0 引言(yán)
   天然氣制氫(qing)生産工藝是(shi)以天然氣爲(wei)原料生産氫(qīng)氣，與水蒸汽(qi)進行重整反(fan)應，得氫氣産(chǎn)品，然後通過(guo)管道輸送給(gěi)客戶。氫氣相(xiàng)比其他氣體(ti)，價格偏貴，因(yīn)此氫氣計量(liàng)的準确性不(bu)僅關系着供(gòng)需雙方進行(háng)🙇🏻公平的貿易(yì)結算，還關系(xi)到成本控制(zhì)，因此整個計(jì)量系統受到(dào)各方的高度(du)重視。帶溫壓(ya)補償孔闆流(liu)量計在氫氣(qì)🐪計量中的應(ying)用
1 系統方案(àn)
   如圖 1 所示，整(zheng)個計量系統(tǒng)由雙孔闆、 差(chà)壓變送器 、 壓(ya)力變送器 、 熱(rè)電阻 、流量積(ji)算儀組成。孔(kong)闆與差壓變(biàn)送器組合采(cai)集差壓信号(hao)㊙️，壓力變送器(qi)采集壓力信(xin)号與熱電阻(zu)采集溫度信(xin)号✉️組合㊙️用于(yu)溫壓補償，經(jing)計算後在流(liú)量積算儀中(zhōng)顯示。
   兩塊孔(kǒng)闆可根據實(shi)際生産需要(yào)串聯、并聯測(ce)量，但同一時(shí)刻隻用一塊(kuai)孔闆的數值(zhí)用于貿易結(jié)算。當在運行(hang)過程中發現(xian)兩塊孔闆有(you)較大的偏差(cha)時，操作人員(yuán)👅會及時查看(kan)曆史趨勢🌈，根(gēn)據工藝判斷(duan)查找出有流(liu)量突的一台(tái)，及時送第三(san)方單位進行(hang)檢定。
這種采(cǎi)用雙孔闆的(de)計量方式，雖(suī)然在項目建(jian)設初期投入(rù)費💞用高一些(xie)，但是如果有(you)偏差出現而(ér)未及👉時進行(háng)幹預，會造成(chéng)很大的經濟(jì)損失。

   孔闆原(yuán)理如圖2 所示(shi)。根據伯努利(li)方程，流體在(zai)管道中流動(dòng)，當接近阻攔(lan)處時，有一部(bù)分流體的勢(shì)能轉換成動(dòng)能，在孔闆的(de)📧前入口端面(mian)壓力增加; 當(dang)經過節流元(yuán)件時，流🈲體逐(zhú)漸收縮，流📞速(sù)升高🏃🏻，壓力最(zui)小，所以在孔(kong)闆上下遊兩(liǎng)側産生壓力(lì)差，流量越大(dà)，壓差就越大(da)，孔闆即是通(tong)過測量壓差(chà)來體🌈現流量(liàng)大小🔱。其基本(běn)公式如📱下:


1． 2 溫壓補(bu)償
   由于氣體(tǐ)可以壓縮，随(sui)着壓力、溫度(dù)的變化，體積(ji)也🛀🏻相應地發(fā)生變化，因此(ci)需将工況下(xià)的氣體流量(liàng)換算成标況(kuàng)🛀下的體積流(liú)量進行計量(liàng)，即标準狀态(tai)下 1 個标準物(wu)理大氣壓( 0． 101 325 MPa) 、0 ℃( 273． 15 K) 時(shí)🌈的流量，進行(hang)溫壓補償，公(gōng)式如下:

1． 3 流量(liàng)積算儀
   流量(liàng)積算儀采用(yong)浙大中控的(de) U6-200，IO 模塊能夠處(chu)理多種數據(ju)類✏️型，4 ～20 mA、1 ～5 V、歐姆、開(kai)關量和脈沖(chòng)量輸入以及(jí)模拟量、開關(guan)量輸出等，還(hai)能❤️夠實現流(liu)量溫壓補償(chang)及流量的分(fen)段計量。根據(jù)合同條款規(gui)定，在程📱序内(nei)設置流量分(fen)段值，可自動(dòng)生成日報表(biao)、月報表。操作(zuò)人員隻需要(yao)選擇要打印(yìn)的報表日期(qī)，及日報或月(yue)報即可，不能(neng)人爲進行修(xiu)改任何數據(jù)。
2 雙孔闆安裝(zhuāng)和使用
   儀表(biǎo)的安裝是儀(yi)表運行的重(zhong)要部分，孔闆(pan)對安裝⛹🏻‍♀️的要(yao)求📐尤其😘高，它(tā)直接影響計(ji)量的誤差。雙(shuang)孔闆的安裝(zhuang)♋與單個孔闆(pan)相比，要求更(geng)加嚴格。
2． 1 孔闆(pǎn)安裝方向
   孔(kǒng)闆上下端面(miàn)裝反，流量會(hui)比實際流量(liàng)低，在安裝初(chu)期🏃應檢查管(guǎn)道流向，在孔(kong)闆上也有 箭(jiàn)頭标識，箭頭(tou)的方向要與(yǔ)介質流向一(yī)緻。在取壓口(kǒu)附近标有“+”的(de)一端應與流(liú)體上遊💰管段(duan)連接，标有“－”的(de)一端應與流(liú)體下遊管段(duan)連接。
2． 2 中心線(xiàn)
   孔闆的中心(xīn)、法蘭中心、管(guǎn)道中心應在(zai)同一軸線上(shàng)。
2． 3 直管段長度(du)
   GB / T 2624． 2-2006 表 3( 無流動調(diao)整器情況下(xià)孔闆與管徑(jìng)之間所需的(de)直🧑🏾‍🤝‍🧑🏼管段✏️) 中☂️對(dui)不同情況下(xia)孔闆直管段(duan)做了詳細分(fèn)類，在本項目(mu)中，采用🌍兩塊(kuai)孔闆 A 和B，由于(yu)兩塊孔闆上(shàng)遊側存在的(de)阻流件不🌐同(tong)，所以直管段(duan)要求也不相(xiàng)同。
   根據孔闆(pǎn)計算書得出(chū) β 值爲 0． 375 72，A 孔闆的(de)上遊側爲一(yī)個☎️全孔球閥(fa)和一個三通(tong)，需要 12D 的直管(guǎn)段; B 孔闆的流(liu)體質量較差(chà)🔞，在其上遊💋側(cè)有一個截止(zhi)閥和一個 90°彎(wān)頭🈚，一個三通(tong)，共需要 28D 的直(zhí)管段。由于現(xiàn)場安裝空間(jian)有限，不能滿(mǎn)足 28D 的直管段(duan)要求，爲了能(neng)夠實現較好(hao)的💃🏻流體質量(liang)，使測量滿足(zu)精度要求，因(yīn)此在孔闆前(qian)面采用整流(liú)器。整流器安(an)裝如圖🐉3 所示(shì)，采用 DANIEL 整流器(qì)後🏃🏻，直管段要(yào)求從 28D 變成 17D，解(jiě)決👌了現場安(an)👣裝空間不足(zu)的問題 。

3 計量系統(tong)模式選擇
   雙(shuang)孔闆計量與(yu)單孔闆計量(liàng)的不同是選(xuǎn)擇的檢測元(yuan)🌈件數量🌈增加(jiā)一倍，所以除(chu)了需要滿足(zu)精度要求外(wài)，成本及第三(sān)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼方鑒定也是(shì)需要着重考(kao)慮的問題。
   計(ji)量系統的整(zhěng)個環節沒有(you)人工參與，僅(jin)僅是利用變(biàn)💯送器、熱電阻(zǔ)等相關設備(bèi)實時檢測所(suo)涉及的各參(can)數，通過預設(she)在流量積算(suan)儀軟件的公(gōng)式或在 PLC 中編(biān)程來計算流(liú)量。随着技術(shu)的✏️發展，差壓(yā)流量計的計(ji)量方法衆多(duo)，主要可分爲(wei)以下兩種模(mó)式: 檢測元件(jiàn)+PLC+HMI，檢測元件+流(liú)量積算儀+工(gong)控機。
   檢測元(yuán)件可以分爲(wei)多參量智能(neng)變送器與單(dān)參變送器。多(duo)參量變送器(qi)通過一個檢(jian)測器将溫度(dù)，壓力，差壓同(tóng)時檢測✨，并在(zai)🌈表頭進行顯(xiǎn)示。一般應用(yong)于沒有分段(duan)計量的模式(shi)，結🏃‍♀️算的依🔴據(jù)僅僅是流量(liang)的累積值，每(mei)月♋約定某一(yī)時間甲乙雙(shuang)方共同💋讀取(qu)數值。優點是(shì)第三方鑒定(ding)簡單方便，變(biàn)送器可以單(dān)獨校‼️驗，也可(kě)以随✂️流量計(ji)一起校驗; 缺(que)點是變送器(qi)本身沒有存(cún)儲💔數據的功(gong)能，數🏒據則需(xū)要送到 HMI 中進(jin)行存🐉儲，而且(qiě)累積流量需(xū)要将通信協(xie)議由 Modbus485 轉換成(chéng) Modbus TCP/IP 後傳輸給HMI，硬(ying)件成本會相(xiàng)應增加，且數(shù)據容易丢失(shī)。因此📱，在本項(xiang)目中沒有采(cai)用多參量變(biàn)送器。
3． 1 檢測元(yuán)件+PLC+工控機
   檢(jiǎn)測元件将現(xian)場壓力、差壓(yā)、溫度等信号(hao)送入流量計(jì) PLC 的 AI 模塊，通♍過(guò)數據轉換後(hou)，在 PLC 内進行編(bian)程後計算出(chū)氫氣瞬時流(liú)量、累積流量(liàng)，再通過 HMI 進行(háng)顯示。
   這種計(jì)量方式是屬(shu)于目前普遍(bian)采用的模式(shi)，由于💘溫壓補(bu)償是由人工(gong)在 PLC 中編程實(shí)現，采用簡化(hua)版溫壓補償(chang)公式，有些參(can)數并沒有在(zai)公式中體現(xian)，這些✂️參數會(huì)對計量精度(du)有一些影響(xiǎng)。這種模式采(cǎi)用硬件較多(duō)，人工參與度(du)較大，可靠性(xìng)相對較🔴差，信(xin)任度⭐較低; 并(bing)且計🐉量系統(tǒng)需要📧第三方(fang)進行鑒定。
3． 2 檢(jiǎn)測元件+流量(liang)積算儀+工控(kòng)機
   檢測元件(jian)采集到壓力(li)、差壓、溫度後(hòu)，輸入到流量(liàng)積♍算儀數據(ju)采集卡，由流(liú)量積算儀内(nei)部軟件進行(hang)溫壓補償後(hòu)，計算得出🔆氫(qing)氣的瞬時流(liú)量、累積流量(liang)等信号。流量(liàng)積算儀的計(jì)算軟件是固(gu)化在其 CPU 中，内(nei)部程序無法(fa)💚人工更改，操(cāo)作人員❌隻需(xu)在其♍自帶的(de)觸摸屏上設(she)置♻️相關參數(shu)，操作簡單方(fang)便🚶。在流量計(ji)算時，會比在(zài) PLC 人工開發程(cheng)序精度♍高很(hěn)多，整個系統(tǒng)的可靠性也(ye)提高很多。
   采(cǎi)用流量積算(suàn)儀的優點在(zai)于它除了能(neng)夠進行流💔量(liang)💯計算、溫壓補(bǔ)償以外，還能(néng)夠實現流量(liàng)的分段計量(liàng)，自動生成日(ri)報表🚶‍♀️、月報表(biao)，減少了在工(gōng)控機上人工(gong)編程實現分(fen)段計量所産(chǎn)生的誤差♋。與(yǔ)傳統的計量(liang)模式相比較(jiào)，流量計算及(jí)報表的生成(chéng)‼️都是在流❗量(liàng)積算儀上實(shí)現的，也避🎯免(mian)了在 PLC 上編程(cheng)，工控機上顯(xian)示時兩設備(bei)時鍾不同步(bù)造成數據有(yǒu)差異的問題(ti)。随着自動化(hua)技術快速發(fa)展，流量積算(suàn)儀的功能也(yě)日益增強，除(chú)了能🧑🏽‍🤝‍🧑🏻夠實現(xiàn)流量的相關(guan)數據處理外(wài)，還能夠實現(xian)簡單的控制(zhì)功能，适用于(yu)需要計量且(qiě)控制回路不(bu)多的現場。
4 雙(shuang)孔闆偏差計(jì)算

如圖4 所示(shi)爲孔闆運行(háng)曲線，12 h 内平均(jun)偏差爲50．25Nm3，由此(cǐ)可以推算☔出(chū)一🔞年的偏差(chà)約爲440 190 Nm3。
由圖 4 可(kě)以看出如果(guǒ)兩塊孔闆偏(piān)差高出實際(jì)生産🐕需求❓值(zhi)🐇時，會造成很(hěn)大的經濟損(sǔn)失，需要及時(shí)查找原因☔，解(jie)決問題💁 。
圖 4 流(liú)量曲線圖
5 帶(dài)溫壓補償孔(kǒng)闆流量計的(de)優缺點及應(yīng)用
5． 1 帶溫壓補(bǔ)償孔闆流量(liang)計的優點
1) 孔(kǒng)闆結構簡單(dan);
2) 孔闆屬于标(biāo)準節流裝置(zhi)，得到國際組(zǔ)織的認
可，可(ke)以采用幾何(he)測量法，不需(xū)要實流标定(dìng);
3) 孔闆的壓損(sun)相對較小;
4) 可(ke)以與不同廠(chang)家的變送器(qi)配合使用;
5) 兩(liang)塊孔闆的優(yōu)點在于當發(fa)現流量偏差(cha)很大時，能夠(gou)及時發✏️現問(wèn)題 ，避免了經(jing)濟損失。
5． 2 帶溫(wen)壓補償孔闆(pan)流量計的存(cun)在的問題
1) 孔(kong)闆的精度在(zài)流量計中屬(shu)于中等水平(píng)，很多因素都(dou)能影響其精(jīng)度，在流量小(xiao)于其量程 30% 時(shí)，尤爲突出;
2) 壓(ya)力損失大;
3) 測(ce)量範圍窄，量(liang)程比小;
4) 有較(jiao)長的直管段(duàn)長度要求，要(yào)求安裝有足(zú)夠的空間;
5) 孔(kǒng)闆以内孔銳(rui)角線來保證(zhèng)精度，對于腐(fu)蝕、磨損、結垢(gòu)🏃、髒污敏感，長(zhang)期使用精度(du)難以保證，需(xu)每年拆下強(qiáng)檢一次;
6) 采用(yòng)法蘭連接，易(yi)産生跑、冒、滴(dī)、漏問題，大大(da)增加了💚維護(hù)工♈作量⛷️;
7) 帶溫(wen)壓補償孔闆(pǎn)流量計在計(jì)量時需與客(ke)戶協商結算(suan)方法，以免引(yǐn)起異議;
8) 成本(běn)增加，維護量(liang)增加。
6 總結
由(yóu)于計量站一(yi)般爲無人值(zhi)守站，日常維(wéi)護帶來一定(dìng)的難☂️度，所以(yi)在設計計量(liang)方案時要充(chong)分考慮操作(zuò)、維護的🙇🏻簡要(yào)性，操作簡單(dan)，維護方便，而(er)且要非常可(ke)靠，所以雙孔(kong)闆能夠實現(xian)這樣的目的(de)。帶溫壓補償(cháng)孔闆流量計(jì)在實際應用(yong)中☂️并不多見(jian)，主要其成🈲本(ben)提高而不被(bei)廣泛采用。但(dàn)在貿易結算(suan)中，最重要的(de)一條原則就(jiu)是保證計量(liàng)精度，無論偏(pian)差是正值還(hai)是負值，對買(mai)賣雙方來說(shuō)都是不公平(ping)的，所以兩塊(kuài)孔闆偏差較(jiao)大時，應及時(shí)分析原因，解(jie)⛱️決問題，避免(miǎn)造成雙方的(de)經濟損失。雖(suī)然一次性投(tou)入成本較高(gāo)，但從長期、穩(wěn)定的運行角(jiao)度來考慮，會(hui)比單孔闆更(gèng)有效率 。

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