摘要: 孔闆流量計(ji) 是流量檢測領域(yu)較爲傳統的方法(fa)，技術成熟，應用行(hang)業廣泛💯，有較高的(de)可信度，由于目前(qian)制造精度的提高(gao)，所以無論在計🌐量(liang)精度、可靠性、維修(xiu)護用等方面都比(bi)其他計量器具有(yǒu)其自身的優勢。針(zhen)對氫氣體的生産(chǎn)工藝，氫氣🧑🏽‍🤝‍🧑🏻計量的(de)特點，介紹雙孔闆(pan)流量計 在氫氣計(ji)量系統中的實際(jì)應用情況，闡述了(le)氫氣計量系統🈲中(zhong)相關儀表選型原(yuan)則，過孔闆的安裝(zhuāng)及日常維護方面(miàn)，運用💘圖表計算分(fèn)析雙孔闆在計量(liang)氫氣時的經濟優(you)勢和雙孔闆在運(yun)行中及項目前期(qī)投入上的劣勢;同(tong)時也對計量相關(guan)模式進行淺析，不(bu)同計量組合會對(duì)計㊙️量精度、穩定♋性(xìng)及成本帶來很大(dà)的影響。
0引言
天然(rán)氣制氫生産工藝(yì)是以天然氣爲原(yuán)料生産氫氣，與水(shuǐ)蒸汽🔞進行重整反(fǎn)應，得氫氣産品，然(ran)後通過管道輸送(song)給客戶。氫氣相比(bǐ)其他氣體，價格偏(piān)貴，因💞此氫氣計量(liang)的準确性不僅關(guan)系着供需雙方進(jìn)行公平的貿易結(jie)算，還關系到成本(běn)控制，因此整個計(jì)🐪量系統受到各方(fāng)的高度🔞重視。
1系統(tong)方案
如圖1所示，整(zhěng)個計量系統由雙(shuāng)孔闆、 差壓變送器(qì) 、 壓力變送器 、 熱電(diàn)阻 、 流量積算儀 組(zu)成。孔闆與差壓變(biàn)送器組合采集差(cha)壓信号，壓力變送(sòng)器采🏃‍♀️集壓力信号(hào)與熱電阻采集溫(wēn)度信号組合用于(yú)溫壓補償，經計算(suan)後在流量積算儀(yí)中顯示🏃🏻‍♂️。
兩塊孔闆(pan)可根據實際生産(chan)需要串聯、并聯測(ce)量，但同一時☎️刻隻(zhī)用一塊孔闆的數(shù)值用于貿易結算(suàn)。當在運行過程中(zhong)✉️發現♋兩塊孔闆有(yǒu)較大的偏差時，操(cao)作人員會及時查(cha)看曆史趨勢，根據(ju)工藝判斷查找出(chu)有流量突變的一(yi)台，及時送第三方(fang)單位進行檢🥵定。
這(zhe)種采用雙孔闆的(de)計量方式，雖然在(zai)項目建設初期⭕投(tóu)入費♊用高一些，但(dàn)是如果有偏差出(chū)現而未及時進🐉行(hang)幹☀️預，會造成很大(da)的經濟損失。

1.1流量(liàng)計選型
流量計采(cǎi)用EMEＲSON公司的DANIEL品牌孔(kong)闆，孔闆原理如圖(tu)2所示。根據伯努利(lì)方程，流體在管道(dao)中流動，當接近阻(zǔ)攔💜處時，有一部分(fèn)流體的勢🈲能轉換(huàn)成動能，在孔闆的(de)前入口端面壓🧑🏾‍🤝‍🧑🏼力(lì)增加;當經過⭕節流(liu)元件時，流體逐漸(jian)收縮，流速升高，壓(yā)力最小，所以在孔(kǒng)闆上下遊兩🌈側産(chǎn)生壓力差，流量越(yuè)大，壓差就越大，孔(kong)闆即是通😍過測量(liàng)壓差來體現流量(liang)大小。其基本公式(shi)如👣下:

式中:Q工爲工(gōng)況下體積流量(m3/s);C爲(wèi)流出系數;爲孔闆(pǎn)直徑與管道内徑(jing)之比;ε爲膨脹系數(shu)，默認爲1;△P爲孔闆前(qián)後壓差(kPa);ρ1爲介質密(mì)度(kg/m3)

1.2溫壓補償
由于(yú)氣體可以壓縮，随(suí)着壓力、溫度的變(bian)化，體積也相應地(dì)發✊生變化，因此需(xu)将工況下的氣體(ti)流量換算成标況(kuang)下的體積✏️流量進(jìn)行計量，即标準狀(zhuàng)态下1個标準物理(lǐ)大氣壓(0.101325MPa)、0℃(273.15K)時的流量(liang)⛷️，進行溫壓補償，公(gōng)式如下:

式中:Q實爲(wèi)實際測量流量;Q設(shè)爲設計流量;P實爲(wei)實測☁️壓✊力;P設爲設(she)計壓力;T實爲實測(cè)溫度;T設爲設計溫(wēn)度。
1.3流量積算儀
流(liu)量積算儀采用浙(zhè)大中控的U6-200，IO模塊能(néng)夠處理多種數據(jù)類型，4～20mA、1～5V、歐姆、開關量(liàng)和脈沖量輸入以(yi)及模拟量、開關量(liàng)輸🈲出等，還能夠實(shi)現流量溫壓補償(chang)及流量❗的分段計(ji)量。根據合同條款(kuan)規定，在程序内設(shè)置流量分段值，可(kě)自動生成日報表(biǎo)、月報表。操作人員(yuán)隻📐需要選擇要打(dǎ)印的報表日期，及(jí)日報或月報即可(kě)，不能人爲進行修(xiu)改任何數據。
2雙孔(kong)闆安裝和使用
儀(yi)表的安裝是儀表(biǎo)運行的重要部分(fèn)，孔闆對安裝的要(yao)求尤其高，它直接(jiē)影響計量的誤差(cha)。雙孔闆的安裝與(yu)單個孔🤩闆相比，要(yao)求更加嚴格。
2.1孔闆(pan)安裝方向
孔闆上(shàng)下端面裝反，流量(liàng)會比實際流量低(di)，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(zhi)。在取壓口附近标(biāo)有“+”的一端應與流(liu)🔴體上遊管段連接(jiē)，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(guan)道中心應在同一(yī)軸線上。
2.3直管段長(zhǎng)度
GB/T2624.2-2006表3(無流動調整(zhěng)器情況下孔闆與(yu)管徑之間所需的(de)♈直管段)中對不同(tong)情況下孔闆直管(guan)段做了詳細分㊙️類(lei)，采用兩🔱塊孔闆A和(he)🐆B，由于兩塊孔闆上(shàng)遊側存在的阻流(liu)件🛀不同，所以直管(guan)🍉段要求也不相同(tóng)。
根據孔闆計算書(shu)得出β值爲0.37572，A孔闆的(de)上遊側爲一個全(quan)孔📐球閥和一個三(san)通，需要12D的直管段(duàn);B孔闆的流體質量(liang)較差，在其上遊側(cè)有一個截止閥和(hé)一個90°彎頭，一個三(sān)通，共需要28D的直管(guan)段。
由于現場安裝(zhuang)空間有限，不能滿(man)足28D的直管段要求(qiu)，爲了✔️能夠🐕實現較(jiao)好的流體質量，使(shǐ)測量滿足精度要(yào)求🍉，因此🤩在孔㊙️闆前(qián)面采用整流器。整(zheng)流器安裝如💰圖3所(suo)示，采用DANIEL整✊流器後(hòu)，直管段要求從28D變(bian)成17D，解決了現場安(an)裝空間不足的問(wèn)題。

3計量系統模式(shi)選擇
雙孔闆計量(liàng)與單孔闆計量的(de)不同是選擇的檢(jiǎn)測元件數💋量增加(jiā)一倍，所以除了需(xū)要滿足精度要求(qiu)外，成本及第三🔴方(fang)鑒定也是需要着(zhe)重考慮的問題。
計(ji)量系統的整個環(huán)節沒有人工參與(yu)，僅僅是利用變送(song)器、熱電阻等相關(guan)設備實時檢測所(suo)涉及的各參數，通(tong)過預設在流量積(ji)算儀軟件的公式(shì)或在PLC中編程來⛷️計(ji)算流量。随着技術(shu)的發展，差📐壓流量(liàng)計的計量方法衆(zhōng)多，主要可分爲以(yǐ)下兩種模式:檢測(ce)元件+PLC+HMI，檢測元件+流(liú)量積算儀+工控機(jī)。
檢測元件可以分(fèn)爲多參量智能變(biàn)送器與單參變送(song)器。多參量📐變送器(qì)通過一個檢測器(qì)将溫度，壓力，差壓(ya)同時檢測，并在表(biǎo)頭進行顯示。一般(ban)應用于沒有分段(duàn)🧡計量的模式，結算(suan)的依據僅僅是流(liu)量的累積值，每月(yue)約定某一時間甲(jia)乙雙方共同讀取(qǔ)數值❄️。優點是第三(san)方鑒定簡單方便(bian)，變送器可以單獨(dú)校驗，也可以随❓流(liú)量計一起校驗👣;缺(que)點是變送器本身(shen)沒有存儲數據的(de)功能，數據則需要(yào)送到HMI中進行存儲(chǔ)，而且累積流量需(xū)✉️要将通信協議由(you)Modbus485轉換成ModbusTCP/IP後傳輸給(gei)HMI，硬件成本會相應(yīng)增加，且數據容易(yi)丢失♋。
3.1檢測元件+PLC+工(gong)控機
檢測元件将(jiāng)現場壓力、差壓、溫(wēn)度等信号送入流(liú)量計PLC的AI模🐕塊，通過(guo)數據轉換後，在PLC内(nèi)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(mo)式，由于🧑🏾‍🤝‍🧑🏼溫壓補償(chang)是由人工在PLC中編(biān)程實現，采用簡化(hua)版溫壓補償公💜式(shi)，有些參數并沒有(yǒu)在公式中體現，這(zhe)些參數會👉對計量(liang)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(xiàng)對較差，信任度較(jiào)低;并且計量系統(tǒng)需要💁第三方進行(háng)鑒定。
3.2檢測元件+流(liu)量積算儀+工控機(jī)
檢測元件采集到(dao)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(bù)軟件進行溫壓補(bu)償後，計算得出氫(qīng)氣的瞬時流量、累(lèi)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(fa)人工更改，操作人(rén)員隻需在其自帶(dài)的觸摸屏上設置(zhi)相關參數，操作簡(jiǎn)單方便。在流量計(jì)算時，會比在PLC人工(gōng)開發程序精♌度高(gāo)很多，整個系統的(de)可靠📱性也提高很(hen)多。
采用流量積算(suan)儀的優點在于它(ta)除了能夠進行流(liu)量計算、溫壓補償(chang)以外，還能夠實現(xian)流量的分段計量(liang)，自動生成日報表(biao)、月報表，減少了在(zai)工控機上人工編(bian)程實現分段計量(liàng)所産生的誤差。與(yǔ)傳統的計🎯量模式(shì)相比較，流量計算(suàn)及報表的生成都(dou)是在流量積算儀(yi)上♉實現的，也避免(mian)了在PLC上編程，工控(kong)機上顯示時兩設(she)備時鍾不同步造(zao)成數據有差異的(de)問💃題。
随着自動化(huà)技術快速發展，流(liu)量積算儀的功能(neng)也日益增☁️強，除了(le)能夠實現流量的(de)相關數據處理外(wai)，還能夠實現簡單(dan)的控制功能，适用(yong)于需要計量且控(kong)制回路不多的現(xian)場。
4雙孔闆偏差計(ji)算
如圖4所示爲孔(kong)闆運行曲線，12h内平(ping)均偏差爲50.25Nm3，由此可(kě)以推算出一年的(de)偏差約爲440190Nm3。
由圖4可(kě)以看出如果兩塊(kuài)孔闆偏差高出實(shí)際生産需求值時(shi)，會造成很大的經(jing)濟損失，需要及時(shí)查找原因，解決問(wèn)題。

5雙孔闆流量計(ji)的優缺點及應用(yong)
5.1雙孔闆流量計的(de)優點
1)孔闆結構簡(jian)單;
2)孔闆屬于标準(zhun)節流裝置，得到國(guo)際組織的認可，可(ke)以💘采用幾何測量(liàng)法，不需要實流标(biao)定;
3)孔闆的壓損相(xiàng)對較小;
4)可以與不(bu)同廠家的變送器(qì)配合使用;
5)兩塊孔(kong)闆的優點在于當(dang)發現流量偏差很(hěn)大時，能夠🏃及時發(fa)現問題，避免了經(jing)濟損失。
5.2雙孔闆流(liu)量計的存在的問(wen)題
1)孔闆的精度在(zài)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(liang)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(yǒu)較長的直管段長(zhǎng)度要求，要求安裝(zhuang)有足夠的空間;
5)孔(kǒng)闆以内孔銳角線(xiàn)來保證精度，對于(yu)腐蝕、磨損、結垢❤️、髒(zang)污敏感📐，長期使用(yong)精度難以保證，需(xu)每年拆下強檢一(yī)次;
6)采用法蘭連接(jiē)，易産生跑、冒、滴、漏(lou)問題，大大增加了(le)維護工作量🔞;
7)雙孔(kong)闆流量計在計量(liang)時需與客戶協商(shang)結算方法，以免🔅引(yǐn)起異議;
8)成本增加(jia)，維護量增加。
6總結(jié)
由于計量站一般(ban)爲無人值守站，日(rì)常維護帶來一定(ding)的難度，所以在設(she)計計量方案時要(yao)充分考慮操作、維(wei)護的簡要性，操作(zuo)簡✨單，維護方便，而(er)且要非常可靠，所(suo)🈲以雙孔闆能夠😄實(shí)現這樣的目的。
雙(shuang)孔闆流量計在實(shí)際應用中并不多(duo)見，主要其成本提(tí)高而不被廣泛采(cǎi)用。但在貿易結算(suàn)中，最重要的一條(tiao)原則就是保📱證計(jì)量精度，無論偏差(cha)是正值還是負值(zhí)，對買☎️賣雙方來說(shuō)都🈲是不公平的，所(suǒ)以兩塊孔闆偏差(chà)較大時，應及時分(fèn)析原因，解決問題(tí)，避⛹🏻‍♀️免造成雙方的(de)經濟損失。雖然一(yī)次性投入成本較(jiào)🌂高，但從長期🛀🏻、穩定(ding)的運行角度🔞來考(kao)慮，會比單孔闆更(geng)有效率。

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