摘(zhāi)要: 孔闆流量(liang)計 是流量檢(jiǎn)測領域較爲(wèi)傳統的方法(fa)，技術成熟，應(ying)用行業廣泛(fàn)，有較高的可(kě)信度，由于目(mù)前制造精度(du)的提高，所以(yi)無論在計🌏量(liang)精✨度、可靠性(xìng)、維修護用等(děng)方✔️面都比其(qi)他計量器具(ju)有其自身的(de)優勢。針對氫(qing)氣📧體的生産(chan)工藝，氫氣🐪計(ji)量的特點，介(jiè)紹雙孔闆流(liú)量計 在氫氣(qi)計量系統中(zhong)的實際應用(yong)情況，闡述了(le)氫氣計量系(xì)統中相關儀(yi)表選型原則(zé)，過孔闆的安(ān)裝及✨日常維(wéi)護方面，運用(yòng)圖表🍓計算分(fèn)析雙孔闆在(zài)計量🚶‍♀️氫氣時(shi)🔞的經濟優勢(shi)和雙孔闆在(zai)運行⁉️中及項(xiàng)目前期投入(ru)上的劣勢;同(tong)時也對計量(liang)相關模式進(jin)行淺析，不同(tóng)計量組合會(hui)對計量精度(dù)、穩定性及成(cheng)本帶來很大(dà)的影響。
0引言(yan)
天然氣制氫(qīng)生産工藝是(shi)以天然氣爲(wei)原料生産氫(qing)氣，與✏️水🈲蒸汽(qi)進行重整反(fan)應，得氫氣産(chǎn)品，然後通過(guò)管道😘輸送給(gei)客🌍戶。氫氣相(xiàng)比其他氣體(ti)，價格偏貴，因(yīn)此氫氣計量(liàng)的準确性☀️不(bú)僅關系着供(gòng)☁️需雙方進行(háng)公平的貿易(yi)結算，還關系(xi)到成本控制(zhi)，因此整個計(jì)量系統受到(dao)各方的高度(dù)重視。
1系統方(fang)案
如圖1所示(shi)，整個計量系(xi)統由雙孔闆(pǎn)、 差壓變送器(qì) 、 壓力變送器(qi) 、 熱電阻 、 流量(liang)積算儀 組成(cheng)。孔闆與差壓(ya)變送器組合(he)采集差壓信(xin)号，壓力變♊送(song)器采集壓力(lì)信号與熱電(diàn)阻采集溫度(dù)信号組合用(yong)于溫壓補償(cháng)，經計算後在(zài)流量積算儀(yí)中顯示。
兩塊(kuài)孔闆可根據(jù)實際生産需(xu)要串聯、并聯(lián)測量，但同一(yī)時刻隻用一(yī)塊孔闆的數(shu)值用于貿易(yì)結算。當💃在運(yùn)行過程中發(fā)現兩塊孔闆(pǎn)有較大的偏(pian)差時，操作人(rén)員會及時查(chá)看曆史趨勢(shì)，根據工藝判(pan)斷查找出有(you)流量突變的(de)一台，及時送(song)第三方單位(wei)進行檢定。
這(zhè)種采用雙孔(kǒng)闆的計量方(fāng)式，雖然在項(xiang)目建設初期(qī)投入☔費用高(gāo)一些，但是如(rú)果有偏差出(chu)現而未及時(shi)進🐉行幹♌預，會(huì)造成🍓很大的(de)經濟損失。

1.1流(liu)量計選型
流(liu)量計采用EMEＲSON公(gong)司的DANIEL品牌孔(kong)闆，孔闆原理(li)如圖2所示。根(gen)據伯努利方(fāng)程，流體在管(guǎn)道中流動，當(dang)接近阻攔處(chù)時♋，有一部分(fen)㊙️流體🤞的勢能(neng)轉換成動能(néng)，在孔闆的前(qián)入口端面壓(yā)力增加;當經(jīng)過節流元件(jiàn)時，流體逐漸(jian)收縮，流速升(shēng)高，壓力最小(xiao)，所以在孔闆(pan)上下遊兩側(ce)産生壓力差(chà)，流量越大，壓(ya)差就越大，孔(kong)闆即是通過(guo)測量壓差來(lái)體現流量大(da)小。其基本公(gong)式如🤟下:

式中(zhōng):Q工爲工況下(xià)體積流量(m3/s);C爲(wèi)流出系數;爲(wei)孔闆直徑🈲與(yǔ)管☎️道内徑之(zhī)比;ε爲膨脹系(xi)數，默認爲1;△P爲(wèi)孔闆前後壓(yā)差(kPa);ρ1爲介質密(mì)度(kg/m3)

1.2溫壓補償(cháng)
由于氣體可(ke)以壓縮，随着(zhe)壓力、溫度的(de)變化，體積也(yě)相應地發生(sheng)變化，因此需(xū)将工況下的(de)氣體流量換(huàn)算成♻️标況下(xia)的💜體積流量(liang)進行計量，即(jí)标準狀态下(xia)💃1個标準物理(lǐ)大氣壓(0.101325MPa)、0℃(273.15K)時的(de)流量，進行溫(wēn)壓補償，公式(shi)如下:

式中:Q實(shi)爲實際測量(liang)流量;Q設爲設(she)計流量;P實爲(wèi)實測壓力;P設(shè)爲設計壓力(li);T實爲實測溫(wen)度;T設爲設計(jì)溫度。
1.3流量積(jī)算儀
流量積(jī)算儀采用浙(zhè)大中控的U6-200，IO模(mo)塊能夠處理(li)多種數據類(lei)型，4～20mA、1～5V、歐姆、開關(guān)量和脈沖量(liang)輸入以及模(mo)拟量、開關🏃‍♀️量(liàng)輸出等，還能(néng)🚩夠實現流量(liang)溫壓補償及(jí)流量☔的分段(duan)計量。根據合(he)同條款規定(ding)，在程序内設(shè)置流量分段(duan)值，可自動生(shēng)👈成日報表、月(yue)報表。操🔴作人(ren)員隻需要選(xuan)擇要打印的(de)報表日期，及(jí)日報或月報(bao)即可，不能人(ren)爲進行修改(gai)任何數據🔴。
2雙(shuāng)孔闆安裝和(hé)使用
儀表的(de)安裝是儀表(biao)運行的重要(yao)部分，孔闆對(dui)安裝的要求(qiu)尤其高，它直(zhi)接影響計量(liàng)的誤差。雙孔(kǒng)闆的安裝與(yu)單個孔闆相(xiàng)比，要求更加(jiā)嚴格。
2.1孔闆安(an)裝方向
孔闆(pǎn)上下端面裝(zhuāng)反，流量會比(bi)實際流量低(dī)，在安裝初期(qi)應檢查管道(dào)流向，在孔闆(pǎn)上也有箭頭(tou)标識，箭頭的(de)方向要與介(jie)質流向一緻(zhi)。在取壓口附(fu)近标有“+”的一(yī)端應與流體(tǐ)上遊⛷️管段連(lián)接，标有“－”的一(yi)端應與流體(ti)下遊管段連(lian)接。
2.2中心線
孔(kǒng)闆的中心、法(fǎ)蘭中心、管道(dào)中心應在同(tong)一軸線上🤩。
2.3直(zhi)管段長度
GB/T2624.2-2006表(biao)3(無流動調整(zhěng)器情況下孔(kǒng)闆與管徑之(zhi)間所需的直(zhi)管段)中對不(bu)同情況下孔(kong)闆直管段做(zuò)了詳細分類(lèi)，采用兩塊孔(kǒng)闆A和B，由于兩(liǎng)塊孔闆上遊(you)側存在的阻(zu)流件不同，所(suo)以直管段要(yào)求也不相同(tóng)。
根據孔闆計(ji)算書得出β值(zhi)爲0.37572，A孔闆的上(shang)遊側爲一個(gè)全孔球閥🐉和(hé)一個三通，需(xu)要12D的直管段(duàn);B孔闆的流體(tǐ)質量較差，在(zai)其上遊🚩側有(you)一個截止閥(fá)和一個90°彎頭(tóu)，一個三通，共(gong)需要28D的直管(guan)段。
由于現場(chǎng)安裝空間有(yǒu)限，不能滿足(zú)28D的直管段要(yào)求，爲了能夠(gòu)實現較好的(de)流體質量，使(shi)測量滿足精(jing)度要求，因此(ci)㊙️在孔闆前面(mian)采用整流器(qi)。整流器安裝(zhuāng)如❌圖3所示，采(cǎi)用DANIEL整✊流器後(hòu)🐇，直管段要求(qiu)從🌏28D變成17D，解決(jué)了現場安裝(zhuang)空間不足🐇的(de)問題。

3計量系(xì)統模式選擇(ze)
雙孔闆計量(liàng)與單孔闆計(ji)量的不同是(shì)選擇的檢測(ce)♉元🥵件數🏃量♻️增(zēng)加一倍，所以(yǐ)除了需要滿(man)足精度要求(qiu)外，成本及💘第(dì)三🏃方鑒定也(yě)是需要着重(zhong)考慮的問題(tí)。
計量系統的(de)整個環節沒(mei)有人工參與(yǔ)，僅僅是利用(yòng)變☎️送器、熱電(diàn)🐪阻等相關設(shè)備實時檢測(ce)所涉及的各(gè)參數，通過預(yù)設在流量積(ji)算儀軟件的(de)公式或在PLC中(zhong)編程來計算(suan)流量。随着技(jì)術的發展，差(chà)壓流量計的(de)計量方法衆(zhong)多，主要可分(fèn)爲以下兩種(zhong)模⭐式:檢測元(yuan)件+PLC+HMI，檢測元件(jiàn)🌈+流量積算儀(yí)+工控機。
檢測(cè)元件可以分(fen)爲多參量智(zhì)能變送器與(yu)單參變送🔴器(qì)。多🈲參量🏃‍♂️變送(sòng)器通過一個(ge)檢測器将溫(wēn)度，壓力㊙️，差壓(ya)同時㊙️檢測，并(bing)在表頭進行(háng)顯示。一般應(ying)用于沒🥰有分(fen)段計量的模(mo)式，結算的依(yī)據僅僅是流(liú)量的累積值(zhí)，每月約定某(mǒu)一時間甲乙(yi)雙方共同讀(du)取數值。優點(diǎn)是第三方鑒(jian)定簡單🌈方便(bian)，變送器可以(yi)單獨校☎️驗，也(yě)可以随流量(liàng)計一起校驗(yan);缺點是變送(sòng)器本身沒有(you)存儲數據的(de)功能，數據則(ze)需要送到HMI中(zhong)進行存儲😄，而(er)且累積流量(liang)需要将通信(xin)協議由💞Modbus485轉換(huàn)成ModbusTCP/IP後傳輸給(gei)HMI，硬件⭕成本會(huì)相應增加，且(qie)數據容易丢(diu)失。
3.1檢測元件(jiàn)+PLC+工控機
檢測(cè)元件将現場(chang)壓力、差壓、溫(wen)度等信号送(sòng)入流量計PLC的(de)👌AI模🤟塊，通過數(shù)據轉換後，在(zai)PLC内進行編程(cheng)後計算出氫(qīng)氣瞬時流量(liang)、累積流量，再(zai)通過HMI進行顯(xiǎn)示。
這種計量(liàng)方式是屬于(yu)目前普遍采(cai)用的模式，由(yóu)于溫壓補償(cháng)是由人工在(zai)PLC中編程實現(xian)，采用簡化版(bǎn)溫🌏壓補㊙️償公(gōng)式，有些參數(shu)并沒有在公(gōng)式中體現，這(zhè)些參數會對(dui)計量精度有(yǒu)一些影響。這(zhè)種模式采用(yòng)硬件較多，人(ren)工參與度較(jiao)大，可靠性相(xiang)對較🙇🏻差，信任(rèn)度💃較低;并且(qie)計量系統需(xū)要第三方進(jìn)行🐪鑒定。
3.2檢測(ce)元件+流量積(ji)算儀+工控機(jī)
檢測元件采(cai)集到壓力、差(cha)壓、溫度後，輸(shu)入到流量積(ji)算儀數據采(cǎi)集卡，由流量(liàng)積算儀内部(bu)軟件進行溫(wen)壓補償後，計(ji)算得出氫氣(qi)的瞬時流量(liang)、累積流量等(deng)信号。
流量積(jī)算儀的計算(suàn)軟件是固化(hua)在其CPU中，内部(bu)程序無法🐅人(rén)工更改，操作(zuò)人員隻需在(zai)其自帶的觸(chù)摸屏上設👌置(zhì)相🙇‍♀️關參數，操(cao)作簡單方便(biàn)。在流量計算(suan)時，會比在PLC人(ren)✉️工開發程序(xu)精度高很多(duo)，整個系統的(de)可靠性也提(tí)高很多。
采用(yòng)流量積算儀(yi)的優點在于(yu)它除了能夠(gou)進行流🏃🏻‍♂️量計(jì)算、溫壓補償(cháng)以外，還能夠(gòu)實現流量的(de)分段計量，自(zi)動生成日報(bao)表、月報表，減(jian)少了在工控(kòng)機上人工編(biān)程實現分段(duan)計量所産生(sheng)的誤差。與傳(chuan)統的計量模(mó)式相比較，流(liu)量🥰計算及報(bào)表的生成都(dōu)是在流量積(jī)算儀上實現(xian)的，也避🌍免了(le)在PLC上編🌈程，工(gōng)控機上顯示(shi)時兩設備時(shi)鍾不同步造(zao)成數據有差(chà)異的問題。
随(sui)着自動化技(jì)術快速發展(zhan)，流量積算儀(yí)的功能也日(ri)👉益增強，除👄了(le)能夠實現流(liu)量的相關數(shu)據處理外，還(hai)能夠實現簡(jian)單的✔️控制功(gong)能，适用于需(xu)要計量且控(kong)制回路不多(duō)的現場。
4雙孔(kǒng)闆偏差計算(suàn)
如圖4所示爲(wei)孔闆運行曲(qǔ)線，12h内平均偏(piān)差爲50.25Nm3，由此可(ke)以🔞推算出一(yi)🐇年的偏差約(yue)爲440190Nm3。
由圖4可以(yǐ)看出如果兩(liǎng)塊孔闆偏差(cha)高出實際生(shēng)産需求值時(shí)，會造成很大(dà)的經濟損失(shi)，需要及時查(chá)找原因，解決(jue)問題。

5雙孔闆(pǎn)流量計的優(you)缺點及應用(yong)
5.1雙孔闆流量(liang)計的優點
1)孔(kǒng)闆結構簡單(dan);
2)孔闆屬于标(biao)準節流裝置(zhì)，得到國際組(zǔ)織的認可，可(kě)以采用幾何(hé)測量法，不需(xū)要實流标定(ding);
3)孔闆的壓損(sun)相對較小;
4)可(ke)以與不同廠(chang)家的變送器(qì)配合使用;
5)兩(liǎng)塊孔闆的優(you)點在于當發(fā)現流量偏差(chà)很大時，能夠(gou)⭕及時發現問(wen)題，避免了經(jīng)濟損失。
5.2雙孔(kong)闆流量計的(de)存在的問題(tí)
1)孔闆的精度(dù)在流量計中(zhōng)屬于中等水(shui)平，很多因素(sù)都能影⁉️響其(qi)精度，在流量(liang)小于其量程(chéng)30%時，尤爲突出(chu)🎯;
2)壓力損失大(da);
3)測量範圍窄(zhai)，量程比小;
4)有(you)較長的直管(guǎn)段長度要求(qiú)，要求安裝有(yǒu)足夠的空間(jian);
5)孔闆以内孔(kǒng)銳角線來保(bǎo)證精度，對于(yu)腐蝕、磨損、結(jié)垢、髒🔞污敏感(gǎn)❓，長期使用精(jīng)度難以保證(zheng)，需每年拆下(xià)強檢一次👌;
6)采(cai)用法蘭連接(jie)，易産生跑、冒(mao)、滴、漏問題，大(dà)大增加了🔱維(wéi)護工作量㊙️;
7)雙(shuāng)孔闆流量計(jì)在計量時需(xu)與客戶協商(shāng)結算方法，以(yi)免引起異議(yì);
8)成本增加，維(wei)護量增加。
6總(zǒng)結
由于計量(liang)站一般爲無(wu)人值守站，日(rì)常維護帶來(lai)一定的難👅度(du)🈚，所以在設計(jì)計量方案時(shí)要充分考慮(lü)操作、維護的(de)簡要性，操📱作(zuò)簡單，維護方(fāng)便，而且要非(fēi)常可靠，所以(yǐ)雙孔闆能夠(gou)實現這樣的(de)目的。
雙孔闆(pan)流量計在實(shi)際應用中并(bing)不多見，主要(yào)其成🧡本提高(gāo)而不被廣泛(fàn)采用。但在貿(mao)易結算中，最(zuì)重要的一條(tiáo)原則就是保(bao)證計量精度(du)，無論偏差是(shi)正值還是負(fù)值，對買賣雙(shuāng)方✏️來說都是(shì)不公平的，所(suo)以兩塊孔闆(pǎn)偏差較大時(shi)，應及時分析(xi)原因，解決問(wen)題，避免造成(cheng)雙方的經濟(ji)損失。雖然一(yī)次性投入成(cheng)本較高，但從(cong)長期、穩定的(de)運行角度來(lai)考慮，會比單(dan)孔闆更有效(xiao)率。

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