0 引言(yan)
   天然氣制(zhi)氫生産工(gong)藝是以天(tian)然氣爲原(yuan)料生産氫(qing)氣，與水蒸(zheng)汽進行重(zhong)整反應，得(de)氫氣産品(pin)，然後通過(guo)管道輸送(song)給客戶。氫(qing)☔氣相比其(qi)他氣體，價(jia)格偏貴，因(yin)此氫氣計(ji)量的🤩準确(que)性不僅關(guan)系着供需(xu)雙方進行(hang)公平的貿(mao)易結算，還(hai)關系到成(cheng)本控制，因(yin)此整個計(ji)量系統受(shou)到各方的(de)高度重視(shi)。帶溫壓🔴補(bu)償孔闆流(liu)量計在氫(qing)氣🔅計量中(zhong)的應用
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)的一台，及(ji)時送第三(san)方單位進(jin)行檢定🈚。
這(zhe)種采用雙(shuang)孔闆的計(ji)量方式，雖(sui)然在項目(mu)建設初期(qi)投入費🌈用(yong)高一些，但(dan)是如果有(you)偏差出現(xian)而未及👈時(shi)進行幹預(yu)，會造成很(hen)大的經濟(ji)損失。

   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:


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． 101 325 MPa) 、0 ℃( 273． 15 K) 時(shi)✔️的流量，進(jin)行溫✨壓補(bu)償，公式如(ru)下:

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 ～20 mA、1 ～5 V、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 / T 2624． 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)，在本項目(mu)中，采用兩(liang)塊孔闆 A 和(he)B，由于兩塊(kuai)孔闆上遊(you)側存🔆在的(de)阻流件不(bu)同，所以🐆直(zhi)管段要求(qiu)也不相❄️同(tong)。
   根據孔闆(pan)計算書得(de)出 β 值爲 0． 375 72，A 孔(kong)闆的上遊(you)側爲一個(ge)全孔球閥(fa)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻和一個三(san)通，需要 12D 的(de)直管段; B 孔(kong)闆的流體(ti)質量較差(cha)，在其🐪上遊(you)側有一個(ge)截止閥和(he)一個 90°彎頭(tou)，一個三通(tong)，共需要 28D 的(de)直管段。由(you)于現場安(an)裝空間有(you)限，不能滿(man)足 28D 的直管(guan)段要求，爲(wei)了能夠實(shi)現較好的(de)🔅流體質量(liang)，使測量滿(man)足精度要(yao)求，因此在(zai)孔闆前面(mian)采用整流(liu)器。整流器(qi)安裝如圖(tu)3 所示，采用(yong) DANIEL 整流器後(hou)，直管段要(yao)⭐求從 28D 變成(cheng) 17D，解決🐉了現(xian)場安裝空(kong)間不足的(de)問🚶題 。

3 計(ji)量系統模(mo)式選擇
   雙(shuang)孔闆計量(liang)與單孔闆(pan)計量的不(bu)同是選擇(ze)的檢測元(yuan)✂️件數量增(zeng)加一倍，所(suo)以除了需(xu)要滿足精(jing)度要求外(wai)，成本及第(di)三方鑒定(ding)也是需要(yao)着重考慮(lü)的問題✔️。
   計(ji)量系統的(de)整個環節(jie)沒有人工(gong)參與，僅僅(jin)是利用🔴變(bian)送器、熱電(dian)阻等相關(guan)設備實時(shi)檢測所涉(she)及的各🌂參(can)數，通過預(yu)設🌐在流量(liang)積算儀軟(ruan)件的公式(shi)或在 PLC 中🚶編(bian)程來計算(suan)流量。随着(zhe)技術的☁️發(fa)展，差壓流(liu)量計的計(ji)量方法衆(zhong)多，主要可(ke)分爲以下(xia)兩種模式(shi): 檢測元件(jian)+PLC+HMI，檢測元件(jian)❗+流量積算(suan)儀+工控機(ji)。
   檢測元件(jian)可以分爲(wei)多參量智(zhi)能變送器(qi)與單參變(bian)送🤟器🧑🏽‍🤝‍🧑🏻。多參(can)量變送器(qi)通過一個(ge)檢測器将(jiang)溫度，壓力(li)，差壓同時(shi)檢測，并在(zai)表頭進行(hang)顯示。一般(ban)應用于沒(mei)🐇有分段計(ji)量的❓模式(shi)，結算的依(yi)💋據僅僅是(shi)流量的累(lei)積值，每月(yue)⭐約定某一(yi)時間甲乙(yi)雙方共同(tong)讀取數值(zhi)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。優點是第(di)三方鑒定(ding)簡單方便(bian)，變送器🐆可(ke)以單獨校(xiao)驗，也可以(yi)随流量計(ji)一起校驗(yan); 缺點是變(bian)送器⛹🏻‍♀️本身(shen)沒有存儲(chu)數據的功(gong)能，數💃據則(ze)需要送到(dao) HMI 中進行存(cun)儲，而且累(lei)積流量需(xu)要将通信(xin)協議由 Modbus485 轉(zhuan)換成 Modbus TCP/IP 後傳(chuan)輸給HMI，硬件(jian)成本會相(xiang)應增加，且(qie)數據容易(yi)丢失。因此(ci)，在本項目(mu)中沒有采(cai)用多參量(liang)變送器。
3． 1 檢(jian)測元件+PLC+工(gong)控機
   檢測(ce)元件将現(xian)場壓力、差(cha)壓、溫度等(deng)信号送入(ru)流量計 PLC 的(de) AI 模塊，通過(guo)數據轉換(huan)後，在 PLC 内進(jin)行編程後(hou)計算出氫(qing)氣瞬🐆時流(liu)量、累積流(liu)量，再通過(guo) HMI 進行顯示(shi)。
   這種計量(liang)方式是屬(shu)于目前普(pu)遍采用的(de)模式，由于(yu)溫壓補償(chang)是由人工(gong)在 PLC 中編程(cheng)實現，采用(yong)簡化版溫(wen)🏃‍♀️壓補♋償公(gong)式，有些參(can)數并✏️沒有(you)在公式中(zhong)體現，這些(xie)參數會對(dui)計量精度(du)有一些影(ying)😘響。這種模(mo)式采用硬(ying)件較多，人(ren)工參與度(du)較大，可靠(kao)性相對較(jiao)👄差，信任度(du)較低; 并且(qie)計量系統(tong)需要✨第三(san)方進行鑒(jian)定。
3． 2 檢測元(yuan)件+流量積(ji)算儀+工控(kong)機
   檢測元(yuan)件采集到(dao)壓力、差壓(ya)、溫度後，輸(shu)入到流量(liang)積✨算🌂儀數(shu)🔴據🌏采集卡(ka)，由流量積(ji)算儀内部(bu)軟件進行(hang)溫壓補償(chang)後，計算🐅得(de)出氫氣💃🏻的(de)瞬時流量(liang)、累積流量(liang)等信号。流(liu)量積算👉儀(yi)的計🌈算軟(ruan)件是固化(hua)㊙️在其 CPU 中，内(nei)部💋程序無(wu)法♉人工更(geng)改，操作人(ren)員隻需在(zai)其自帶的(de)觸摸屏上(shang)設置相關(guan)參數，操作(zuo)簡單方便(bian)。在流量計(ji)算時，會比(bi)在 PLC 人工👣開(kai)發程序精(jing)度高很多(duo)，整個系統(tong)的可靠性(xing)也提高很(hen)多。
   采用流(liu)量積算儀(yi)的優點在(zai)于它除了(le)能夠進行(hang)流量計算(suan)✌️、溫壓補償(chang)以外，還能(neng)夠實現流(liu)量的分段(duan)計量，自⭐動(dong)生成日報(bao)表、月報表(biao)，減少了在(zai)工控機上(shang)人🤟工編程(cheng)實現分段(duan)計量所産(chan)生的誤差(cha)。與傳統的(de)計量模式(shi)相比較，流(liu)量計算及(ji)報⭐表的生(sheng)成都是在(zai)流量積算(suan)儀上實現(xian)的，也避免(mian)了在 PLC 上編(bian)程，工控機(ji)上顯示時(shi)兩設備時(shi)鍾不同步(bu)造成數據(ju)有差異🈲的(de)問題。随着(zhe)自動化技(ji)✌️術快速發(fa)展，流量積(ji)算儀的功(gong)能♉也日益(yi)增強，除了(le)能夠實現(xian)流量的相(xiang)關🔆數據處(chu)理外，還能(neng)夠實現簡(jian)單的控制(zhi)功能，适用(yong)于需要🙇‍♀️計(ji)量且控制(zhi)回路不多(duo)的現場。
4 雙(shuang)孔闆偏差(cha)計算

如圖4 所示(shi)爲孔闆運(yun)行曲線，12 h 内(nei)平均偏差(cha)爲50．25Nm3，由此可(ke)以🔞推算出(chu)一年的偏(pian)差約爲440 190 Nm3。
由(you)圖 4 可以看(kan)出如果兩(liang)塊孔闆偏(pian)差高出實(shi)際生産需(xu)求值時，會(hui)造成很大(da)的經濟損(sun)失，需要及(ji)時查找🏃‍♂️原(yuan)因，解決問(wen)題 。
圖 4 流量(liang)曲線圖
5 帶(dai)溫壓補償(chang)孔闆流量(liang)計的優缺(que)點及應用(yong)
5． 1 帶溫壓補(bu)償孔闆流(liu)量計的優(you)點
1) 孔闆結(jie)構簡單;
2) 孔(kong)闆屬于标(biao)準節流裝(zhuang)置，得到國(guo)際組織的(de)認
可，可以(yi)采用幾何(he)測量法，不(bu)需要實流(liu)标定;
3) 孔闆(pan)的壓損相(xiang)對較小;
4) 可(ke)以與不同(tong)廠家的變(bian)送器配合(he)使用;
5) 兩塊(kuai)孔闆的優(you)點在于當(dang)發現流量(liang)偏差很大(da)時，能夠及(ji)🔆時發💛現問(wen)題 ，避免了(le)經濟損失(shi)。
5． 2 帶溫壓補(bu)償孔闆流(liu)量計的存(cun)在的問題(ti)
1) 孔闆的精(jing)度在流量(liang)計中屬于(yu)中等水平(ping)，很多因素(su)都能影響(xiang)其🔆精度，在(zai)流量小于(yu)其量程 30% 時(shi)，尤爲突出(chu);
2) 壓力損失(shi)大;
3) 測量範(fan)圍窄，量程(cheng)比小;
4) 有較(jiao)長的直管(guan)段長度要(yao)求，要求安(an)裝有足夠(gou)的空間;
5) 孔(kong)闆以内孔(kong)銳角線來(lai)保證精度(du)，對于腐蝕(shi)、磨損、結垢(gou)🔴、髒污敏感(gan)⛱️，長期使用(yong)精度難以(yi)保證，需每(mei)年拆下強(qiang)檢✊一次;
6) 采(cai)用法蘭連(lian)接，易産生(sheng)跑、冒、滴、漏(lou)問題，大大(da)增加了維(wei)護工作量(liang)🌈;
7) 帶溫壓補(bu)償孔闆流(liu)量計在計(ji)量時需與(yu)客戶協商(shang)結算方法(fa)🌈，以免引起(qi)異議;
8) 成本(ben)增加，維護(hu)量增加。
6 總(zong)結
由于計(ji)量站一般(ban)爲無人值(zhi)守站，日常(chang)維護帶來(lai)一定的難(nan)度，所以在(zai)設計計量(liang)方案時要(yao)充分考慮(lü)操作、維護(hu)的簡要性(xing)，操作簡單(dan)，維護方便(bian)，而且要非(fei)常可靠，所(suo)以雙孔闆(pan)能夠實現(xian)這樣的目(mu)的。帶溫壓(ya)補償孔闆(pan)流🌍量計在(zai)實際應用(yong)中并不多(duo)見，主要其(qi)成本提高(gao)而不被廣(guang)泛采用。但(dan)在貿易結(jie)算中，最重(zhong)要的一條(tiao)原則就是(shi)保證計量(liang)精度，無論(lun)偏差是正(zheng)值還是負(fu)值❌，對買賣(mai)雙方來🐆說(shuo)都是不公(gong)平的，所以(yi)兩塊孔闆(pan)偏差較大(da)時，應及時(shi)分析原因(yin)，解⛱️決問題(ti)，避免造成(cheng)雙方的經(jing)濟損失。雖(sui)然一次性(xing)投入成本(ben)較高，但從(cong)長期、穩定(ding)的運行角(jiao)度來考慮(lü)，會比單孔(kong)闆更有效(xiao)率 。

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