摘(zhai)要: 孔闆流(liu)量計 是流(liu)量檢測領(ling)域較爲傳(chuan)統的方法(fa)，技術成熟(shu)，應用行業(ye)廣泛，有較(jiao)高的可信(xin)度，由于目(mu)前制造精(jing)度的提高(gao)🏃🏻‍♂️，所以⚽無論(lun)在計量精(jing)度、可靠性(xing)、維修護用(yong)等方😍面都(dou)比其他計(ji)量器具有(you)其自身的(de)優勢。針對(dui)氫氣體的(de)生産工藝(yi)，氫氣計量(liang)的特點，介(jie)紹雙孔闆(pan)流量計 在(zai)氫氣計量(liang)系統中的(de)實際應用(yong)情況，闡述(shu)了氫氣計(ji)量系統🌈中(zhong)相關儀表(biao)選型原則(ze)，過孔闆的(de)安裝及日(ri)常維護方(fang)面，運用圖(tu)表計算分(fen)析雙孔闆(pan)在計量氫(qing)氣時的經(jing)濟優勢和(he)雙孔闆在(zai)運行中及(ji)項目前期(qi)投入上的(de)劣勢;同時(shi)也對計量(liang)相關模式(shi)進行淺🔴析(xi)，不同計量(liang)組合會對(dui)計量精度(du)、穩定性及(ji)成本帶🌐來(lai)很大的影(ying)響。
0引言
天(tian)然氣制氫(qing)生産工藝(yi)是以天然(ran)氣爲原料(liao)生産氫氣(qi)，與水蒸汽(qi)👨‍❤️‍👨進行重整(zheng)反應，得氫(qing)氣産品，然(ran)後通過管(guan)道輸送⛷️給(gei)客戶。氫氣(qi)相🏃‍♂️比其他(ta)氣體，價格(ge)偏貴，因🈲此(ci)氫氣計量(liang)的準确性(xing)不僅關系(xi)着供需雙(shuang)方進行公(gong)平的貿易(yi)結算，還關(guan)系到成本(ben)控制，因此(ci)整個計💁量(liang)系統受到(dao)各方的高(gao)度重視。
1系(xi)統方案
如(ru)圖1所示，整(zheng)個計量系(xi)統由雙孔(kong)闆、 差壓變(bian)送器 、 壓力(li)變送器 、 熱(re)電阻 、 流量(liang)積算儀 組(zu)成。孔闆與(yu)差壓變送(song)器組合采(cai)集差壓信(xin)号，壓力變(bian)❓送器🏃‍♂️采集(ji)壓力信号(hao)與熱電阻(zu)采集溫度(du)信号組🈲合(he)用📐于溫壓(ya)補🌂償，經🈲計(ji)算後在流(liu)量積算儀(yi)中顯示。
兩(liang)塊孔闆可(ke)根據實際(ji)生産需要(yao)串聯、并聯(lian)測量，但同(tong)一🛀🏻時刻隻(zhi)用一塊孔(kong)闆的數值(zhi)用于貿易(yi)結算。當在(zai)運行過程(cheng)中發現兩(liang)塊🙇🏻孔闆有(you)較大的偏(pian)差時，操作(zuo)人員會及(ji)時查看曆(li)🌐史趨勢，根(gen)據工🤩藝判(pan)斷查找出(chu)有流量突(tu)變的一🏃台(tai)，及時送第(di)三方單位(wei)進行檢定(ding)。
這種采用(yong)雙孔闆的(de)計量方式(shi)，雖然在項(xiang)目建設初(chu)期投入♌費(fei)用高一些(xie)，但是如果(guo)有偏差出(chu)現而未及(ji)👨‍❤️‍👨時進行幹(gan)預，會造成(cheng)很大的經(jing)濟損失。

1.1流(liu)量計選型(xing)
流量計采(cai)用EMEＲSON公司的(de)DANIEL品牌孔闆(pan)，孔闆原理(li)如圖2所示(shi)🌈。根據伯努(nu)利方程，流(liu)體在管道(dao)中流動，當(dang)接近阻攔(lan)👨‍❤️‍👨處時，有一(yi)部分流體(ti)的勢🤟能轉(zhuan)換成動能(neng)，在孔闆的(de)前入口🍉端(duan)面壓力增(zeng)加;當經過(guo)節流元件(jian)時，流體逐(zhu)漸收縮，流(liu)速升高，壓(ya)力最小，所(suo)以在孔闆(pan)上下遊兩(liang)㊙️側産生壓(ya)力差，流量(liang)越大，壓差(cha)就越大，孔(kong)闆即是通(tong)過測量壓(ya)差來體現(xian)流量大小(xiao)。其基本公(gong)式如下:

式(shi)中:Q工爲工(gong)況下體積(ji)流量(m3/s);C爲流(liu)出系數;爲(wei)孔闆直徑(jing)與管道内(nei)徑之比;ε爲(wei)膨脹系數(shu)，默認爲1;△P爲(wei)孔闆前後(hou)壓🈲差(kPa);ρ1爲介(jie)質密度(kg/m3)

1.2溫(wen)壓補償
由(you)于氣體可(ke)以壓縮，随(sui)着壓力、溫(wen)度的變化(hua)，體積也相(xiang)應地發生(sheng)變化，因此(ci)需将工況(kuang)下的氣體(ti)流量換算(suan)成标況下(xia)的體積流(liu)量進行計(ji)量，即标準(zhun)狀态下1個(ge)标準物理(li)大氣壓(0.101325MPa)、0℃(273.15K)時(shi)的流量，進(jin)行溫壓補(bu)償，公式如(ru)下:

式中:Q實(shi)爲實際測(ce)量流量;Q設(she)爲設計流(liu)量;P實爲實(shi)測壓力;P設(she)爲🌏設計壓(ya)力;T實爲實(shi)測溫度;T設(she)爲設計溫(wen)度。
1.3流量積(ji)算儀
流量(liang)積算儀采(cai)用浙大中(zhong)控的U6-200，IO模塊(kuai)能夠處理(li)多種數據(ju)類💯型，4～20mA、1～5V、歐🚶‍♀️姆(mu)、開關量和(he)脈沖量輸(shu)入以及模(mo)拟量、開關(guan)量輸出等(deng)，還能夠實(shi)現流量溫(wen)壓補償及(ji)流量的分(fen)段計量。根(gen)據合同條(tiao)款規👨‍❤️‍👨定，在(zai)程序内設(she)置流量分(fen)段值，可自(zi)動生成日(ri)報表、月報(bao)表。操作人(ren)員隻需要(yao)選擇要打(da)印的報表(biao)日期，及日(ri)報或月報(bao)即可，不能(neng)人爲進行(hang)修改任何(he)數據。
2雙孔(kong)闆安裝和(he)使用
儀表(biao)的安裝是(shi)儀表運行(hang)的重要部(bu)分，孔闆對(dui)安裝🚶‍♀️的要(yao)求尤其高(gao)，它直接影(ying)響計量的(de)誤差。雙孔(kong)闆的安裝(zhuang)與單個孔(kong)闆相比，要(yao)求更加嚴(yan)格。
2.1孔闆安(an)裝方向
孔(kong)闆上下端(duan)面裝反，流(liu)量會比實(shi)際流量低(di)，在安裝初(chu)期應檢查(cha)管道流向(xiang)，在孔闆上(shang)也有箭頭(tou)标識，箭頭(tou)的方向要(yao)與介質流(liu)向🔞一緻。在(zai)取壓口附(fu)近标有“+”的(de)一端應與(yu)流體上遊(you)✂️管段連接(jie)，标有“－”的一(yi)端應與流(liu)體下遊管(guan)段連接。
2.2中(zhong)心線
孔闆(pan)的中心、法(fa)蘭中心、管(guan)道中心應(ying)在同一軸(zhou)線上。
2.3直管(guan)段長度
GB/T2624.2-2006表(biao)3(無流動調(diao)整器情況(kuang)下孔闆與(yu)管徑之間(jian)所需的直(zhi)管段)中♋對(dui)不同情況(kuang)下孔闆直(zhi)管段做了(le)詳細分類(lei)，采用兩塊(kuai)孔闆A和B，由(you)于兩塊孔(kong)闆上遊側(ce)存在的阻(zu)流件不同(tong)，所以直管(guan)段要求也(ye)不相同。
根(gen)據孔闆計(ji)算書得出(chu)β值爲0.37572，A孔闆(pan)的上遊側(ce)爲一個全(quan)孔球閥和(he)🥵一個三通(tong)，需要12D的直(zhi)管段;B孔闆(pan)的流體質(zhi)量較差，在(zai)其上遊側(ce)有一個截(jie)止閥和一(yi)個90°彎頭，一(yi)個三通，共(gong)需要28D的直(zhi)管段。
由于(yu)現場安裝(zhuang)空間有限(xian)，不能滿足(zu)28D的直管段(duan)要求，爲了(le)能夠實現(xian)較好的流(liu)體質量，使(shi)測量滿足(zu)精度要求(qiu)，因此在孔(kong)闆前面采(cai)用整流器(qi)。整流器安(an)裝如圖3所(suo)示，采用DANIEL整(zheng)流器後，直(zhi)管段要求(qiu)從28D變成17D，解(jie)決了現場(chang)安裝☀️空間(jian)不足💋的問(wen)題。

3計量系(xi)統模式選(xuan)擇
雙孔闆(pan)計量與單(dan)孔闆計量(liang)的不同是(shi)選擇的檢(jian)測元件數(shu)量增🥵加一(yi)倍，所以除(chu)了需要滿(man)足精度要(yao)求外，成本(ben)及第三方(fang)鑒定也👈是(shi)需要着重(zhong)考慮的問(wen)題🔴。
計量系(xi)統的整個(ge)環節沒有(you)人工參與(yu)，僅僅是利(li)用變送器(qi)、熱電阻等(deng)相關設備(bei)實時檢測(ce)所涉及的(de)各參數，通(tong)過預設在(zai)流量積算(suan)儀軟件的(de)公式或在(zai)PLC中🈲編程來(lai)計算流量(liang)。随着技術(shu)的發展，差(cha)⛱️壓流量計(ji)的計量方(fang)法👅衆多，主(zhu)要可分爲(wei)以下兩種(zhong)模式:檢測(ce)元❤️件+PLC+HMI，檢測(ce)元件+流量(liang)積算儀🐕+工(gong)控機。
檢測(ce)元件可以(yi)分爲多參(can)量智能變(bian)送器與單(dan)參變送器(qi)💋。多參量⭐變(bian)送器通過(guo)一個檢測(ce)器将溫度(du)，壓力，差壓(ya)同時檢測(ce)，并在表頭(tou)進行顯示(shi)。一般應用(yong)于沒有分(fen)段計量的(de)模式，結算(suan)的依據僅(jin)僅是流量(liang)的累積值(zhi)，每月約定(ding)某一時間(jian)甲乙雙方(fang)共同讀取(qu)數值。優點(dian)是第三方(fang)鑒定簡單(dan)🌈方便，變送(song)器可以單(dan)獨校🌈驗，也(ye)可以随流(liu)量計一起(qi)校驗;缺點(dian)是變送器(qi)本身沒有(you)存儲數據(ju)的功能，數(shu)據則需要(yao)送到HMI中進(jin)行存🈚儲，而(er)且累積流(liu)量需要将(jiang)通信協議(yi)由Modbus485轉換成(cheng)ModbusTCP/IP後傳輸給(gei)HMI，硬件成本(ben)會相應♋增(zeng)加，且數據(ju)容易丢失(shi)。
3.1檢測元件(jian)+PLC+工控機
檢(jian)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(zhuan)換後，在PLC内(nei)進行編程(cheng)後計算㊙️出(chu)氫氣瞬時(shi)流🐇量、累積(ji)流🔞量，再通(tong)過HMI進行顯(xian)示。
這種計(ji)量方式是(shi)屬于目前(qian)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(bian)程實現，采(cai)用簡化版(ban)溫壓補償(chang)公式，有些(xie)參數并沒(mei)有在公式(shi)中體現，這(zhe)些參數會(hui)對計量精(jing)度有一些(xie)影響。這種(zhong)模式采用(yong)硬件較多(duo)，人工參與(yu)度較大，可(ke)靠性相對(dui)較差，信任(ren)度較低;并(bing)且計量系(xi)統需要🤞第(di)三方進行(hang)鑒定。
3.2檢測(ce)元件+流量(liang)積算儀+工(gong)控機
檢測(ce)元件采集(ji)到壓力、差(cha)壓、溫度後(hou)，輸入到流(liu)量積算㊙️儀(yi)數據采集(ji)卡，由流量(liang)積算儀内(nei)部軟件進(jin)行溫壓補(bu)償後，計算(suan)得出氫氣(qi)的瞬時流(liu)量、累積流(liu)量等信号(hao)。
流量積算(suan)儀的計算(suan)軟件是固(gu)化在其CPU中(zhong)，内部程序(xu)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(xiang)♉關參數，操(cao)作簡單方(fang)便。在流量(liang)計算時，會(hui)比在PLC人🌈工(gong)開發程序(xu)精度高很(hen)多，整個系(xi)統的可靠(kao)性也提高(gao)很多。
采用(yong)流量積算(suan)儀的優點(dian)在于它除(chu)了能夠進(jin)行流量🥰計(ji)算、溫壓補(bu)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(bao)表，減少了(le)在工控機(ji)上人工編(bian)程實現分(fen)段計量所(suo)産生的誤(wu)差。與傳統(tong)的計量模(mo)式相比較(jiao)，流量計算(suan)及報表的(de)生成都是(shi)在流🏃‍♂️量積(ji)算儀上實(shi)現的，也避(bi)💃🏻免了在PLC上(shang)編程，工控(kong)機上💚顯示(shi)時兩設🌈備(bei)時鍾不同(tong)步造成數(shu)據有差異(yi)的問題。
随(sui)着自動化(hua)技術快速(su)發展，流量(liang)積算儀的(de)功能也日(ri)👈益增強🈲，除(chu)了能夠實(shi)現流量的(de)相關數據(ju)處理外，還(hai)能夠實現(xian)簡單的♌控(kong)制功能，适(shi)用于需要(yao)計量且控(kong)制回路不(bu)多的現場(chang)♈。
4雙孔闆偏(pian)差計算
如(ru)圖4所示爲(wei)孔闆運行(hang)曲線，12h内平(ping)均偏差爲(wei)50.25Nm3，由此可以(yi)推算出一(yi)年的偏差(cha)約爲440190Nm3。
由圖(tu)4可以看出(chu)如果兩塊(kuai)孔闆偏差(cha)高出實際(ji)生産需🐆求(qiu)值時，會造(zao)成很大的(de)經濟損失(shi)，需要及時(shi)查找原因(yin)，解決問題(ti)。

5雙孔闆流(liu)量計的優(you)缺點及應(ying)用
5.1雙孔闆(pan)流量計的(de)優點
1)孔闆(pan)結構簡單(dan);
2)孔闆屬于(yu)标準節流(liu)裝置，得到(dao)國際組織(zhi)的認可，可(ke)以采⭐用幾(ji)何測量法(fa)，不需要實(shi)流标定;
3)孔(kong)闆的壓損(sun)相對較小(xiao);
4)可以與不(bu)同廠家的(de)變送器配(pei)合使用;
5)兩(liang)塊孔闆的(de)優點在于(yu)當發現流(liu)量偏差很(hen)大時，能夠(gou)及時發現(xian)問題，避免(mian)了經濟損(sun)失。
5.2雙孔闆(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(du)，在流量小(xiao)于其量程(cheng)30%時，尤爲突(tu)出⚽;
2)壓力損(sun)失大;
3)測量(liang)範圍窄，量(liang)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(zu)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(fu)蝕、磨損、結(jie)垢、髒污敏(min)感，長期使(shi)用精度難(nan)以保證，需(xu)每年拆下(xia)強檢一次(ci);
6)采用法蘭(lan)連接，易産(chan)生跑、冒、滴(di)、漏問題，大(da)大增加了(le)維護🚶‍♀️工作(zuo)量;
7)雙孔闆(pan)流量計在(zai)計量時需(xu)與客戶協(xie)商結算方(fang)法，以👨‍❤️‍👨免引(yin)起異議;
8)成(cheng)本增加，維(wei)護量增加(jia)。
6總結
由于(yu)計量站一(yi)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(wei)護的簡要(yao)性，操作簡(jian)👄單，維護方(fang)便，而且要(yao)非常可靠(kao)，所以雙孔(kong)👌闆能夠實(shi)現這樣的(de)目的。
雙孔(kong)闆流量計(ji)在實際應(ying)用中并不(bu)多見，主要(yao)其成本提(ti)💃高而😘不被(bei)廣泛采用(yong)。但在貿易(yi)結算中，最(zui)重要的一(yi)㊙️條原則就(jiu)是保證計(ji)量精度，無(wu)論偏差是(shi)正值還是(shi)負值，對買(mai)賣雙方來(lai)說都是不(bu)公👈平的，所(suo)以兩塊孔(kong)闆偏差較(jiao)大時，應及(ji)時分析原(yuan)因，解決問(wen)題，避免造(zao)成雙方的(de)經濟損失(shi)。雖然一次(ci)性投入成(cheng)本較高，但(dan)從長期、穩(wen)定的運行(hang)角度來考(kao)慮，會比單(dan)孔闆更有(you)效率。

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