摘要: 孔闆流(liú)量(liàng)計 是流量檢(jiǎn)測領域(yù)較(jiào)爲傳統的方法(fǎ)，技術(shù)成熟(shú)，應用行業(yè)廣泛(fàn)，有較高的(de)可信度，由于目(mù)前制造精度的(de)提高，所以(yǐ)無論(lùn)在計量(liàng)精(jīng)度、可(kě)靠性(xìng)、維修(xiū)護用等方面都比其(qí)他計量器具(jù)有(yǒu)其自(zì)身的(de)優勢。針對(duì)氫氣體的(de)生産工藝(yì)，氫氣計(jì)量的特(tè)點，介紹雙(shuāng)孔闆(pǎn)流(liú)量(liàng)計 在(zài)氫氣(qì)計量(liàng)系統中的實際(jì)應用情況(kuàng)，闡述(shù)了氫(qīng)氣(qì)計量系(xì)統中相關儀表選型原則，過孔(kǒng)闆的(de)安(ān)裝及日(rì)常維(wéi)護方面，運(yùn)用圖表計算分(fèn)析雙孔闆在計(jì)量氫(qīng)氣時(shí)的經濟優勢(shì)和雙孔(kǒng)闆在運行中及項(xiàng)目(mù)前(qián)期投入(rù)上的劣勢(shì);同時(shí)也對計量(liàng)相關(guān)模式進(jìn)行(háng)淺析(xī)，不同(tóng)計量組合會對計量精度(dù)、穩定性及成本(běn)帶來很大(dà)的影(yǐng)響。
0引言(yán)
天(tiān)然氣(qì)制氫(qīng)生産工藝(yì)是以天然氣爲(wèi)原料(liào)生産(chǎn)氫氣，與水(shuǐ)蒸汽進行(háng)重整反(fǎn)應，得氫(qīng)氣産品，然(rán)後通(tōng)過管道(dào)輸送給客戶。氫氣相比(bǐ)其他氣體(tǐ)，價格偏貴，因此氫氣計量(liàng)的準确性(xìng)不僅(jǐn)關(guān)系(xì)着供(gòng)需雙方進行公(gōng)平的貿(mào)易結算(suàn)，還關系到成本控制，因此整個(gè)計(jì)量系統受到(dào)各方(fāng)的高度(dù)重(zhòng)視。
1系(xì)統方案
如(rú)圖1所示，整(zhěng)個計(jì)量系(xì)統由雙孔闆(pǎn)、 差壓(yā)變送器(qì) 、 壓力變送器(qì) 、 熱(rè)電阻 、 流量積算(suàn)儀 組成。孔(kǒng)闆與差壓變送器組(zǔ)合采集(jí)差(chà)壓信(xìn)号，壓力變(biàn)送(sòng)器(qì)采集(jí)壓力信号(hào)與熱電阻采集(jí)溫度信(xìn)号(hào)組合(hé)用于溫壓補償(cháng)，經計(jì)算後在流量積算儀中顯(xiǎn)示。
兩塊孔(kǒng)闆可(kě)根據(jù)實際生産(chǎn)需要(yào)串聯、并聯(lián)測量，但同一(yī)時(shí)刻隻(zhī)用一(yī)塊孔(kǒng)闆的(de)數值(zhí)用于貿易(yì)結算。當在(zài)運行過程中發(fā)現兩塊孔(kǒng)闆有(yǒu)較大的偏(piān)差時(shí)，操作人員(yuán)會及(jí)時查(chá)看曆(lì)史趨(qū)勢，根據工藝判(pàn)斷查找出(chū)有流(liú)量突變(biàn)的(de)一台，及時送(sòng)第(dì)三方(fāng)單位(wèi)進(jìn)行(háng)檢定(dìng)。
這種(zhǒng)采用雙孔(kǒng)闆的計量方(fāng)式(shì)，雖然在項目建設初期投入費(fèi)用高一(yī)些(xiē)，但是(shì)如果有偏(piān)差出現而未及時進行幹預，會(huì)造成很大的(de)經濟損(sǔn)失。

1.1流量(liàng)計(jì)選型(xíng)
流(liú)量(liàng)計采(cǎi)用emeＲson公(gōng)司的daniel品牌孔闆，孔闆(pǎn)原理如圖2所示。根據伯努(nǔ)利方程(chéng)，流體在管道中流動，當(dāng)接近阻(zǔ)攔處時(shí)，有一部分(fèn)流體(tǐ)的勢能(néng)轉換成(chéng)動能(néng)，在孔(kǒng)闆的(de)前(qián)入口端面壓(yā)力增加;當經(jīng)過節流(liú)元件時，流體逐漸收(shōu)縮，流速升高(gāo)，壓力最(zuì)小，所以在(zài)孔闆(pǎn)上下遊兩側産(chǎn)生壓力差(chà)，流量(liàng)越大(dà)，壓差就越(yuè)大，孔闆即是通過(guò)測(cè)量(liàng)壓差來(lái)體現流(liú)量大小。其基本公(gōng)式如(rú)下:

式中:q工爲工(gōng)況下體積流量(liàng)(m3/s);c爲流出系數;爲孔闆(pǎn)直徑與管(guǎn)道内徑之比;ε爲膨脹系(xì)數，默認(rèn)爲1;△p爲(wèi)孔闆前後(hòu)壓(yā)差(kpa);ρ1爲介(jiè)質密(mì)度(kg/m3)

1.2溫(wēn)壓補償
由(yóu)于氣(qì)體可(kě)以壓縮，随着(zhe)壓(yā)力、溫度的(de)變化，體積也相應地(dì)發生(shēng)變化(huà)，因此需将(jiāng)工況下的氣體(tǐ)流量換算成标(biāo)況下的(de)體積流量進行計(jì)量，即(jí)标準狀态(tài)下1個标準物(wù)理大氣(qì)壓(0.101325mpa)、0℃(273.15k)時的流(liú)量，進(jìn)行溫(wēn)壓補(bǔ)償，公式如(rú)下:

式中:q實(shí)爲實(shí)際測(cè)量流(liú)量;q設(shè)爲設計流量;p實(shí)爲實測壓(yā)力;p設爲設計壓力;t實爲實(shí)測溫(wēn)度;t設爲設計溫度。
1.3流(liú)量積算儀(yí)
流量積算儀采用浙大中控的(de)u6-200，io模塊能夠處理(lǐ)多種數據類型，4～20ma、1～5v、歐姆、開(kāi)關(guān)量和脈沖量輸入以(yǐ)及模拟量、開關量輸出(chū)等(děng)，還能(néng)夠實(shí)現流量溫壓補(bǔ)償及流量(liàng)的分段計(jì)量。根據合(hé)同條款規(guī)定，在程序(xù)内設(shè)置流量(liàng)分(fèn)段值，可自動(dòng)生(shēng)成日報表(biǎo)、月(yuè)報(bào)表。操(cāo)作人員隻(zhī)需要(yào)選擇(zé)要打印的(de)報表日期，及日報或月(yuè)報即可(kě)，不能人(rén)爲進行(háng)修改(gǎi)任何數據。
2雙孔闆安(ān)裝和(hé)使用
儀表的(de)安(ān)裝是儀(yí)表(biǎo)運行的重要(yào)部(bù)分，孔闆對(duì)安裝的要(yào)求(qiú)尤其高，它直(zhí)接影響計(jì)量的(de)誤差。雙孔闆的(de)安裝與(yǔ)單(dān)個孔(kǒng)闆相(xiàng)比，要求更(gèng)加(jiā)嚴格。
2.1孔(kǒng)闆安(ān)裝方向
孔(kǒng)闆上(shàng)下端面裝(zhuāng)反，流(liú)量會比(bǐ)實際流(liú)量低，在安(ān)裝初期應檢(jiǎn)查管道(dào)流向(xiàng)，在孔(kǒng)闆上也有(yǒu)箭頭标識(shí)，箭頭的方向要(yào)與介(jiè)質流向一(yī)緻。在取(qǔ)壓(yā)口附近标有“+”的一端(duān)應與流體上遊管段(duàn)連(lián)接，标有(yǒu)“－”的一端應(yīng)與流體下遊管段連(lián)接。
2.2中心(xīn)線(xiàn)
孔闆(pǎn)的中心、法蘭中(zhōng)心、管道中心應在同一軸線上(shàng)。
2.3直(zhí)管(guǎn)段長度
gb/t2624.2-2006表(biǎo)3(無流動調(diào)整器(qì)情況下孔闆與(yǔ)管徑(jìng)之(zhī)間所需(xū)的直管段)中對(duì)不同情況下孔(kǒng)闆直(zhí)管段做了(le)詳細分(fèn)類，采用兩塊孔(kǒng)闆a和b，由于兩(liǎng)塊孔闆上(shàng)遊(yóu)側存在的阻(zǔ)流件(jiàn)不(bú)同，所以(yǐ)直管(guǎn)段(duàn)要(yào)求也不相同(tóng)。
根據孔闆計(jì)算(suàn)書(shū)得出(chū)β值(zhí)爲0.37572，a孔闆的上(shàng)遊側爲一(yī)個全孔球(qiú)閥和(hé)一個(gè)三通，需要12d的直(zhí)管段(duàn);b孔闆的流(liú)體質(zhì)量較差，在(zài)其上(shàng)遊側有(yǒu)一(yī)個截止閥(fá)和一個90°彎頭，一個三(sān)通，共需要28d的直(zhí)管段(duàn)。
由于(yú)現場(chǎng)安裝空間有限(xiàn)，不能滿足28d的直(zhí)管段要求，爲了能夠實(shí)現較好的流體質量，使(shǐ)測量滿足(zú)精度要求，因此在孔(kǒng)闆前面采用整(zhěng)流器。整流器安(ān)裝如圖(tú)3所示，采(cǎi)用daniel整流器後，直(zhí)管段(duàn)要求從28d變(biàn)成17d，解(jiě)決了現場(chǎng)安裝(zhuāng)空(kōng)間不足(zú)的(de)問(wèn)題(tí)。

3計(jì)量系統模式選擇(zé)
雙(shuāng)孔闆計量與單孔闆(pǎn)計(jì)量的不同是選(xuǎn)擇的檢(jiǎn)測元件數(shù)量增(zēng)加一倍，所(suǒ)以除了需要滿足精(jīng)度要(yào)求(qiú)外，成本(běn)及第三(sān)方(fāng)鑒定(dìng)也是(shì)需要(yào)着重(zhòng)考慮的問題。
計(jì)量系統的整個(gè)環節沒(méi)有人工(gōng)參與，僅僅是利(lì)用變(biàn)送器、熱電(diàn)阻等相關(guān)設備(bèi)實時檢(jiǎn)測(cè)所涉(shè)及的各(gè)參(cān)數，通(tōng)過預設在流量(liàng)積算儀(yí)軟件的(de)公式(shì)或在plc中編(biān)程來計算(suàn)流量(liàng)。随着(zhe)技(jì)術的發(fā)展，差壓流量計的計(jì)量方法衆(zhōng)多，主(zhǔ)要可(kě)分爲(wèi)以下兩種模式(shì):檢測元(yuán)件(jiàn)+plc+hmi，檢測(cè)元件(jiàn)+流量積算(suàn)儀+工控機(jī)。
檢測(cè)元件(jiàn)可(kě)以(yǐ)分爲(wèi)多參量智(zhì)能變(biàn)送器(qì)與單參變(biàn)送器。多參(cān)量變(biàn)送器(qì)通過一個(gè)檢測器将溫(wēn)度(dù)，壓力，差壓(yā)同時(shí)檢測，并在表頭(tóu)進行顯(xiǎn)示。一般(bān)應(yīng)用于沒(méi)有分段計(jì)量(liàng)的(de)模式(shì)，結算的依(yī)據僅(jǐn)僅是(shì)流量的累(lèi)積值，每(měi)月約定某一(yī)時間甲乙(yǐ)雙方共(gòng)同(tóng)讀取(qǔ)數值(zhí)。優點是第(dì)三方(fāng)鑒(jiàn)定(dìng)簡單(dān)方便，變送器可(kě)以單(dān)獨校驗，也(yě)可以(yǐ)随(suí)流(liú)量(liàng)計(jì)一起(qǐ)校驗(yàn);缺點(diǎn)是變(biàn)送(sòng)器本身(shēn)沒有(yǒu)存儲數據(jù)的功能(néng)，數(shù)據則(zé)需要送(sòng)到hmi中進(jìn)行存(cún)儲，而(ér)且累(lèi)積流量需(xū)要将(jiāng)通信(xìn)協議由modbus485轉(zhuǎn)換成(chéng)modbustcp/ip後(hòu)傳輸給hmi，硬件成本(běn)會相(xiàng)應增加，且數據(jù)容易丢失。
3.1檢測(cè)元件+plc+工控(kòng)機
檢(jiǎn)測元件(jiàn)将現場(chǎng)壓力、差壓(yā)、溫度(dù)等信号(hào)送(sòng)入流(liú)量計plc的(de)ai模(mó)塊，通(tōng)過數(shù)據轉換後(hòu)，在plc内(nèi)進(jìn)行編程(chéng)後計(jì)算出氫氣(qì)瞬時流(liú)量(liàng)、累積流量，再通過hmi進(jìn)行顯(xiǎn)示。
這種計(jì)量方式是屬于(yú)目前普遍采用的模(mó)式，由于溫(wēn)壓補償(cháng)是由人工在(zài)plc中編程實現，采用簡(jiǎn)化版(bǎn)溫壓補償公式(shì)，有些參數(shù)并沒(méi)有在(zài)公式(shì)中體現，這些參數會(huì)對計量精度有(yǒu)一些(xiē)影響。這種(zhǒng)模式采用硬件(jiàn)較多(duō)，人工參與度較(jiào)大，可靠性(xìng)相(xiàng)對較差，信任(rèn)度較(jiào)低;并且計(jì)量系統(tǒng)需要第三方進(jìn)行(háng)鑒定(dìng)。
3.2檢測元件+流量積算儀+工控機(jī)
檢測元件采集到壓(yā)力、差(chà)壓、溫(wēn)度後，輸入(rù)到流(liú)量積(jī)算(suàn)儀(yí)數據(jù)采集卡，由流量積算儀内部軟件進(jìn)行溫(wēn)壓補(bǔ)償後(hòu)，計算得出(chū)氫氣(qì)的瞬時流量(liàng)、累積流量等(děng)信号(hào)。
流量積算儀的(de)計算軟件(jiàn)是固化在其cpu中，内部(bù)程序無法(fǎ)人工更改，操作(zuò)人員隻需在其自帶的觸(chù)摸屏上設(shè)置(zhì)相(xiàng)關參數，操作(zuò)簡(jiǎn)單方(fāng)便。在(zài)流量(liàng)計算(suàn)時，會比(bǐ)在plc人工(gōng)開發程序精度高很多(duō)，整個系統的可靠性也(yě)提高很多。
采用(yòng)流量(liàng)積算儀的(de)優點(diǎn)在于它除(chú)了能(néng)夠(gòu)進行流(liú)量計(jì)算(suàn)、溫壓補(bǔ)償以外，還能夠(gòu)實現流量的分(fèn)段計量(liàng)，自動生(shēng)成日報表(biǎo)、月報(bào)表，減少了在工(gōng)控機上人工編程實(shí)現分段計(jì)量所産(chǎn)生(shēng)的誤(wù)差。與傳(chuán)統的計(jì)量模式相比較(jiào)，流(liú)量(liàng)計算及報(bào)表的生成(chéng)都是(shì)在流量積算儀(yí)上實現的(de)，也避(bì)免了在plc上編程(chéng)，工控機上(shàng)顯示(shì)時兩(liǎng)設備時(shí)鍾(zhōng)不同步(bù)造(zào)成數(shù)據有(yǒu)差(chà)異的問(wèn)題。
随(suí)着自動化(huà)技術(shù)快(kuài)速發展(zhǎn)，流量(liàng)積(jī)算儀的(de)功能也日(rì)益增強，除了(le)能(néng)夠實(shí)現流量的相關(guān)數(shù)據處理外，還(hái)能夠實現簡單(dān)的控制(zhì)功(gōng)能，适(shì)用于需要計量(liàng)且控(kòng)制(zhì)回(huí)路不多的現(xiàn)場。
4雙孔(kǒng)闆偏差計算
如(rú)圖4所示爲(wèi)孔闆(pǎn)運行曲線，12h内平(píng)均偏差爲50.25nm3，由此(cǐ)可以推(tuī)算(suàn)出一年的偏差(chà)約(yuē)爲(wèi)440190nm3。
由圖4可以(yǐ)看出(chū)如果兩(liǎng)塊孔闆(pǎn)偏差(chà)高出實際(jì)生産需求值時(shí)，會造成很大的(de)經濟損失，需要(yào)及時(shí)查(chá)找(zhǎo)原因(yīn)，解決(jué)問(wèn)題。

5雙孔(kǒng)闆流量計的優(yōu)缺點及應用
5.1雙(shuāng)孔闆流(liú)量(liàng)計的(de)優點(diǎn)
1)孔闆(pǎn)結構(gòu)簡單;
2)孔闆(pǎn)屬于(yú)标準(zhǔn)節(jiē)流裝置(zhì)，得到國際組織的認(rèn)可，可以采(cǎi)用幾何測(cè)量法，不需要實流标(biāo)定;
3)孔闆的壓損相對較(jiào)小;
4)可以(yǐ)與不同(tóng)廠家的(de)變送(sòng)器(qì)配(pèi)合使(shǐ)用;
5)兩塊孔(kǒng)闆的優點在于(yú)當發(fā)現流量偏差很大時(shí)，能夠(gòu)及時(shí)發現問(wèn)題(tí)，避免(miǎn)了經濟損失。
5.2雙(shuāng)孔闆流量計的(de)存在(zài)的問題
1)孔(kǒng)闆的精度(dù)在流量計(jì)中(zhōng)屬于中(zhōng)等水平，很(hěn)多因(yīn)素(sù)都能影響其(qí)精度(dù)，在(zài)流量小于其量程(chéng)30%時，尤(yóu)爲突(tū)出(chū);
2)壓(yā)力損(sǔn)失大(dà);
3)測(cè)量範圍窄，量程比小;
4)有較長(zhǎng)的直(zhí)管段(duàn)長度要(yào)求，要求(qiú)安裝(zhuāng)有足夠的(de)空間;
5)孔闆以内孔銳(ruì)角線來保(bǎo)證精(jīng)度(dù)，對(duì)于腐(fǔ)蝕、磨(mó)損、結垢、髒(zāng)污敏(mǐn)感(gǎn)，長期使(shǐ)用精(jīng)度難以保(bǎo)證，需每年拆下(xià)強檢(jiǎn)一次(cì);
6)采用(yòng)法蘭(lán)連接，易産(chǎn)生跑(pǎo)、冒(mào)、滴、漏問(wèn)題，大(dà)大(dà)增加了(le)維護工作量;
7)雙(shuāng)孔闆流(liú)量計在計量時需(xū)與客戶協商(shāng)結算方(fāng)法，以免引起異(yì)議;
8)成本(běn)增(zēng)加，維(wéi)護量(liàng)增(zēng)加。
6總結
由于(yú)計量(liàng)站一般爲無人值守(shǒu)站，日常維護帶(dài)來一定的難度(dù)，所以在設計計量方(fāng)案時(shí)要充(chōng)分考慮操(cāo)作、維(wéi)護的(de)簡要(yào)性，操(cāo)作簡(jiǎn)單，維護方(fāng)便，而且要非(fēi)常(cháng)可靠，所以(yǐ)雙孔(kǒng)闆能夠實現這(zhè)樣的目的(de)。
雙孔(kǒng)闆流(liú)量(liàng)計(jì)在實(shí)際應用中并不(bú)多見(jiàn)，主要(yào)其成(chéng)本提高而(ér)不被(bèi)廣泛采(cǎi)用(yòng)。但在(zài)貿易結(jié)算(suàn)中，最(zuì)重要(yào)的一條原則就是保證計量精(jīng)度，無(wú)論偏(piān)差是(shì)正(zhèng)值還是(shì)負值，對(duì)買賣雙(shuāng)方來說都(dōu)是不(bú)公平的，所以兩(liǎng)塊孔闆偏(piān)差較(jiào)大時(shí)，應及時分(fèn)析原因，解決問(wèn)題，避免(miǎn)造成雙(shuāng)方的(de)經(jīng)濟(jì)損失。雖然(rán)一(yī)次性投(tóu)入成本較高，但(dàn)從長期、穩(wěn)定的(de)運行角度來(lái)考慮，會(huì)比單孔闆更有效(xiào)率。

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