0 引(yin)言
   天然氣(qi)制氫生産(chǎn)工藝是以(yǐ)天然氣爲(wei)原料生産(chǎn)氫氣，與水(shuǐ)蒸汽進行(hang)重整反應(ying)，得氫氣産(chan)品，然後通(tong)過㊙️管道輸(shu)送給客戶(hu)。氫氣相比(bǐ)其他氣體(ti)，價格偏貴(guì)，因此氫氣(qì)計量的準(zhun)确性不僅(jin)關系着供(gong)需雙方進(jin)行公平的(de)貿易結算(suàn)，還關系到(dào)成本控制(zhi)，因此整個(gè)計量系統(tǒng)受到各方(fāng)的高度重(zhòng)視。帶溫壓(yā)補償孔闆(pan)流🚶量計在(zai)氫氣計量(liang)中的應用(yòng)
1 系統方案(an)
   如圖 1 所示(shì)，整個計量(liàng)系統由雙(shuāng)孔闆、 差壓(yā)變送器 、 壓(ya)力變送器(qì) 、 熱電阻 、流(liu)量積算儀(yi)組成。孔闆(pan)與差壓變(biàn)送器組合(hé)采集差壓(yā)信号，壓力(lì)變送器采(cai)集壓力信(xin)号與熱電(dian)阻采集溫(wēn)度信号組(zu)合💰用于溫(wēn)壓⚽補償，經(jing)計算後在(zài)流量積算(suan)儀中顯示(shì)。
   兩塊孔闆(pǎn)可根據實(shí)際生産需(xu)要串聯、并(bìng)聯測量，但(dàn)同一時刻(ke)隻用一塊(kuài)孔闆的數(shu)值用于貿(mào)易結算。當(dāng)在運行過(guo)✂️程中發現(xian)兩塊孔闆(pan)有較大的(de)偏差時，操(cao)作人員會(huì)及時查看(kan)曆史趨勢(shi)㊙️，根據工藝(yì)判斷查找(zhǎo)出有流量(liang)🌈突的一台(tái)，及時送第(di)三方單位(wèi)🌈進行檢定(ding)。
這種采用(yong)雙孔闆的(de)計量方式(shì)，雖然在項(xiang)目建設初(chu)期投🥵入費(fei)用高一些(xiē)，但是如果(guǒ)有偏差出(chu)現而未及(jí)👉時進行幹(gàn)預，會造成(chéng)很大的經(jing)濟損失。

   孔闆原(yuán)理如圖2 所(suǒ)示。根據伯(bo)努利方程(chéng)，流體在管(guan)道中🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流動(dong)，當接近阻(zǔ)攔處時，有(you)一部分流(liú)體的勢能(néng)轉🧑🏽‍🤝‍🧑🏻換成動(dong)能‼️，在孔闆(pan)的前入口(kou)端面壓力(lì)增加; 當經(jing)過節流元(yuan)💔件時，流體(tǐ)逐漸收縮(suo)，流速升高(gao)♋，壓力最小(xiǎo)，所以在孔(kong)闆上下遊(yóu)兩側産生(shēng)壓力差，流(liu)量越大，壓(ya)差🥵就越大(dà)，孔闆即是(shì)通過測量(liàng)壓差來體(tǐ)現流量大(da)小🌈。其基本(běn)公式如下(xia):


1． 2 溫壓補償(cháng)
   由于氣體(tǐ)可以壓縮(suō)，随着壓力(lì)、溫度的變(biàn)化，體積也(yě)相😍應地發(fa)生變化，因(yīn)此需将工(gōng)況下的氣(qì)體流量換(huan)算成标況(kuàng)下的體積(jī)流量進行(háng)計量，即标(biao)準狀态下(xià) 1 個标準物(wu)理大氣壓(yā)( 0． 101 325 MPa) 、0 ℃( 273． 15 K) 時的流量(liàng)，進行溫壓(yā)補償，公式(shi)♻️如下:

1． 3 流量(liang)積算儀
   流(liú)量積算儀(yi)采用浙大(dà)中控的 U6-200，IO 模(mo)塊能夠處(chù)理多種數(shu)🔴據類型，4 ～20 mA、1 ～5 V、歐(ōu)姆、開關量(liàng)和脈沖量(liang)輸入以及(jí)模拟量😍、開(kai)關量輸出(chu)等，還能夠(gou)實現流量(liàng)溫壓補償(cháng)及流量的(de)分段計量(liàng)。根據合同(tong)條款規定(ding)，在程📱序内(nèi)設置流量(liàng)分段值，可(kě)自動生成(chéng)日報表✨、月(yuè)報表。操作(zuò)人員隻需(xū)要選擇要(yao)打印的報(bao)表日期，及(jí)日報或月(yue)報即可，不(bú)能人爲進(jin)行修改任(ren)何數據。
2 雙(shuāng)孔闆安裝(zhuāng)和使用
   儀(yí)表的安裝(zhuāng)是儀表運(yùn)行的重要(yao)部分，孔闆(pan)對安裝的(de)要求尤其(qí)高，它直接(jiē)影響計量(liang)的誤差。雙(shuang)孔闆的安(ān)裝與單個(ge)孔闆相比(bǐ)，要🙇🏻求更加(jia)嚴格。
2． 1 孔闆(pǎn)安裝方向(xiang)
   孔闆上下(xia)端面裝反(fan)，流量會比(bǐ)實際流量(liang)低，在安裝(zhuang)初期應檢(jian)查管道流(liu)向，在孔闆(pǎn)上也有 箭(jian)頭标識，箭(jiàn)頭的方向(xiàng)要與介質(zhi)流向一緻(zhi)。在取壓口(kǒu)附近标有(yǒu)“+”的一端🌈應(ying)與流體上(shang)遊管段連(lian)接，标有❗“－”的(de)一端應與(yǔ)流體下遊(you)管段連接(jie)。
2． 2 中心線
   孔(kǒng)闆的中心(xīn)、法蘭中心(xin)、管道中心(xin)應在同一(yī)軸線上。
2． 3 直(zhi)管段長度(dù)
   GB / T 2624． 2-2006 表 3( 無流動(dòng)調整器情(qíng)況下孔闆(pan)與管徑之(zhī)間所需的(de)直管段) 中(zhōng)對不同情(qing)況下孔闆(pan)直管段做(zuò)了詳細分(fèn)類，在本項(xiang)目中☀️，采用(yong)兩塊孔闆(pan) A 和B，由于兩(liang)塊孔闆上(shang)遊側存在(zai)的阻流件(jian)不同，所以(yǐ)直管段要(yào)求也不相(xiang)同。
   根據孔(kǒng)闆計算書(shū)得出 β 值爲(wèi) 0． 375 72，A 孔闆的上(shàng)遊側爲一(yi)個全♌孔球(qiú)🔞閥和🈲一個(ge)三通，需要(yao) 12D 的直管段(duàn); B 孔闆的流(liú)體質量🈲較(jiào)差，在其上(shang)遊側有一(yī)個截止閥(fá)和一個 90°彎(wān)頭，一個三(san)通，共需要(yào) 28D 的直🐆管段(duàn)。由✏️于現場(chang)安裝空間(jian)有限，不能(neng)滿❗足 28D 的直(zhi)管段要求(qiu)，爲了能夠(gòu)實現較好(hǎo)的流體質(zhi)量，使測量(liàng)滿足精度(dù)要求，因此(cǐ)在孔闆前(qian)面采用整(zhěng)流器😍。整流(liú)器安裝如(rú)圖3 所示，采(cai)用 DANIEL 整流器(qi)後，直管段(duan)要求從 28D 變(bian)成 17D，解決了(le)現場安🈲裝(zhuāng)空間不足(zú)的問題 。

3 計量系統(tǒng)模式選擇(ze)
   雙孔闆計(jì)量與單孔(kong)闆計量的(de)不同是選(xuan)擇的檢測(ce)元⭐件數量(liang)💚增加一倍(bèi)，所以除了(le)需要滿足(zú)精度要求(qiu)外，成本及(jí)第三🌈方鑒(jian)定也是需(xū)要着重考(kao)慮的問題(ti)。
   計量系統(tǒng)的整個環(huan)節沒有人(rén)工參與，僅(jǐn)僅是利用(yòng)變送🌈器、熱(re)電㊙️阻等相(xiang)關設備實(shi)時檢測所(suo)涉及的各(ge)🏃🏻‍♂️參數，通過(guò)預設在流(liú)量積算儀(yí)軟件的公(gōng)式或在 PLC 中(zhong)🤩編程來計(ji)算流🔞量。随(sui)着技術的(de)發展，差壓(yā)流量計的(de)計量方法(fa)衆多，主要(yao)可分爲以(yǐ)🙇‍♀️下兩種模(mo)式: 檢測元(yuán)件+PLC+HMI，檢測元(yuán)件+流量積(ji)算儀+工控(kong)機。
   檢測元(yuan)件可以分(fen)爲多參量(liàng)智能變送(song)器與單參(can)變送器。多(duō)參量🎯變送(sòng)器通過一(yī)個檢測器(qì)将溫度，壓(yā)力，差壓同(tong)時檢測，并(bìng)在🏃‍♀️表頭🔴進(jin)行顯示。一(yī)般應用于(yu)沒🐇有分段(duan)計量的模(mo)式，結♊算的(de)依據僅僅(jin)是流量的(de)累積值，每(měi)月約定某(mǒu)一時間甲(jia)乙🤞雙方共(gong)同讀取數(shù)值。優點是(shì)第三方鑒(jiàn)定簡單方(fāng)便，變送器(qì)🚩可以單獨(du)校驗，也可(kě)以随流量(liàng)計一起校(xiào)驗; 缺點是(shi)變送器❓本(běn)身💰沒有存(cún)儲數據的(de)功能，數據(jù)則需要送(song)到 HMI 中進行(hang)存儲，而且(qiě)累積流量(liàng)需🛀🏻要将通(tōng)信協議由(yóu) Modbus485 轉換成 Modbus TCP/IP 後(hou)傳輸給HMI，硬(ying)件成本會(hui)相應增加(jiā)，且數據容(róng)易丢失。因(yīn)此🍓，在本項(xiang)目中沒有(you)采用多🌍參(can)量變送器(qì)。
3． 1 檢測元件(jiàn)+PLC+工控機
   檢(jiǎn)測元件将(jiang)現場壓力(li)、差壓、溫度(du)等信号送(song)入流量計(ji) PLC 的 AI 模塊，通(tong)過數據轉(zhuǎn)換後，在 PLC 内(nei)進行編程(cheng)後計算出(chū)氫氣瞬時(shí)流量、累積(ji)流量，再通(tong)過 HMI 進行顯(xian)示。
   這種計(jì)量方式是(shì)屬于目前(qián)普遍采用(yong)的模式，由(you)于溫壓補(bu)償✔️是‼️由人(ren)工在 PLC 中編(biān)程實現，采(cǎi)用簡化版(ban)溫😄壓補🔅償(cháng)公式，有些(xiē)參❓數并🔞沒(mei)有在公式(shi)中體現，這(zhè)些🌈參數會(huì)對計量精(jing)度有♌一些(xie)影響。這種(zhong)模式采用(yong)硬件較多(duō)，人工參與(yu)度較大，可(kě)靠性相對(dui)較⭐差，信任(ren)度較低; 并(bing)且計🏃‍♀️量系(xì)統需要第(dì)三方進行(háng)鑒定。
3． 2 檢測(ce)元件+流量(liang)積算儀+工(gong)控機
   檢測(cè)元件采集(jí)到壓力、差(chà)壓、溫度後(hòu)，輸入到流(liu)量積算儀(yí)數據采集(ji)卡，由流量(liang)積算儀内(nei)部軟件進(jìn)行溫👨‍❤️‍👨壓補(bu)🔆償後📧，計算(suan)得出氫氣(qi)的瞬時流(liu)量、累積流(liú)量等信号(hào)。流量積算(suan)🙇‍♀️儀的計算(suan)軟件是固(gù)化在其 CPU 中(zhōng)，内部程序(xù)無法人工(gong)更改，操作(zuo)人員隻需(xu)在其自帶(dai)的觸🔞摸屏(ping)上設置相(xiàng)關參數，操(cao)作簡單方(fāng)便。在流量(liang)計算時，會(huì)比在 PLC 人工(gōng)開發程序(xu)精度高很(hěn)多，整個系(xì)統的㊙️可靠(kào)性也🈲提高(gāo)很多。
   采用(yòng)流量積算(suan)儀的優點(dian)在于它除(chú)了能夠進(jin)行流量㊙️計(jì)算♋、溫壓補(bǔ)償以外，還(hai)能夠實現(xian)流量的分(fen)段計量，自(zi)動生成日(ri)報表、月報(bào)表，減少了(le)在工控機(ji)上人工編(bian)程實現分(fèn)段計量所(suo)産生的誤(wu)差。與傳統(tong)的計量模(mo)式相比較(jiào)，流量計算(suàn)及報表的(de)生成都是(shì)在流量積(jī)算儀上實(shi)現的，也避(bì)🤞免了在 PLC 上(shàng)編程，工控(kòng)機上顯示(shì)時兩設備(bèi)時鍾不同(tong)步造成數(shù)據有差異(yi)💃🏻的問題。随(suí)着自🛀🏻動化(hua)技術快速(su)發展，流量(liàng)積算儀的(de)功能也日(ri)益增強，除(chú)了能夠實(shi)現流量的(de)相🈲關數據(jù)處理外，還(hai)能夠實現(xiàn)簡單的控(kòng)制功能，适(shì)用于需要(yào)計量😄且控(kòng)制回路不(bú)多的現場(chang)。
4 雙孔闆偏(pian)差計算

如圖4 所(suo)示爲孔闆(pǎn)運行曲線(xian)，12 h 内平均偏(pian)差爲50．25Nm3，由此(cǐ)可以推算(suan)出♈一年的(de)偏差約爲(wei)440 190 Nm3。
由圖 4 可以(yǐ)看出如果(guo)兩塊孔闆(pǎn)偏差高出(chu)實際生産(chǎn)需🔴求值時(shi)，會😍造成很(hen)大的經濟(ji)損失，需要(yào)及時查找(zhao)📱原因，解決(jué)問題 。
圖 4 流(liu)量曲線圖(tú)
5 帶溫壓補(bu)償孔闆流(liú)量計的優(you)缺點及應(yīng)用
5． 1 帶溫壓(ya)補償孔闆(pǎn)流量計的(de)優點
1) 孔闆(pan)結構簡單(dan);
2) 孔闆屬于(yú)标準節流(liu)裝置，得到(dào)國際組織(zhi)的認
可，可(kě)以采用幾(jǐ)何測量法(fa)，不需要實(shi)流标定;
3) 孔(kǒng)闆的壓損(sun)相對較小(xiǎo);
4) 可以與不(bú)同廠家的(de)變送器配(pèi)合使用;
5) 兩(liang)塊孔闆的(de)優點在于(yu)當發現流(liú)量偏差很(hen)大時，能夠(gòu)及時發現(xiàn)問題 ，避免(mian)了經濟損(sun)失。
5． 2 帶溫壓(yā)補償孔闆(pan)流量計的(de)存在的問(wen)題
1) 孔闆的(de)精度在流(liu)量計中屬(shu)于中等水(shui)平，很多因(yin)素🧡都能🏃影(ying)響其精度(dù)，在流量小(xiao)于其量程(cheng) 30% 時，尤爲突(tū)出;
2) 壓力損(sǔn)失大;
3) 測量(liàng)範圍窄，量(liàng)程比小;
4) 有(you)較長的直(zhi)管段長度(du)要求，要求(qiu)安裝有足(zú)夠的空間(jian)🈲;
5) 孔闆以内(nei)孔銳角線(xian)來保證精(jing)度，對于腐(fǔ)蝕、磨損、結(jie)垢、髒污敏(min)🥰感，長期使(shǐ)用精度難(nán)以保證，需(xu)每年拆下(xià)強檢一次(ci);
6) 采用法蘭(lán)連接，易産(chǎn)生跑、冒、滴(dī)、漏問題，大(dà)大增加了(le)維護工作(zuò)量;
7) 帶溫壓(yā)補償孔闆(pǎn)流量計在(zài)計量時需(xū)與客戶協(xie)商結算方(fāng)法，以👈免引(yǐn)起異議;
8) 成(cheng)本增加，維(wei)護量增加(jia)。
6 總結
由于(yú)計量站一(yī)般爲無人(ren)值守站，日(ri)常維護帶(dai)來一🏒定的(de)難度，所以(yi)在設計計(ji)量方案時(shi)要充分考(kao)慮操作、維(wéi)護的✂️簡要(yao)性，操作簡(jiǎn)單，維護方(fang)便，而且要(yào)非常✏️可靠(kao)，所以雙孔(kǒng)✉️闆能夠實(shí)現這樣的(de)目的。帶溫(wēn)壓補償孔(kong)闆流量計(ji)在實際應(yīng)用中并不(bu)多見🚩，主要(yao)其成😍本提(tí)高而不被(bei)廣泛采用(yong)。但在貿易(yì)結😘算中，最(zui)重要的一(yi)條原則就(jiù)是保證計(ji)量精度，無(wú)論偏差是(shi)正值還是(shì)負值，對買(mǎi)賣雙方來(lái)說都是不(bu)公平的，所(suǒ)以兩塊㊙️孔(kǒng)闆偏差較(jiào)大時，應及(ji)時分析原(yuan)因🐆，解決問(wèn)題，避免造(zao)成雙方的(de)經濟損失(shī)。雖然🔞一次(cì)性投入成(cheng)💞本較⚽高，但(dàn)從長期、穩(wěn)定🛀的運行(háng)角度來考(kǎo)慮，會比單(dan)孔闆⛱️更有(you)效率 。

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