0 引言
   天(tiān)然氣制氫(qīng)生産(chǎn)工藝是以(yǐ)天然(rán)氣爲原料(liào)生産(chǎn)氫氣，與水蒸汽(qì)進行(háng)重整反應(yīng)，得氫(qīng)氣(qì)産品，然後通過管道輸(shū)送給客戶(hù)。氫氣相比其他氣體(tǐ)，價格(gé)偏貴，因此(cǐ)氫氣計量的(de)準(zhǔn)确性不僅關系(xì)着供(gòng)需雙方進(jìn)行公(gōng)平的貿易(yì)結算，還關系到(dào)成本控制(zhì)，因此整個計量(liàng)系統受到各方的高(gāo)度重(zhòng)視。帶溫壓(yā)補償孔(kǒng)闆流量計在(zài)氫氣計量(liàng)中的應用(yòng)
1 系統方案(àn)
   如圖(tú) 1 所示(shì)，整個計(jì)量(liàng)系統由雙孔(kǒng)闆、 差壓(yā)變送(sòng)器(qì) 、 壓(yā)力變(biàn)送器 、 熱電阻 、流(liú)量積算(suàn)儀組成(chéng)。孔闆與差(chà)壓變送器(qì)組合(hé)采集(jí)差壓信号，壓力(lì)變送器(qì)采(cǎi)集壓力信(xìn)号與熱電(diàn)阻采集溫(wēn)度信(xìn)号組合用于溫(wēn)壓補(bǔ)償，經計算後在流量(liàng)積算(suàn)儀中(zhōng)顯示。
   兩塊(kuài)孔闆可根據實際生産需要串(chuàn)聯、并(bìng)聯測量(liàng)，但(dàn)同一時(shí)刻隻用(yòng)一塊(kuài)孔闆的數(shù)值用于(yú)貿易結(jié)算。當在(zài)運(yùn)行過(guò)程中發現兩塊孔闆(pǎn)有較(jiào)大的(de)偏差時(shí)，操作人(rén)員會及時查看(kàn)曆史趨勢(shì)，根據(jù)工藝(yì)判斷查找(zhǎo)出有流量(liàng)突的一台(tái)，及(jí)時(shí)送第(dì)三方(fāng)單位進行檢定(dìng)。
這(zhè)種(zhǒng)采用(yòng)雙孔(kǒng)闆的(de)計量方式，雖然在項(xiàng)目建設初期投(tóu)入費用高(gāo)一些(xiē)，但(dàn)是如果(guǒ)有偏(piān)差出現而(ér)未及(jí)時進行幹(gàn)預，會造成很大的經(jīng)濟損(sǔn)失(shī)。

   孔闆原(yuán)理(lǐ)如(rú)圖2 所(suǒ)示。根據伯努利方程，流體(tǐ)在管(guǎn)道中流動(dòng)，當接(jiē)近(jìn)阻攔處時，有一部分(fèn)流(liú)體的勢能(néng)轉換(huàn)成動能，在孔闆(pǎn)的前入口(kǒu)端面(miàn)壓力增加; 當經(jīng)過節流元件(jiàn)時，流體逐(zhú)漸(jiàn)收縮(suō)，流速升(shēng)高(gāo)，壓力(lì)最小，所以在孔(kǒng)闆上下遊兩側産生壓力差，流(liú)量越大，壓(yā)差就(jiù)越大(dà)，孔闆即是(shì)通過(guò)測量(liàng)壓差(chà)來體(tǐ)現流量大(dà)小。其(qí)基(jī)本公(gōng)式如下:


1． 2 溫壓(yā)補償(cháng)
   由于氣體可以(yǐ)壓縮，随着(zhe)壓力、溫度的(de)變(biàn)化，體積也(yě)相應(yīng)地發生變(biàn)化，因(yīn)此需(xū)将(jiāng)工(gōng)況下(xià)的(de)氣體流量換(huàn)算成标況下(xià)的體積(jī)流(liú)量進行(háng)計量，即标準狀(zhuàng)态下(xià) 1 個标(biāo)準物(wù)理大氣壓(yā)( 0． 101 325 mpa) 、0 ℃( 273． 15 k) 時的(de)流量(liàng)，進行溫壓(yā)補償，公(gōng)式(shì)如下(xià):

1． 3 流量(liàng)積(jī)算(suàn)儀
   流(liú)量積(jī)算儀(yí)采用浙大中(zhōng)控的 u6-200，io 模(mó)塊能夠處理多種數據類(lèi)型，4 ～20 ma、1 ～5 v、歐(ōu)姆、開關(guān)量和脈(mò)沖量輸入以及(jí)模拟量(liàng)、開關量(liàng)輸出(chū)等，還能夠(gòu)實現流量溫壓補償及流量的分段計量。根據(jù)合同條款(kuǎn)規定(dìng)，在程序内設置(zhì)流量分段(duàn)值，可(kě)自動生成(chéng)日報(bào)表、月報表(biǎo)。操作(zuò)人員隻需要選(xuǎn)擇要(yào)打印(yìn)的報(bào)表日期(qī)，及(jí)日報或月報即可，不(bú)能人爲進(jìn)行修(xiū)改(gǎi)任何數據。
2 雙(shuāng)孔闆安裝和使用
   儀表的安裝(zhuāng)是儀表(biǎo)運行的(de)重要部分，孔闆(pǎn)對安(ān)裝的要求(qiú)尤其(qí)高，它直(zhí)接(jiē)影響計(jì)量(liàng)的誤差。雙(shuāng)孔闆(pǎn)的安(ān)裝與(yǔ)單個(gè)孔闆(pǎn)相比，要求更加(jiā)嚴格(gé)。
2． 1 孔(kǒng)闆(pǎn)安裝(zhuāng)方向(xiàng)
   孔闆上下(xià)端面裝(zhuāng)反，流量(liàng)會比(bǐ)實(shí)際(jì)流量(liàng)低，在安裝初期(qī)應檢查管道流(liú)向，在(zài)孔闆上也有 箭頭(tóu)标識，箭頭的(de)方向(xiàng)要與介質流向一緻(zhì)。在取(qǔ)壓(yā)口附近标有(yǒu)“+”的一(yī)端應(yīng)與流體上遊管段連(lián)接(jiē)，标有“－”的(de)一端應與流體(tǐ)下遊管(guǎn)段連接(jiē)。
2． 2 中心線
   孔(kǒng)闆的中心、法(fǎ)蘭(lán)中心(xīn)、管道中心應在(zài)同一(yī)軸線上。
2． 3 直(zhí)管段長度
   gb / t 2624． 2-2006 表(biǎo) 3( 無(wú)流動(dòng)調整(zhěng)器情(qíng)況下孔闆(pǎn)與管徑之(zhī)間所需的(de)直(zhí)管(guǎn)段) 中(zhōng)對不(bú)同情況下孔(kǒng)闆(pǎn)直管段做(zuò)了詳(xiáng)細分類，在(zài)本項(xiàng)目中，采(cǎi)用兩塊(kuài)孔闆(pǎn) a 和(hé)b，由于兩(liǎng)塊孔闆上遊側(cè)存在(zài)的阻(zǔ)流件不同(tóng)，所(suǒ)以(yǐ)直管段要(yào)求也不相同。
   根據孔闆計(jì)算書得出 β 值爲(wèi) 0． 375 72，a 孔闆的(de)上遊側(cè)爲一(yī)個(gè)全孔球閥和一個三通，需要 12d 的直管段(duàn); b 孔闆的(de)流(liú)體質量較差，在(zài)其上(shàng)遊側有一個截(jié)止閥和一(yī)個 90°彎(wān)頭，一(yī)個三(sān)通，共(gòng)需要(yào) 28d 的直管段(duàn)。由于現場安裝空間(jiān)有(yǒu)限(xiàn)，不能滿足 28d 的直(zhí)管段(duàn)要求，爲了能夠(gòu)實現較好的流(liú)體質量，使(shǐ)測量(liàng)滿足精(jīng)度(dù)要求，因此在孔闆前(qián)面采(cǎi)用整流器(qì)。整流(liú)器安(ān)裝如(rú)圖3 所示，采(cǎi)用 daniel 整(zhěng)流器(qì)後(hòu)，直管段(duàn)要求(qiú)從(cóng) 28d 變成 17d，解(jiě)決了(le)現(xiàn)場(chǎng)安裝(zhuāng)空間不足的問(wèn)題 。

3 計量系統(tǒng)模式選擇
   雙孔(kǒng)闆計量(liàng)與單孔闆計量(liàng)的(de)不同是選擇的檢測(cè)元件數量(liàng)增加一倍(bèi)，所以(yǐ)除了(le)需要滿足精(jīng)度要求(qiú)外，成本及(jí)第三方鑒(jiàn)定也(yě)是需(xū)要着重考(kǎo)慮的問題。
   計量(liàng)系統的整個環(huán)節沒有人(rén)工參(cān)與，僅僅是(shì)利用(yòng)變送器、熱電阻等相關設(shè)備實(shí)時檢測(cè)所(suǒ)涉及(jí)的各(gè)參(cān)數，通過(guò)預設在流量積(jī)算儀軟(ruǎn)件的公(gōng)式或在 plc 中(zhōng)編程來計(jì)算流量。随(suí)着技術(shù)的(de)發展，差壓(yā)流量計的(de)計量方(fāng)法衆多，主要可分爲以(yǐ)下兩種模(mó)式: 檢測元件+plc+hmi，檢(jiǎn)測元件+流量積算儀(yí)+工控(kòng)機。
   檢測元(yuán)件可以分爲多(duō)參量(liàng)智能變送(sòng)器與(yǔ)單(dān)參(cān)變送(sòng)器。多(duō)參量變送(sòng)器通過(guò)一個檢(jiǎn)測器(qì)将溫度，壓(yā)力，差壓同(tóng)時檢測，并在表頭進行顯(xiǎn)示。一般應(yīng)用于(yú)沒有(yǒu)分段(duàn)計量的(de)模(mó)式，結(jié)算的依(yī)據僅(jǐn)僅(jǐn)是流量的(de)累積值，每(měi)月約定某(mǒu)一時間甲乙雙方(fāng)共(gòng)同(tóng)讀取數(shù)值。優點(diǎn)是第三(sān)方鑒(jiàn)定簡(jiǎn)單方便，變送(sòng)器(qì)可以單獨(dú)校驗，也可以随流量計一(yī)起校(xiào)驗; 缺點(diǎn)是(shì)變送器本(běn)身沒(méi)有存儲數據的(de)功能，數(shù)據(jù)則需(xū)要(yào)送到 hmi 中進行(háng)存儲，而且累積流量(liàng)需要(yào)将通(tōng)信協(xié)議由 modbus485 轉換(huàn)成 modbus tcp/ip 後傳輸給hmi，硬(yìng)件(jiàn)成本會相應(yīng)增加，且(qiě)數據容(róng)易丢失。因(yīn)此，在本項目(mù)中沒有(yǒu)采用多參(cān)量變(biàn)送器(qì)。
3． 1 檢測元件(jiàn)+plc+工控機(jī)
   檢測元(yuán)件将(jiāng)現場壓力(lì)、差壓、溫度(dù)等信号送(sòng)入流量計(jì) plc 的 ai 模塊(kuài)，通過數(shù)據轉(zhuǎn)換後，在 plc 内進行編程(chéng)後計算出氫(qīng)氣(qì)瞬時流量、累積流量(liàng)，再通過 hmi 進行顯(xiǎn)示。
   這種計量方式是(shì)屬(shǔ)于目前(qián)普遍采用(yòng)的模式，由(yóu)于溫壓補(bǔ)償是由(yóu)人工在(zài) plc 中編(biān)程實現(xiàn)，采(cǎi)用簡(jiǎn)化版(bǎn)溫壓(yā)補償公式(shì)，有些(xiē)參數并沒有在公式中體現，這(zhè)些參數會對計(jì)量精度有一些(xiē)影響。這種(zhǒng)模式(shì)采用(yòng)硬件(jiàn)較多(duō)，人(rén)工參與度較大，可(kě)靠(kào)性(xìng)相對(duì)較差，信任(rèn)度較(jiào)低; 并且計量系(xì)統需(xū)要第三方進行(háng)鑒定。
3． 2 檢測(cè)元件+流量積算(suàn)儀+工控機(jī)
   檢測(cè)元件采(cǎi)集到壓(yā)力、差壓、溫度後，輸入到流量積(jī)算儀數(shù)據采集(jí)卡，由(yóu)流量(liàng)積算儀内部軟件進行溫(wēn)壓補償後，計算(suàn)得(dé)出氫氣(qì)的瞬時流量、累(lèi)積流(liú)量(liàng)等(děng)信号(hào)。流量積算(suàn)儀的(de)計算軟件是固(gù)化在其 cpu 中，内部(bù)程序(xù)無(wú)法人工更改，操(cāo)作人員(yuán)隻需(xū)在(zài)其自帶的觸(chù)摸屏上設置(zhì)相關(guān)參數，操(cāo)作簡單方便(biàn)。在(zài)流量計(jì)算(suàn)時，會比在 plc 人(rén)工(gōng)開發(fā)程序(xù)精度(dù)高很多(duō)，整個系(xì)統的(de)可靠性也(yě)提高很多(duō)。
   采用(yòng)流量積算儀的優點在于它除了能(néng)夠進行流量計(jì)算、溫壓補(bǔ)償以外，還能夠實現(xiàn)流量的分段計(jì)量，自(zì)動生成日(rì)報表、月(yuè)報表，減少了(le)在工控機(jī)上人工編(biān)程實(shí)現分(fèn)段計量所(suǒ)産生(shēng)的誤差。與(yǔ)傳(chuán)統的計(jì)量模(mó)式相比較，流量(liàng)計算及報(bào)表的(de)生成都(dōu)是(shì)在流(liú)量積(jī)算儀上實(shí)現(xiàn)的，也避免了(le)在 plc 上編程(chéng)，工控(kòng)機上顯示時兩(liǎng)設備(bèi)時(shí)鍾不同(tóng)步造成數(shù)據有(yǒu)差異的問題。随(suí)着自動化技術快速發展(zhǎn)，流量積算(suàn)儀的(de)功能(néng)也日(rì)益增(zēng)強，除了能(néng)夠實(shí)現流(liú)量的相關(guān)數據(jù)處理(lǐ)外，還能夠實現簡(jiǎn)單的控(kòng)制功能，适(shì)用于(yú)需要(yào)計量且控(kòng)制回路不(bú)多的現場(chǎng)。
4 雙孔(kǒng)闆偏(piān)差計(jì)算(suàn)

如圖4 所示爲孔闆運行(háng)曲(qǔ)線(xiàn)，12 h 内平均偏(piān)差爲50．25nm3，由此(cǐ)可以推算(suàn)出一年的偏差約爲(wèi)440 190 nm3。
由圖(tú) 4 可以(yǐ)看出如果(guǒ)兩塊孔闆(pǎn)偏(piān)差高出(chū)實際生産需求(qiú)值時(shí)，會(huì)造成很大的經濟(jì)損失(shī)，需要及(jí)時查(chá)找(zhǎo)原因，解決(jué)問題(tí) 。
圖 4 流(liú)量曲線圖(tú)
5 帶溫壓補(bǔ)償孔(kǒng)闆流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)及應用
5． 1 帶(dài)溫壓補償孔闆(pǎn)流量計(jì)的優點
1) 孔闆結構簡單(dān);
2) 孔闆(pǎn)屬于标準(zhǔn)節流(liú)裝置，得到國際組織(zhī)的認(rèn)
可，可(kě)以采用幾(jǐ)何測量法，不需(xū)要實流标定;
3) 孔(kǒng)闆的(de)壓(yā)損(sǔn)相對較小;
4) 可以與不同廠家(jiā)的變送器配(pèi)合使用;
5) 兩塊(kuài)孔闆(pǎn)的(de)優點(diǎn)在于當(dāng)發(fā)現流(liú)量偏差很(hěn)大時(shí)，能夠及時發現問題 ，避(bì)免了經(jīng)濟損失。
5． 2 帶溫壓(yā)補償孔闆(pǎn)流量(liàng)計的(de)存在的問(wèn)題
1) 孔闆的精度在流量計中屬(shǔ)于(yú)中等水平，很(hěn)多因(yīn)素都能影(yǐng)響其精度，在流量小(xiǎo)于其量程(chéng) 30% 時，尤爲(wèi)突出;
2) 壓(yā)力損(sǔn)失大;
3) 測量(liàng)範圍窄，量程(chéng)比(bǐ)小;
4) 有(yǒu)較長(zhǎng)的直(zhí)管段長度要求(qiú)，要求(qiú)安裝有足(zú)夠的(de)空(kōng)間(jiān);
5) 孔闆(pǎn)以内(nèi)孔銳角線(xiàn)來保(bǎo)證(zhèng)精(jīng)度，對(duì)于腐蝕、磨損、結(jié)垢、髒污敏感，長(zhǎng)期(qī)使用精(jīng)度難(nán)以保證，需(xū)每年拆下強檢一次;
6) 采用法(fǎ)蘭連接(jiē)，易産(chǎn)生(shēng)跑、冒、滴(dī)、漏(lòu)問題(tí)，大(dà)大增(zēng)加了(le)維護工(gōng)作(zuò)量;
7) 帶溫壓(yā)補償(cháng)孔闆(pǎn)流(liú)量計在(zài)計量(liàng)時需(xū)與客戶(hù)協商結(jié)算方(fāng)法，以免引起(qǐ)異議;
8) 成(chéng)本(běn)增加，維護量(liàng)增(zēng)加。
6 總結(jié)
由于(yú)計量站一(yī)般爲無人(rén)值守站，日常(cháng)維(wéi)護帶(dài)來一定的難度(dù)，所以在設計計(jì)量方案時要充(chōng)分(fèn)考(kǎo)慮(lǜ)操作、維(wéi)護的簡要(yào)性(xìng)，操作簡(jiǎn)單(dān)，維護方(fāng)便，而(ér)且要(yào)非常(cháng)可靠，所(suǒ)以雙孔(kǒng)闆能夠實現這(zhè)樣的目的。帶(dài)溫(wēn)壓補償孔闆流(liú)量計在實際應(yīng)用中(zhōng)并不多見，主要其成本提(tí)高而不(bú)被廣(guǎng)泛(fàn)采用。但(dàn)在貿易(yì)結算中(zhōng)，最(zuì)重要(yào)的一(yī)條原則就(jiù)是保證計量精度，無論偏差(chà)是(shì)正值(zhí)還(hái)是(shì)負值(zhí)，對買賣(mài)雙方來說都是(shì)不(bú)公平的(de)，所以兩塊孔(kǒng)闆偏差較大(dà)時(shí)，應及(jí)時分析原(yuán)因，解決問題，避(bì)免造(zào)成(chéng)雙方的(de)經濟損失。雖然(rán)一次性投入成本較(jiào)高(gāo)，但(dàn)從長(zhǎng)期、穩(wěn)定(dìng)的運行(háng)角度來考慮，會(huì)比單孔(kǒng)闆更有(yǒu)效率 。

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