0 引言
   天然氣(qi)制氫生産工藝是(shì)以天然氣爲原料(liao)生産氫氣，與水蒸(zheng)汽😍進行重整反應(yīng)，得氫氣産品，然後(hou)通過👅管道輸送給(gei)客🌂戶。氫氣相比其(qí)他氣體，價格偏貴(gui)，因此氫氣計量的(de)準确性不僅關☁️系(xì)着供需雙方進行(hang)公平的貿易結算(suan)，還關系到成🏃🏻‍♂️本控(kong)制，因此整個計量(liang)系統受到各方的(de)高度重視。帶溫壓(yā)補償孔闆流量計(ji)在氫氣㊙️計量中的(de)應用
1 系統方案
   如(ru)圖 1 所示，整個計量(liàng)系統由雙孔闆、 差(chà)壓變送器 、 壓力變(biàn)送器 、 熱電阻 、流量(liang)積算儀組成。孔闆(pan)與差壓變送器組(zu)合采集差壓信号(hào)，壓力變送器采集(ji)壓力信号與熱電(dian)阻采集👨‍❤️‍👨溫度😍信号(hao)組合用于✌️溫壓補(bu)償，經計算後在流(liú)量積💁算儀中顯示(shì)。
   兩塊孔闆可根據(ju)實際生産需要串(chuàn)聯、并聯測量，但同(tong)一💰時刻隻用一塊(kuài)孔闆的數值用于(yu)貿易結算。當🈲在運(yùn)行過程中發現🆚兩(liang)塊孔闆有較大的(de)偏差時，操作人員(yuán)會及時🔴查看曆史(shi)趨勢，根據工藝判(pan)斷查找出有流量(liàng)突的一台，及時送(song)第三方單位進行(háng)檢定。
這種采用雙(shuāng)孔闆的計量方式(shì)，雖然在項目建設(she)初期投入♋費用高(gao)一些，但是如果有(you)偏差出現而未及(jí)♊時進行幹預，會造(zào)成😍很大的經濟損(sǔn)失。

   孔闆原(yuan)理如圖2 所示。根據(jù)伯努利方程，流體(ti)在管道中流動，當(dang)接近阻攔處時，有(you)一部分流體的勢(shì)能轉🔞換成動能，在(zài)孔闆的前入口端(duān)面壓力增加; 當經(jing)過節流元件時，流(liu)體逐漸收縮，流♌速(sù)升高，壓力最小，所(suǒ)以在孔闆🛀🏻上下遊(you)兩側産生壓力差(cha)，流量越大，壓差就(jiù)越大，孔闆⛷️即是通(tōng)過測量壓差來體(ti)現流量大小。其基(ji)本公式如下:


1． 2 溫(wen)壓補償
   由于氣體(tǐ)可以壓縮，随着壓(ya)力、溫度的變化，體(tǐ)積也相🚶‍♀️應🌈地發生(sheng)變化，因此需将工(gong)況下的氣體流量(liàng)換☁️算成标況下的(de)❄️體積🛀🏻流量進行計(ji)量，即标準狀态下(xià) 1 個标準😘物理大氣(qi)壓( 0． 101 325 MPa) 、0 ℃( 273． 15 K) 時的流量，進行(háng)溫壓補償，公式如(ru)下:

1． 3 流量積算儀
   流(liú)量積算儀采用浙(zhe)大中控的 U6-200，IO 模塊能(néng)夠處理多種數💃據(ju)類型，4 ～20 mA、1 ～5 V、歐💚姆、開關量(liang)和脈沖量輸入以(yi)及模拟量、開關量(liàng)輸出等👈，還能夠實(shí)現流量溫壓補償(cháng)及流量的分段計(ji)量。根據合同條款(kuǎn)規定，在程序内設(she)置流量分段值，可(kě)自動生成日報表(biao)、月報表。操🥵作人員(yuan)隻需要選擇要打(da)印的報表日期，及(ji)日報或月報即可(ke)👅，不能人爲進行🈲修(xiū)改任何數據。
2 雙孔(kong)闆安裝和使用
   儀(yi)表的安裝是儀表(biao)運行的重要部分(fèn)，孔闆對安裝的要(yào)求尤其🈲高，它直接(jiē)影響計量的誤差(chà)。雙孔闆的安裝與(yǔ)單個孔闆相比，要(yào)求更加嚴格。
2． 1 孔闆(pǎn)安裝方向
   孔闆上(shang)下端面裝反，流量(liang)會比實際流量低(dī)，在安裝初期應檢(jian)🌏查管道流向，在孔(kǒng)闆上也有 箭頭标(biao)識，箭頭的方向🐉要(yao)與介質流向一緻(zhì)。在取壓口附近标(biao)有💛“+”的一端🌈應與流(liú)體上遊管段連接(jie)，标有“－”的一端應與(yǔ)流體下遊管段連(lián)接。
2． 2 中心線
   孔闆的(de)中心、法蘭中心、管(guǎn)道中心應在同一(yī)軸線上。
2． 3 直管段長(zhǎng)度
   GB / T 2624． 2-2006 表 3( 無流動調整(zheng)器情況下孔闆與(yǔ)管徑之間所需的(de)直管段🏃) 中對不同(tóng)情況下孔闆直管(guǎn)段做了詳細分🏃🏻‍♂️類(lei)，在本項目中，采用(yong)兩塊♉孔闆 A 和B，由于(yú)兩塊孔闆上遊側(cè)存🌈在的阻流件不(bú)同，所以直管段要(yào)求也不相同。
   根據(ju)孔闆計算書得出(chu) β 值爲 0． 375 72，A 孔闆的上遊(yóu)側爲一個全孔球(qiu)閥和一個三通，需(xū)要 12D 的直管段; B 孔闆(pan)的流體質量🔞較差(cha)，在其上遊❄️側有💁一(yī)個截止閥和一個(gè) 90°彎頭，一個三🐪通，共(gòng)需要 28D 的直管段。由(you)于現場安裝空間(jiān)有限，不能滿足 28D 的(de)直管🏃🏻‍♂️段要求，爲了(le)能夠實現較好的(de)‼️流體質量，使測量(liang)滿足精度要求，因(yīn)此在孔闆前面采(cǎi)用整流器。整流器(qì)安裝如圖3 所示，采(cai)用 DANIEL 整流器後，直管(guǎn)段要求從 28D 變成 17D，解(jie)決了現場安🌍裝空(kong)間不足的問題 。

3 計量(liang)系統模式選擇
   雙(shuang)孔闆計量與單孔(kǒng)闆計量的不同是(shì)選擇的檢測元件(jian)🔴數量增📐加一倍，所(suo)以除了需要滿足(zu)精度要求外，成本(ben)及第三方鑒定也(yě)是需要着重考慮(lǜ)的問題。
   計量系統(tǒng)的整個環節沒有(you)人工參與，僅僅是(shì)利用🈲變送器、熱電(dian)阻等相關設備實(shí)時檢測所涉及的(de)各參數，通過預設(she)在流量積🈲算儀軟(ruǎn)件的公式或在 PLC 中(zhōng)編程來計算流量(liàng)。随着技術的發展(zhan)，差壓流量計的♈計(ji)量方法衆多，主要(yao)可分爲以下兩種(zhǒng)模🔆式: 檢測元件+PLC+HMI，檢(jian)測元件+流量積算(suan)儀💔+工控機。
   檢測元(yuán)件可以分爲多參(can)量智能變送器與(yu)單參變送器。多🧑🏾‍🤝‍🧑🏼參(can)量🈲變送器通過一(yi)個檢測器将溫度(dù)，壓力，差壓同時檢(jiǎn)測，并在表頭☎️進行(hang)顯示。一般應用于(yu)沒有分段計量的(de)模式，結算的依據(ju)僅僅是流量的累(lèi)積值，每月約定某(mǒu)一時間甲乙雙方(fāng)共同讀取數值。優(you)點是第三方鑒定(dìng)簡單方便，變送器(qì)可以單獨校💘驗，也(ye)可以随流🏃‍♀️量計一(yi)起校驗; 缺點是變(biàn)送器♈本身沒有存(cún)儲數據的功能，數(shu)據則需要送到 HMI 中(zhong)進行存儲，而且累(lei)積流量需要将通(tong)信協議由 Modbus485 轉換成(cheng) Modbus TCP/IP 後傳🌐輸給HMI，硬件成(chéng)本會相應增加，且(qiě)數據容易丢失。因(yīn)此🔞，在本項目中沒(mei)有采用多參量變(biàn)送器。
3． 1 檢測元件+PLC+工(gōng)控機
   檢測元件将(jiāng)現場壓力、差壓、溫(wen)度等信号送入流(liu)量計 PLC 的 AI 模塊，通🌈過(guo)數據轉換後，在 PLC 内(nei)進行編程後計算(suàn)出氫氣瞬時流量(liang)、累積流量，再通過(guò) HMI 進行顯示。
   這種計(ji)量方式是屬于目(mu)前普遍采用的模(mó)式，由于溫壓補償(chang)😘是由人工在 PLC 中編(biān)程實現，采用簡化(huà)版溫壓補償公式(shì)，有些參數并沒有(you)在公式中體現，這(zhè)些參數會對計量(liàng)精度有🛀一些影響(xiang)。這種模式采用硬(yìng)件較多，人工參與(yu)度❗較大，可靠性相(xiang)對較差，信任度💜較(jiao)低; 并且計量系統(tong)需要第三方進行(háng)鑒定。
3． 2 檢測元件+流(liú)量積算儀+工控機(ji)
   檢測元件采集到(dào)壓力、差壓、溫度後(hòu)，輸入到流量積🍉算(suan)儀數據㊙️采😄集卡，由(yóu)流量積算儀内部(bu)軟件進行溫壓補(bǔ)償後，計算得出氫(qing)氣的瞬時流量、累(lei)積流量等信号。流(liu)量積算🔞儀的計♉算(suan)軟件是固化在其(qi) CPU 中，内部程序無法(fǎ)人工更改，操作人(rén)員隻需在其⚽自帶(dài)的觸摸屏上設置(zhì)✌️相關參數，操作簡(jian)單方便。在流量計(ji)算✂️時，會比在 PLC 人💋工(gong)開發程序精度✏️高(gao)很多，整個系統的(de)可靠性也提高很(hen)多。
   采用流量積算(suàn)儀的優點在于它(tā)除了能夠進行流(liú)📱量計算、溫壓補償(chang)以外，還能夠實現(xian)流量的分段計量(liàng)，自動生成日報表(biao)❓、月報表，減少了在(zai)工控機上人工編(biān)程實現分段計量(liang)所産生的誤差。與(yu)傳統的計量模式(shi)相比較，流量計算(suan)及報表的生成都(dou)是在流量積算儀(yi)上實現的，也避免(miǎn)了在 PLC 上編程，工控(kòng)機上顯示時兩設(shè)備時鍾不同步造(zào)成數據有差異的(de)問題。随着自動化(hua)技術快速發展，流(liú)量積算儀的功能(néng)也日益增強，除了(le)能夠實現流量的(de)相關數據處理外(wài)，還能夠實現簡單(dan)的控制功能，适用(yòng)于需要計量且控(kòng)制回路不多的現(xiàn)場🔆。
4 雙孔闆偏差計(jì)算

如圖4 所(suǒ)示爲孔闆運行曲(qǔ)線，12 h 内平均偏差爲(wei)50．25Nm3，由此可以推算出(chū)🛀一年的偏差約爲(wèi)440 190 Nm3。
由圖 4 可以看出如(ru)果兩塊孔闆偏差(chà)高出實際生産需(xu)求值時，會造成很(hen)大的經濟損失，需(xu)要及時查找原因(yin)📞，解決☂️問題 。
圖 4 流量(liang)曲線圖
5 帶溫壓補(bu)償孔闆流量計的(de)優缺點及應用
5． 1 帶(dài)溫壓補償孔闆流(liú)量計的優點
1) 孔闆(pǎn)結構簡單;
2) 孔闆屬(shu)于标準節流裝置(zhì)，得到國際組織的(de)認
可，可以采用幾(jǐ)何測量法，不需要(yao)實流标定;
3) 孔闆的(de)壓損相對較小;
4) 可(ke)以與不同廠家的(de)變送器配合使用(yong);
5) 兩塊孔闆的優點(dian)在于當發現流量(liang)偏差很大時，能夠(gou)及時👉發現問題 ，避(bi)免了經濟損失。
5． 2 帶(dai)溫壓補償孔闆流(liú)量計的存在的問(wen)題
1) 孔闆的精度在(zai)流量計中屬于中(zhong)等水平，很多因素(sù)都能💛影響其精度(du)，在流量小于其量(liàng)程 30% 時，尤爲突出;
2) 壓(yā)力損失大;
3) 測量範(fan)圍窄，量程比小;
4) 有(you)較長的直管段長(zhang)度要求，要求安裝(zhuang)有足夠的空🐅間㊙️;
5) 孔(kong)闆以内孔銳角線(xian)來保證精度，對于(yu)腐蝕、磨損、結垢、髒(zang)污敏感，長期使用(yòng)精度難以保證，需(xū)每年拆下強檢⛹🏻‍♀️一(yī)次;
6) 采用法蘭連接(jiē)，易産生跑、冒、滴、漏(lòu)問題，大大增加了(le)維護☔工作量;
7) 帶溫(wēn)壓補償孔闆流量(liang)計在計量時需與(yǔ)客戶協商結☂️算方(fāng)法，以⛱️免引起異議(yì);
8) 成本增加，維護量(liàng)增加。
6 總結
由于計(jì)量站一般爲無人(rén)值守站，日常維護(hù)帶來一✂️定的難度(du)，所⭕以在設計計量(liang)方案時要充分考(kǎo)慮操作、維護的簡(jian)要❓性，操作簡單，維(wéi)護方便，而且要非(fēi)常可靠，所以雙孔(kong)闆能夠🔴實現這樣(yang)的目的。帶溫壓補(bu)🐉償孔闆流📱量計在(zai)實際應用中并不(bu)多見，主要其成🔴本(ben)提高而不被廣泛(fàn)采用。但在貿易結(jié)算中，最重要☀️的一(yi)條原則就是保證(zheng)計量精度，無論偏(pian)差是正值🧡還是負(fù)值，對買賣㊙️雙方來(lai)⛹🏻‍♀️說都是不公平的(de)，所以兩塊孔闆偏(piān)差較大時，應及時(shí)分析原因，解🐅決問(wen)題，避免造成雙方(fāng)的經濟損失。雖然(ran)✉️一次性投入成本(běn)較✌️高，但從長期、穩(wen)定的運行♋角度來(lái)考慮，會比單孔闆(pǎn)♈更有效率 。

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