摘要：某冶(ye)煉企業每年用氧(yang)氣量約4億立方米(mi)，流量計量㊙️稍❤️有偏(piān)差，每年可能造成(chéng)上百萬的損失。故(gù)對幾種⛷️可應用于(yu)大口徑管道氣體(tǐ)流量計 進行了對(dui)比分析，發現 平衡(héng)流量計 有良好的(de)正确率和穩定性(xing)，項目最終采用了(le)平衡流量計作爲(wei)貿易計量器具。
國(guo)内冶煉企業配套(tào)空分項目大多是(shi)企業内部運營🔴管(guǎn)理🏃‍♂️。随着❤️制氧技術(shu)的發展和人力物(wu)力成本的上升，冶(ye)煉企業越來越傾(qing)🛀🏻向于将制氧系統(tǒng)通過BOO(Building-Owning-Operation)的方式交給(gei)專業團隊來建設(she)運㊙️營，再通過購買(mǎi)氣體的方式獲得(dé)氧氣，這就涉及到(dào)供氣方與用氣方(fang)之💁間的貿易計量(liàng)。企業正常生産時(shí)對純度爲99．6%的高純(chun)👉氧需量爲47000Nm3/h，最大需(xu)量爲54000Nm3/h，最小需量爲(wèi)10000Nm3/h，氧氣輸送管道通(tōng)徑達1200mm。通過對杭氧(yǎng)等國内空分廠㊙️家(jia)調查發現，其計量(liàng)儀表多采用 标準(zhun)孔闆流量計 ，少量(liàng)采用巴類等均速(sù)管流量計。而法國(guo)液化空氣、德⭕國林(lín)♌德等國外廠家中(zhong)熱式氣體質量流(liú)量計也廣泛🏃‍♀️使用(yòng)☎️，并開始嘗試使用(yòng)新型平衡流量計(jì)用于貿易結算。
　　雖(suī)然巴類流量計采(cai)用的子彈頭截面(mian)傳感器，實驗室測(cè)量精度提高到0．72%，但(dàn)工業現場影響其(qí)測量精度的因素(su)過✍️多，此處隻對标(biao)準孔闆流量計、熱(re)式氣體質量流量(liang)計和平衡流量計(jì)進行比較。
1流量計(ji)的特點
1．1标準孔闆(pǎn)流量計
　　标準孔闆(pǎn)流量計是一種廣(guǎng)泛使用的流量計(jì)，孔闆的特征尺寸(cun)和加工工藝按照(zhào)國家标準GB/T2624．2-2006執行，檢(jian)定按JJG640-2016執行。标準孔(kǒng)闆流量計📱的優點(diǎn)是制造簡單，一般(ban)不需要⭐實流标🥰定(dìng)就可直接投入使(shi)用。缺點較多，标準(zhun)孔闆有一個銳角(jiao)，長期使用存在“銳(rui)角磨損”問題，測量(liàng)精度随時間推移(yí)越來越低。其次🔱計(ji)量院對标準孔闆(pǎn)一般采用物理檢(jiǎn)定，也♉就是測量幾(ji)何☂️尺寸和銳角偏(pian)差，有特殊要求時(shí)才用水進行實流(liú)檢定，測量誤差在(zai)±(1%～5%)之間。同時标準孔(kǒng)闆壓損🔞大☀️，量程比(bi)小(爲3∶1)，安裝要求直(zhi)管段滿足前10D後5D［1］。

　　盡(jin)管标準孔闆有如(ru)此多的缺點，但其(qí)制造、檢定過程均(jun1)按🧑🏾‍🤝‍🧑🏼國家标準執行(háng)，故在貿易計量中(zhōng)仍被大量使用。要(yao)求量程比至少達(da)到6∶1，标準孔闆流量(liàng)計無法滿足使🏃‍♀️用(yòng)要求。
1．2熱式氣體質(zhi)量流量計
　　熱式氣(qì)體質量流量計 是(shì)基于金氏定律的(de)一種插入式流量(liàng)計，适合大管道流(liu)體測量，FCI、Sierra、Kurz這3個品牌(pai)的熱式氣體質量(liàng)流量計已有幾十(shí)年的曆史。熱式氣(qì)體質量流量計理(li)論模型爲:
H=ΔTCpM(1)
式中
Cp———定(dìng)壓比熱容，與氣體(ti)種類有關;
H———加熱電(dian)功率;
M———質量流量;
ΔT———兩(liang)個探頭的溫差。
　　式(shì)(1)可以引出兩種類(lèi)型的産品:恒溫差(chà)型和恒功率🔴型。兩(liang)類傳感器都由兩(liang)個并排的 熱電阻(zǔ) 組成，其中一個普(pǔ)通熱電阻測量管(guǎn)道内氣體的溫度(du)，另🏃一個熱電阻帶(dài)加熱絲由電流進(jin)行加熱，當氣🏃‍♀️體流(liú)經熱電阻，就會有(you)冷卻效應帶走熱(rè)量。由式(1)可知，對于(yú)恒溫差💔型流量計(ji)溫差ΔT恒定，當質量(liang)流量M增㊙️加時，冷卻(què)效應就增加，爲保(bao)持兩個熱電阻的(de)溫差👄恒定所需的(de)🌏加熱功率H增加，而(ér)加在加熱電阻上(shàng)的功率H與質量㊙️流(liú)🏃‍♀️量M成正比，測量🐅功(gong)率H的大小可以計(ji)算出流過管道的(de)🔴氣體質量。對于恒(heng)功率型，加在加熱(re)電阻上的功率H始(shi)終保持恒定，在介(jiè)質靜止時溫差最(zui)大，随着介質流動(dòng)溫差減小，溫差ΔT與(yu)質量流量M成反比(bǐ)，通過測量溫差的(de)🔴變化來獲取流量(liang)的變化［2］。恒溫差型(xing)響應速度快，在流(liu)速低到0．1Nm/s時都能保(bao)持很🐇好的線性，随(sui)着速度增大，精度(du)降低。而恒功率型(xing)适合高速介質，流(liú)速高達400Nm/s以上還可(kě)測量，但💚兩種類型(xing)的熱式流量計對(dui)于導熱性極好的(de)氫氣等介質都不(bu)适用。
熱式氣體質(zhi)量流量計測量的(de)是質量流量，無需(xū)溫壓補償，響應快(kuài)［3］，高性能型号實驗(yàn)室測量誤差爲±0．1%ＲS±0．5%FS，在(zài)要求高精度時多(duo)采用網格法來确(que)認安裝的最佳插(cha)入深度，同時可在(zài)管🐪道同一截面不(bu)同位置安裝多支(zhī)傳感器取平均值(zhí)作爲最終流體流(liú)量，現在FCI某系列的(de)流量🌈計上帶有2～3對(duì)傳感器。
1．3平衡流量(liang)計
　　A+K平衡流量計最(zuì)早是NASA針對航天飛(fei)機的主發動機液(yè)氧測量而發明的(de)一種流量計。它相(xiang)當于一個帶整流(liú)器☔的多孔孔闆，每(mei)個孔的尺寸和分(fen)布基于獨特的公(gōng)式和測試數據定(ding)制，數量一般爲4～26個(gè)，開孔數量、分布及(jí)大小等參數都在(zài)美國👅計算，國内按(an)照計算結果加工(gōng)制作。當流體從多(duō)個孔中流🛀過時，渦(wo)流明❓顯減少，形成(cheng)的是平衡穩定的(de)😍流場，通過取壓裝(zhuāng)置可獲得穩定的(de)壓差信号💞，根據伯(bó)努利方程計算出(chū)🈚體積流量，溫壓補(bu)償🍉後得到最終流(liu)量。常規量程比爲(wèi)10∶1～7∶1，最大可以做到30∶1，無(wú)銳角，可雙向測量(liàng)，永久壓力損失爲(wei)标準孔闆的1/3～1/2，由于(yú)降低了渦流、振動(dong)☎️和信号噪聲，流場(chang)穩定，測量精度比(bǐ)标準孔闆流量計(jì)高5～10倍，穩定性更好(hao)［4］。缺點是爲非标産(chǎn)品。爲保證現場測(ce)量精度和便于計(ji)量院檢定，一般采(cai)用管道式平衡流(liu)量計，質量大，安裝(zhuang)運輸不方便。
2流量(liàng)計檢定
2．1标準孔闆(pan)流量計
　　标準孔闆(pan)流量計的檢定在(zài)第1．1節已提及，此處(chu)不再贅述🆚。
2．2熱式氣(qi)體質量流量計
　　熱(rè)式氣體質量流量(liang)計出廠時要進行(hang)實溫實壓實🥰流标(biāo)定🐇，可溯源到NIST。目前(qián)隻有美國本土有(yǒu)實流标定實驗室(shi)。在國内省級⛷️計量(liàng)院一般進行N2、O2、CO及NO等(deng)接近理想氣體雙(shuang)原子氣體檢定時(shí)，不進行實流檢定(ding)，而是直接用空氣(qi)作爲介質，根據下(xia)式進行計算:
H=ΔTCpM=ΔTCpρVt(2)
式中(zhong)
t———時間;
V———流速;
ρ———密度。
　　根(gen)據式(2)可知測量出(chu)某一時間段t内管(guǎn)道的空氣平✔️均流(liu)速V，得到空氣的質(zhi)量流量，再通過空(kōng)氣和氧氣定壓比(bi)熱容關系換算爲(wèi)👨‍❤️‍👨氧氣的質量流量(liang)。轉換過程中一般(ban)有±1%ＲS±1%FS的誤差。
2．3平衡流(liu)量計
　　平衡流量計(ji)不是标準件，使用(yòng)前需要送至計量(liàng)院對測💜量📱精🎯度和(he)重複性進行檢定(ding)，流通介質爲水，送(sòng)檢前設備🌏廠家會(huì)以氧氣和水的雷(lei)諾數爲橋梁出一(yi)份介質爲水的計(ji)算書，給計量院作(zuò)爲參考。爲避免安(ān)裝過程對測量精(jīng)度造成過大幹擾(rǎo)⭐，選用管道🧑🏾‍🤝‍🧑🏼式平衡(héng)流量計，通徑1200mm，在東(dong)南地區能實流檢(jian)定1000mm以上孔闆的計(jì)量院僅有開封市(shì)的國家水大流量(liàng)計量站和常州市(shì)計量測試技術研(yan)究所🥰，而且檢定周(zhou)期長。
　　檢定過程遵(zūn)照JJG640-2016［5］采用标定流出(chu)系數的方法，流出(chu)系數公👄式爲🛀:

式中(zhōng)
Cij———第i檢定點第j次檢(jiǎn)測的流出系數值(zhi);
D———管道内徑，mm;m———節流面(mian)積比;
(qs)ij———第i檢定點第(dì)j次檢測标準流量(liàng)值，m3/h;
Δpij———第i檢定點第j次(ci)檢測标準壓差值(zhi)，kPa;
ρ1———水的密度，kg/m3。
　　根據式(shi)(3)可知，隻要測出第(dì)i檢定點第j次标準(zhǔn)流量值和第i檢定(ding)✂️點💰第j次壓差值就(jiù)可得到流出系數(shù)，标準流量值可通(tōng)過标準電磁流量(liang)計讀出，壓差值可(ke)通過平衡流量計(jì)上安裝💋的标準差(chà)壓變送器讀出。檢(jiǎn)🤟定過程中🌏選取Qmax、3/4Qmax、1/2Qmax、1/4Qmax、Qmin共(gong)計🐆5個點，每個🐆點測(ce)量4次👉。标準流量值(zhí)和壓差值由計算(suàn)機系統自動采集(jí)，得到平衡流🏃🏻‍♂️量計(jì)的Cij。
各檢測點流出(chū)系數Ci爲:

3對比結論(lun)
　　從功能特點對比(bǐ)3種類型的流量計(jì)可以發現，标準⛹🏻‍♀️孔(kong)闆流量🆚計爲标準(zhun)件，精度不高、重複(fú)性差、價格低，量程(chéng)比3∶1，不能滿📧足目的(de)要求。熱式氣體質(zhi)量流量計量程比(bi)可達100∶1，直接測量氣(qì)體質量流量，無需(xu)溫壓補償，但是對(duì)📧測量氣體組分要(yao)求較高，氣體♋内不(bu)能含♊水，且組分不(bu)能有變化，否則會(hui)嚴重影響測量精(jing)度。同時直管段要(yào)求較高，一般爲前(qián)20D後5D，對于前方有兩(liang)個不同向的彎頭(tou)🤞時，要求前50D後5D。A+K平衡(heng)流量計基于壓🐪差(cha)測量流量原理，可(kě)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼靠性高，量程比在(zài)10∶1左右，重複性和長(zhǎng)期穩定性好，所需(xū)前後直管段短(前(qián)2D後2D)，永⚽久壓🔱損較低(di)，節約能源。但需要(yao)溫壓補償，計量精(jīng)度爲整🌈個系統的(de)精度，價格也随管(guǎn)徑的增大而增大(dà)，大管徑流量計價(jia)格更是成倍🛀🏻增加(jia)。
　　從檢定角度對比(bi)，标準孔闆流量計(ji)一般進行幾何檢(jian)✊定，可信度低。熱式(shì)氣體質量流量計(ji)省級計量院可用(yòng)标流速的方法💯進(jìn)行檢定，拆下檢修(xiū)或标定期🎯間可不(bu)停氣，不影響生産(chan)，但是計量院檢定(ding)誤差較🔞大。A+K平衡流(liu)量計需通♋水進行(hang)檢定，檢定結論可(kě)信度高，但大管徑(jìng)㊙️流量計檢定比較(jiao)困難，東南地區僅(jin)兩🏃家計量院可檢(jian)定。綜上所述，除檢(jian)定困難以外，A+K平衡(héng)流量計更能滿足(zú)企業對計量準确(que)✍️性和長期穩定性(xìng)的需求，加上檢定(dìng)周期爲兩年甚至(zhi)更長，不需要頻繁(fán)檢定。
4結束語
　　兩套(tao)同批次同類型的(de)平衡流量計分别(bié)安裝在供氣㊙️方和(he)用氣方廠區交界(jiè)處，計量院檢定結(jié)果顯示，其中✍️一套(tào)平衡流量計精㊙️确(que)度爲±0．6031%，另一套精度(dù)爲±0．5538%，重複性均優于(yú)0．01%。實際運行過程中(zhong)，兩套流量計最大(da)示值偏差遠低于(yú)1%，優于合同中商定(ding)的允許最大3%的偏(pian)差。

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