摘要: 孔闆流量計(jì) 是流量檢測領域(yu)較爲傳統的方法(fǎ)，技術成熟，應用行(háng)㊙️業廣泛，有⛷️較高的(de)可信度，由于目前(qián)制造精度的提高(gao)，所以無論🌏在計量(liàng)精度、可靠性、維修(xiu)護用等方面都比(bi)其他計量器具有(yǒu)其自身的優⛷️勢。針(zhēn)對氫氣🔴體的生産(chan)⭐工藝，氫氣計量的(de)特✊點，介紹雙孔闆(pan)流量計 在氫氣計(jì)量系統中的實際(jì)應用情況，闡述了(le)氫氣❗計量🌏系統中(zhōng)相關儀表選型原(yuán)則，過孔闆的安裝(zhuāng)及日常維護方面(mian)，運用㊙️圖表🛀計算分(fen)析雙孔闆在計量(liang)🐇氫氣時的經濟優(you)勢和雙孔闆在運(yun)行中及項目前期(qi)投入上的劣勢;同(tóng)時也對計量相關(guān)模式進行淺析，不(bu)同計量組合會對(duì)計量精度、穩定性(xing)及成本帶來很大(dà)的影響。
0引言
天然(ran)氣制氫生産工藝(yì)是以天然氣爲原(yuán)料生産氫🏃‍♀️氣💰，與♋水(shui)蒸🔞汽進行重整反(fǎn)應，得氫氣産品，然(ran)後通過管道輸送(song)給客戶。氫♌氣相比(bi)其他氣體，價格偏(pian)貴，因此氫氣計量(liang)的準确性㊙️不僅關(guān)系着供需雙方進(jìn)行公平的貿㊙️易結(jie)算，還🏃‍♂️關系到成🔱本(ben)控制，因此整個計(jì)⭐量系統受到各方(fang)的高度🐅重視。
1系統(tong)方案
如圖1所示，整(zhěng)個計量系統由雙(shuāng)孔闆、 差壓變送器(qì) 、 壓力變送器 、 熱電(dian)阻 、 流量積算儀 組(zǔ)成。孔闆與差壓變(biàn)送器組合采集差(cha)壓信号，壓力變送(sòng)器采集壓力信号(hào)與熱電阻采集溫(wēn)度信号組合用于(yú)溫壓補償，經計算(suàn)㊙️後在流量積算儀(yí)中顯示💰。
兩塊孔闆(pan)可根據實際生産(chan)需要串聯、并聯測(ce)量，但同一時刻👨‍❤️‍👨隻(zhī)用一塊孔闆的數(shù)值用于貿易結算(suan)。當在運行過程中(zhong)發現兩塊孔闆有(yǒu)較大的偏差時，操(cāo)⭐作人員會及時查(cha)看曆史趨勢，根據(jù)工藝判斷查找出(chu)有流量突變的一(yī)台，及時送第三方(fang)單位進行檢⚽定。
這(zhè)種采用雙孔闆的(de)計量方式，雖然在(zai)項目建設初期投(tóu)入費用高一些，但(dàn)是如果有偏差出(chū)現而未及時進👉行(hang)幹預，會造成很大(dà)💃的經濟損失。

1.1流量(liàng)計選型
流量計采(cǎi)用EMEＲSON公司的DANIEL品牌孔(kǒng)闆，孔闆原理如圖(tú)2所示。根據伯努利(lì)方程，流體在管道(dao)中流動，當接近阻(zu)攔處時，有一部分(fen)流體㊙️的勢能轉換(huan)成動能，在孔闆的(de)前入口🔱端面壓力(lì)增加;當經過👣節流(liu)元🈲件時，流體逐漸(jiàn)收縮，流速升高，壓(ya)力最小，所以在孔(kǒng)闆上下遊兩⭕側産(chǎn)生壓力❄️差，流量越(yue)大，壓差就越大，孔(kǒng)闆即是通過測量(liàng)壓差來體現流量(liang)大小。其基本公式(shì)如下:

式中:Q工爲工(gōng)況下體積流量(m3/s);C爲(wei)流出系數;爲孔闆(pǎn)直徑與管道内徑(jìng)之比;ε爲膨脹系數(shu)，默認爲1;△P爲孔闆前(qian)後壓差(kPa);ρ1爲介質密(mì)度(kg/m3)

1.2溫壓補償
由于(yu)氣體可以壓縮，随(sui)着壓力、溫度的變(biàn)化，體積也相☂️應地(dì)發生變化，因此需(xu)将工況下的氣體(tǐ)流量換算成😍标況(kuàng)⭐下的體積流量進(jìn)行計量，即标準狀(zhuàng)态下1個标準物理(lǐ)大氣壓(0.101325MPa)、0℃(273.15K)時的流量(liàng)，進行溫🔴壓補償，公(gōng)式♌如下:

式中:Q實爲(wei)實際測量流量;Q設(shè)爲設計流量;P實爲(wei)實測壓力;P設爲設(she)♌計壓力;T實爲實測(ce)溫度;T設爲設計溫(wen)度。
1.3流量積算儀
流(liú)量積算儀采用浙(zhè)大中控的U6-200，IO模塊能(néng)夠處理多種數據(ju)類型，4～20mA、1～5V、歐姆、開關量(liang)和脈沖量輸入以(yǐ)及模拟量、開關量(liang)輸出等，還能夠實(shi)現流量溫壓補償(chang)及流量的分段計(jì)量。根👈據合同💜條款(kuǎn)規定，在程序内設(shè)置流量分段值，可(kě)自動生成日報表(biǎo)🔆、月報表。操作人員(yuan)隻需要選擇要打(dǎ)印的報表日期，及(jí)日報或月報即可(ke)♻️，不能人爲進行修(xiū)改任何數據。
2雙孔(kǒng)闆安裝和使用
儀(yi)表的安裝是儀表(biǎo)運行的重要部分(fèn)，孔闆對安裝的要(yào)求尤其高，它直接(jie)影響計量的誤差(cha)。雙孔闆的安裝與(yǔ)單個孔闆相比，要(yào)💰求更加嚴格。
2.1孔闆(pǎn)安裝方向
孔闆上(shang)下端面裝反，流量(liang)會比實際流量低(dī)，在安裝初期應檢(jian)查🏃管道流向，在孔(kǒng)闆上也有箭頭标(biāo)識，箭🐇頭的方向要(yao)與介質🌐流向一緻(zhi)。在取壓口附近标(biao)有“+”的一端應與流(liú)體上遊管段連接(jiē)，标有“－”的一端應與(yǔ)流體下遊管段連(lián)接。
2.2中心線
孔闆的(de)中心、法蘭中心、管(guan)道中心應在同一(yī)軸線上👨‍❤️‍👨。
2.3直管段長(zhǎng)度
GB/T2624.2-2006表3(無流動調整(zheng)器情況下孔闆與(yu)管徑之間所需的(de)💛直管段)中💯對不同(tóng)情況下孔闆直管(guǎn)段做了詳細分類(lèi)，采用兩塊孔闆A和(hé)B，由于兩塊孔闆上(shàng)遊側存在的阻流(liú)件🙇🏻不同，所以直管(guan)段要求也不相同(tóng)。
根據孔闆計算書(shū)得出β值爲0.37572，A孔闆的(de)上遊側爲一個全(quan)孔🌈球閥和一個三(san)通，需要12D的直管段(duan);B孔闆的流體質量(liang)較差，在其上遊側(ce)有一個截止閥和(he)一個90°彎頭，一個三(san)通，共需要28D的直管(guan)段。
由于現場安裝(zhuang)空間有限，不能滿(man)足28D的直管段要求(qiu)，爲了能😄夠實現較(jiào)好的流體質量，使(shǐ)測量滿足精度要(yào)求♈，因此在孔闆前(qian)面采用整流器。整(zheng)流器安裝如圖3所(suǒ)示，采用DANIEL整流器後(hòu)，直管段🏃‍♂️要求從㊙️28D變(biàn)成17D，解決了現場安(ān)裝空間不足的問(wèn)題。

3計量系統模式(shì)選擇
雙孔闆計量(liang)與單孔闆計量的(de)不同是選擇的檢(jiǎn)測📱元件數量增加(jiā)一倍，所以除了需(xu)要滿足精度要求(qiu)外，成本及第三方(fang)鑒定也是需要着(zhe)重考慮的問題。
計(jì)量系統的整個環(huan)節沒有人工參與(yǔ)，僅僅是利用變送(song)器、熱電阻等相關(guan)設備實時檢測所(suo)涉及的各🐪參數✊，通(tōng)過預設在流🌈量積(ji)算儀軟件的公式(shi)或在PLC中編程來計(jì)算流量。随着技術(shù)的發展，差♋壓流量(liàng)計的計量方法㊙️衆(zhōng)多，主要可分爲以(yi)下兩種模式:檢測(cè)元⭐件+PLC+HMI，檢測元件+流(liú)量積算儀+工控機(ji)。
檢測元件可以分(fèn)爲多參量智能變(biàn)送器與單參變送(sòng)器。多參量變送器(qi)通過一個檢測器(qì)将溫度，壓力，差壓(yā)同時檢測，并在🧡表(biao)頭進行顯示。一般(bān)應用于沒有分段(duàn)計量的模式，結算(suàn)的依據僅僅是流(liu)量的累🔞積值，每月(yue)約定某一時間甲(jia)乙🌈雙方共同讀取(qu)數值。優點是第三(san)方鑒定簡單方便(biàn)，變送器可以單獨(du)校驗，也可以随流(liú)量計一起校驗;缺(quē)點是變送器本身(shēn)🌏沒有存儲💃🏻數據的(de)功能，數據則需要(yao)送到HMI中進行存儲(chu)，而且累積流量需(xu)要将通信協議由(you)Modbus485轉☔換成ModbusTCP/IP後傳輸給(gěi)HMI，硬件成本會相應(ying)增加，且數據容易(yì)丢失。
3.1檢測元件+PLC+工(gong)控機
檢測元件将(jiang)現場壓力、差壓、溫(wēn)度等信号送入流(liu)量計PLC的AI模塊，通🐅過(guò)數據轉換後，在PLC内(nèi)進行編程後計算(suan)出氫氣瞬⚽時流✉️量(liang)、累積流量，再通過(guò)HMI進行顯示。
這種計(ji)量方式是屬于目(mù)前普遍采用的模(mo)式，由于🈲溫壓補償(chang)是由人工在PLC中編(biān)程實現，采用簡化(huà)版溫壓補償公式(shì)，有些參數并沒有(you)在公式中體現，這(zhe)些參數會對計量(liàng)精度有一些影響(xiǎng)。這種💋模式采用硬(ying)件較多，人工參與(yǔ)度較大，可靠性相(xiàng)對較差，信任度🔴較(jiao)低;并且計量系統(tǒng)需要第三方進行(hang)鑒定。
3.2檢測元件+流(liu)量積算儀+工控機(ji)
檢測元件采集到(dào)壓力、差壓、溫度後(hòu)，輸入到流量積算(suan)儀數據📞采集卡，由(yóu)流量積算儀内部(bu)軟件進行溫壓補(bǔ)償後，計算得出氫(qing)氣的瞬時流量、累(lei)積流量等信号。
流(liú)量積算儀的計算(suàn)軟件是固化在其(qi)CPU中，内部程序無法(fǎ)🐅人工更改，操作人(rén)員隻需在其自帶(dài)的觸摸屏🈲上設🥵置(zhì)相關參數，操作簡(jiǎn)🌏單方便。在流量計(ji)算時，會🙇‍♀️比在PLC人工(gong)開發程序精度高(gao)很多，整個系統的(de)可靠性也提高很(hěn)多。
采用流量積算(suàn)儀的優點在于它(tā)除了能夠進行流(liú)量計算、溫壓補償(cháng)以外，還能夠實現(xian)流量的分段計量(liàng)，自動生成日報表(biǎo)、月報🔞表，減少了在(zai)工控機上人📱工編(bian)程實現分段計量(liàng)所産生的誤差。與(yǔ)傳統的計⭕量模式(shi)相比較，流量計算(suàn)及報表的生成都(dou)是在流🛀🏻量積算儀(yi)上實現的，也避免(mian)了在PLC上編程，工控(kòng)機上🥵顯示時兩設(shè)❌備時鍾不同步造(zào)成數據有差異的(de)問題。
随着自動化(huà)技術快速發展，流(liú)量積算儀的功能(néng)也日📧益👌增強，除☁️了(le)能夠實現流量的(de)相關數據處理外(wài)♊，還能🌂夠實現簡單(dan)的㊙️控制功能，适用(yòng)于需要計量且控(kòng)制回路不多☀️的現(xian)場🐅。
4雙孔闆偏差計(jì)算
如圖4所示爲孔(kong)闆運行曲線，12h内平(píng)均偏差爲50.25Nm3，由此可(kě)以⛱️推算💞出🐇一年的(de)偏差約爲440190Nm3。
由圖4可(ke)以看出如果兩塊(kuài)孔闆偏差高出實(shi)際生産需♋求值時(shí)，會造成很大的經(jīng)濟損失，需要及時(shí)查找原因，解決問(wen)題。

5雙孔闆流量計(jì)的優缺點及應用(yong)
5.1雙孔闆流量計的(de)優點
1)孔闆結構簡(jian)單;
2)孔闆屬于标準(zhun)節流裝置，得到國(guo)際組織的認可，可(kě)以采用👅幾何測量(liang)法，不需要實流标(biao)定;
3)孔闆的壓損相(xiàng)對較小;
4)可以與不(bu)同廠家的變送器(qi)配合使用;
5)兩塊孔(kǒng)闆的優點在于當(dāng)發現流量偏差很(hěn)大時，能夠及🏃🏻‍♂️時發(fā)現✨問題，避免了經(jing)濟損失。
5.2雙孔闆流(liu)量計的存在的問(wen)題
1)孔闆的精度在(zai)流量計中屬于中(zhōng)等水平，很多因素(su)都能☎️影響其精度(dù)，在流量小于其量(liang)程30%時，尤爲突出;
2)壓(yā)力損失大;
3)測量範(fan)圍窄，量程比小;
4)有(yǒu)較長的直管段長(zhǎng)度要求，要求安裝(zhuang)有足夠的空間;
5)孔(kǒng)闆以内孔銳角線(xian)來保證精度，對于(yú)腐蝕、磨損、結🥰垢😍、髒(zang)♻️污敏感☔，長期使用(yong)精度難以保證，需(xu)每年拆下🐉強檢一(yī)次🎯;
6)采用法蘭連接(jiē)，易産生跑、冒、滴、漏(lòu)問題，大大增加了(le)維護工作量;
7)雙孔(kong)闆流量計在計量(liang)時需與客戶協商(shang)結算方法，以免引(yǐn)㊙️起異議;
8)成本增加(jia)，維護量增加。
6總結(jié)
由于計量站一般(bān)爲無人值守站，日(rì)常維護帶來一定(ding)的難度，所以在設(she)計計量方案時要(yao)充分考慮操作、維(wéi)🚶護的💰簡要💁性，操作(zuo)簡單，維護方便，而(ér)且要非常可靠，所(suo)以雙孔闆能夠實(shi)現這樣的目❗的。
雙(shuāng)孔闆流量計在實(shi)際應用中并不多(duo)見，主要其成本🏃‍♂️提(tí)高而⭕不被廣泛采(cai)用。但在貿易結算(suan)中，最重要的一條(tiao)原則就📱是保證計(jì)量精度，無論偏差(chà)是正值還是負值(zhí)，對買賣雙方來說(shuo)都🏃🏻是不公平的，所(suo)以兩塊孔闆偏差(chà)較大時🏃🏻‍♂️，應及時分(fèn)析原因，解🏒決問題(tí)，避免造成雙方的(de)經濟損失。雖然一(yī)次性投入成本較(jiao)高，但從長期、穩定(ding)的運行角度來考(kao)慮，會比單孔闆更(gèng)有效率。

以上内容(róng)源于網絡，如有侵(qīn)權聯系即删除!