗算［1－2］。提供(gòng)了大口徑渦(wō)街流量計最(zuì)低可測👣流速(sù)公式：

式中：ｖ———最(zui)低可測流速(su)，ｍ/ｓ；ρ———流體密度，KG/ｍ3。
将(jiāng)ρ＝0．4138KG/ｍ3代入式（1）得到(dào)最低可測流(liú)速爲8．73ｍ/ｓ，顯然比(bǐ)最小體積流(liú)量對應的最(zui)低流速大得(de)多。
4）縮小管徑(jing)的可行性。縮(suo)徑前後的管(guan)徑與縮徑流(liú)速的關系可(ke)用式（2）計算：

　　式(shì)中：D2———縮小後的(de)管徑，ｍｍ；D1———縮小前(qián)的管徑，ｍｍ；ｖ2———縮小(xiǎo)後的流速，ｍ/ｓ；ｖ1———縮(suo)小前的流🌈速(su)，ｍ/ｓ。
　　将D1＝468ｍｍ，ｖ1＝3．57ｍ/ｓ，ｖ2＝8．73ｍ/ｓ代入式（2），得(de)D2＝299．3ｍｍ，即要選DＮ300渦街(jie)流量計才能(neng)将最小可測(ce)流量覆🧑🏾‍🤝‍🧑🏼蓋，如(ru)果混合氣中(zhōng)的氫體積分(fen)數高于常用(yong)值或流體壓(yā)力低于❄️常用(yòng)值，流體密度(dù)減小時将導(dǎo)緻最小流量(liang)無🈲法測量；而(er)且管道流通(tōng)截面積縮徑(jing)後隻有縮徑(jìng)前的41％，縮徑導(dao)緻流速增高(gāo)，最大流量時(shí)📧的流速高達(da)31ｍ/ｓ，遠高于規程(cheng)規定的安全(quán)流速［3］。因此，渦(wō)街流量計不(bú)💛适用富氫氣(qi)體積🙇🏻流量的(de)測量。
1．2科氏力(lì)質量流量計(ji)方法
　　用科氏(shì)力質量流量(liàng)計直接測量(liang)變組分氣體(tǐ)的質量流🈲量(liàng)，是個既省力(lì)又準确的方(fang)案，但要求被(bei)測氣體靜壓(yā)在👉100Kpa以上，以便(biàn)測量♈管内氣(qì)體達到必要(yào)的流速。但在(zai)該案例☂️中，靜(jing)壓最低時僅(jin)20Kpa，而且流速較(jiao)高，也♍不符合(hé)安全流速的(de)規定。
1．3孔闆流(liú)量計方法
　　隻(zhī)要雷諾數大(dà)于5×103，采用該方(fang)法就能保證(zhèng)測量的精确(que)🔴度，不受下限(xiàn)流速的約束(shu)。但對于組分(fen)變化的氣體(ti)，在溫度、壓力(li)不變的情況(kuàng)下，其密度會(huì)随組分的變(biàn)化而變化，從(cóng)而産生誤差(cha)，爲此必須針(zhen)對組分變化(hua)對測量👣的影(ying)響進行補償(chang)。
2孔闆流量計(jì)方法的實施(shī)

1. 孔闆流量計(ji)基本公式：

孔(kong)闆流量計的(de)基本公式如(rú)式（3）所示［4－6］：

　　式中(zhong)：ｑm———質量流量，kg/s；Ｃ———流(liu)出系數；β———直徑(jing)比，β＝D/D；ε1———節流件正(zhèng)端取壓🐪口平(ping)面上的可膨(péng)脹性系數；D———工(gong)作條件下節(jie)流件的開孔(kǒng)直徑，ｍ；D———管道内(nei)徑，ｍ；ΔP———差壓📞，Pａ；ρ1———節流(liu)件正端取壓(ya)口平面👨‍❤️‍👨上的(de)流體密度，KG/ｍ3。
當(dang)流量用體積(jī)流量表示時(shí)，式（3）轉換爲式(shì)（4）：

式中：ｑＶ———體積流(liu)量，ｍ3/ｓ。
2．2混合氣密(mì)度計算公式(shì)
1）标準狀态下(xia)濕氣體幹部(bu)分的密度ρgn用(yong)式（5）計算［7－8］：

　　式中(zhong)：φｉ———幹部分各組(zǔ)分的體積分(fèn)數，％；ρGｎｉ———幹部分各(ge)組分的👅密度(dù)，KG/ｍ3．
　　由于氫體積(jī)分數較大，該(gāi)案例中隻測(cè)量濕氣體幹(gan)部分🍓中的氫(qīng)體積分數，即(jí)認爲除氫之(zhi)外的幾種其(qí)他氣體的㊙️體(ti)積💚分數恒定(ding)不變，則式（5）簡(jian)化成式（6）：

　　式中(zhong)：φＨ2———氫體積分數(shu)，％；ρＨ2———标準狀态下(xia)的氫氣密度(dù)，KG/ｍ3；ρＮｎ———标準狀态下(xià)氫之外其他(ta)氣體的平均(jun1)密度，KG/ｍ3。
2）工作狀(zhuàng)态下濕氣體(tǐ)幹部分密度(dù)ρG的計算如式(shi)（7）所示㊙️［7－8］：

　　式中：P1———工(gōng)作狀态下差(cha)壓裝置正端(duān)取壓口絕對(duì)壓力，Pａ；1———濕氣體(tǐ)相對濕度，取(qu)1＝100％；Pｓ1ｍａｘ———工作狀态下(xia)飽和水蒸氣(qi)的分壓，Pａ；Pｎ———标準(zhǔn)狀态下氣體(ti)絕對壓力，Pａ；Tｎ，Tｆ———标(biao)準狀态和工(gōng)作狀态下氣(qi)體的熱力學(xue)溫度，K；Zｎ，Zｆ———标準狀(zhuang)态和工作狀(zhuàng)态下氣體的(de)壓👄縮系數，取(qǔ)Zｎ＝Zｆ＝1。其中Pｓ1ｍａｘ由表1查(chá)得.。

3）工作狀态(tài)下濕氣體密(mì)度ρ1的計算如(ru)式（8）所示：

　　式中(zhong)：ｑＶ1———工作狀态下(xia)混合氣幹部(bù)分體積流量(liang)，ｍ3/ｈ；ｑＶｎ———标準狀态下(xià)混⛹🏻‍♀️合氣🏃‍♀️幹部(bù)分體積流量(liàng)，通常由測量(liang)任務書🔴給出(chū)，包括刻度最(zui)大☎️流量💜ｑＶｎｍａｘ，常用(yòng)流量ｑＶｎｃｏｍ和最小(xiao)流量ｑＶｎｍｉｎ，ｍ3/ｈ。
2．4差壓裝(zhuang)置的計算
　　求(qiu)得ｑＶ1和ρ1後，可按(an)GB/T2624—2006設計計算差(cha)壓裝置。
3溫度(du)壓力及ε1的補(bu)償
3．1溫度壓力(lì)補償氫體積(jī)分數的補償(chang)公式
　　氣體溫(wēn)度、壓力偏離(lí)設計值時，氫(qing)體積分數也(ye)會偏✨離設🌍計(ji)值，此時濕氣(qì)體幹部分流(liú)量可用式（11）進(jìn)行補償［10］：

式中(zhong)：帶“′”的物理量(liàng)爲實際使用(yòng)工況條件下(xia)的參數，不🥵帶(dài)“′”的物理量爲(wèi)設計工況所(suo)對應的參數(shu)，在差壓裝置(zhì)計算書中可(kě)以獲得🔆。
式（9）中(zhong)，由于工況變(biàn)化，ρ1已經從式(shì)（8）所表示的值(zhi)變成式（12）所表(biao)示的值：

3．2流量(liàng)示值的可膨(peng)脹性系數補(bǔ)償
　　爲了提高(gao)濕氣體幹部(bu)分流量測量(liàng)的精确度，必(bi)須進行氣體(tǐ)🏃‍♀️可膨脹性系(xì)數（ｅｘPａｎｓｉBｉｌｉTｙ）的補償，并(bing)按GB/T2624—2006中的公式(shì)Ｃ＝ｆ（β，RｅD）進行雷諾數(shù)補償，具體💛操(cao)作🔴方法詳見(jian)參考文獻［10－11］。
3．3補(bu)償公式的實(shí)現
　　式（15）中有一(yī)半的物理量(liàng)是已知的，隻(zhi)需按儀表說(shuō)明書的要求(qiú)填入菜單，其(qí)餘的則是測(ce)量值或計算(suàn)值，具體見表(biǎo)2所列。


3．4結構上(shang)的處理
　　由于(yú)混合氣中的(de)水蒸氣體積(jī)分數總是達(dá)到飽和程度(du)，爲防止冷凝(ning)水在孔闆前(qián)、 三閥組 内、 差(chà)壓變送器 高(gao)低壓室内的(de)聚積對測量(liàng)的精确度産(chǎn)生影響，該項(xiàng)目儀表采用(yong)偏心孔闆，并(bìng)将差壓變送(song)器布置在水(shuǐ)平管道上方(fang)，而且棄用針(zhen)形閥三閥組(zu)，改用不鏽鋼(gang)球閥，從而杜(dù)絕了積水。
　　爲(wei)便于清理差(chà)壓信号導壓(ya)管内可能生(shēng)成的污物㊙️，差(cha)壓裝置采用(yong)徑距取壓方(fāng)法。
4純氫流量(liang)的計算
　　孔闆(pan)流量計經密(mì)度補償測得(dé)的濕氣體幹(gan)部分體積流(liu)量，換算爲标(biāo)準狀态下的(de)體積流量後(hòu)，乘上幹氣體(tǐ)中的💰氫體💞積(ji)分數，就得到(dao)純氫的體積(jī)流量。
5結束語(yu)
1）文中計算是(shi)變組分氣體(tǐ)流量測量問(wèn)題，組分的變(bian)化源自混合(he)氣中氫體積(ji)分數的變化(hua)和氣體溫度(du)⭕變化引起的(de)水🍉汽體積分(fèn)數的變化。介(jie)質溫度冬季(jì)⚽最低達21℃，夏季(ji)最高達63．5℃，水汽(qì)體積分數相(xiang)差9倍之多，因(yīn)此混合氣密(mì)度變化很大(dà)。
2）該案例中采(cai)用熱導式氫(qīng)分析儀測量(liang)氣體幹部分(fen)的氫體積分(fèn)🔴數，并根據氣(qì)體中飽和水(shuǐ)蒸氣壓力與(yǔ)✏️飽和水蒸氣(qi)密度表，扣除(chú)水汽體積分(fèn)數，計算得到(dào)純氫體積流(liú)量。
3）該案例中(zhōng)采用流量演(yan)算器實現各(gè)項計算，由于(yú)使用的是彙(hui)編語言，所以(yǐ)杜絕了病毒(du)的侵擾，運行(háng)安全可靠。
4）該(gāi)案例中的系(xì)統在東北某(mou)化工企業投(tóu)運6ａ以來，運行(hang)可靠，未♻️發生(shēng)過故障。測量(liàng)結果與産品(pin)産量一起計(jì)算☁️得到的氫(qing)單耗☁️不受季(jì)節影響，因此(cǐ)作爲貿易交(jiāo)接手段得到(dao)了雙方認可(ke)，從而解決了(le)經營管理❄️中(zhong)的難題。

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