摘要：某冶(yě)煉企業每年用氧(yǎng)氣量約4億立方米(mǐ)，流量計量♈稍有偏(piān)差，每年可能造成(cheng)上百萬的損失。故(gù)對幾種可應用于(yú)大口徑管道氣體(tǐ)流量計 進行了對(duì)比分析，發現 平衡(héng)流量計 有良好的(de)正确率和穩定性(xìng)，項目最終采用了(le)平衡流量計作爲(wei)貿易計量器具。
國(guó)内冶煉企業配套(tào)空分項目大多是(shì)企業内部運營管(guan)理🌈。随❓着制氧技術(shù)的發展和人力物(wu)力成本的上升，冶(yě)煉企業越來越傾(qīng)向于将制氧系統(tong)通過BOO(Building-Owning-Operation)的方式交給(gei)專業團隊來建設(she)運營，再通過購買(mai)氣體的方式獲得(de)氧氣，這就涉及到(dao)供氣方與🔱用氣方(fāng)之🆚間的貿易計量(liàng)。企業正常生産時(shí)對純度爲99．6%的高純(chun)氧需量爲47000Nm3/h，最大需(xu)量爲54000Nm3/h，最小需量爲(wèi)10000Nm3/h，氧氣輸送管道通(tong)徑達1200mm。通👈過對杭氧(yang)等國内空分廠🔞家(jia)調查發現，其計🤟量(liàng)儀表多采用 标準(zhun)孔闆流量計 ，少量(liang)采用巴類等均速(sù)管流量計。而法國(guó)液化空氣、德國林(lin)德等國外廠家中(zhōng)熱式氣體質量流(liú)量計也廣泛使用(yòng)🐕，并開始嘗🚶‍♀️試使用(yong)新型平衡流量計(ji)用于貿易結❓算。
　　雖(suī)然巴類流量計采(cai)用的子彈頭截面(mian)傳感器，實驗室測(ce)量精度☎️提高到0．72%，但(dan)工業現場影響其(qi)測量精度的因素(su)過多，此處隻📧對标(biāo)🏃‍♀️準孔闆流量計、熱(re)式氣體質量流量(liàng)計和🤞平衡流量計(jì)進行比較🐅。
1流量計(jì)的特點
1．1标準孔闆(pan)流量計
　　标準孔闆(pǎn)流量計是一種廣(guang)泛使用的流量計(jì)，孔闆的特征尺寸(cun)和加工工藝按照(zhao)國家标準GB/T2624．2-2006執行，檢(jian)定按JJG640-2016執行。标準孔(kǒng)⭐闆流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量計的優點(dian)是制造簡單，一般(bān)不需要實流标定(dìng)就可直接投⛷️入使(shi)用。缺點較多，标準(zhǔn)孔闆有一個銳角(jiǎo)，長期使用存在“銳(ruì)角磨損”問題，測量(liang)精度随時間推移(yi)越來越低。其次💃計(jì)量院對标🔞準孔闆(pan)一般采用物理檢(jian)定，也就是測量幾(jǐ)何尺寸和銳角偏(pian)差，有特殊要求時(shi)才用水進行實流(liu)檢定，測量誤差在(zai)±(1%～5%)之間。同🤞時标準孔(kǒng)闆壓損大🙇🏻，量程比(bi)小(爲3∶1)，安裝要求直(zhi)管段滿足前10D後💜5D［1］。

　　盡(jin)管标準孔闆有如(ru)此多的缺點，但其(qi)制造、檢定過程均(jun1)按國家标準執行(hang)，故在貿易計量中(zhōng)仍被大量使用。要(yào)求量程比至🈲少達(dá)到6∶1，标準孔闆流量(liang)計無法滿足使用(yong)要求。
1．2熱式氣體質(zhì)量流量計
　　熱式氣(qì)體質量流量計 是(shi)基于金氏定律的(de)一種插入式流量(liàng)計，适合大管道流(liú)體測量，FCI、Sierra、Kurz這3個品牌(pái)的熱式氣體質量(liàng)流量計已🌏有幾十(shi)年的曆史。熱🌏式氣(qi)體質量流量計理(li)論模型爲:
H=ΔTCpM(1)
式中
Cp———定(dìng)壓比熱容，與氣體(ti)種類有關;
H———加熱電(dian)功率;
M———質量流量;
ΔT———兩(liǎng)個探頭的溫差。
　　式(shi)(1)可以引出兩種類(lei)型的産品:恒溫差(cha)型和恒功率型。兩(liang)類傳感器都由兩(liang)個并排的 熱電阻(zu) 組成，其中一個普(pǔ)通熱電阻測量管(guan)道内氣體的溫度(du)㊙️，另一個熱電阻帶(dài)加熱絲由電流進(jin)行加熱，當氣體流(liú)經熱電阻，就會⁉️有(you)冷卻效應帶走熱(re)量。由式(1)可知，對于(yu)恒溫差型流量計(ji)溫差ΔT恒定，當💁質量(liàng)流量M增⛷️加時，冷卻(que)效應就增加，爲保(bao)持兩個熱電🌈阻的(de)溫差恒定所需的(de)加熱功率H增加，而(ér)加在加熱電阻上(shang)的功率H與質量流(liu)🤞量M成正比，測量功(gong)率H的大小可以計(ji)算出流過管道的(de)氣體質量。對于恒(héng)功率型，加在加熱(re)電阻上的功率H始(shi)終保持恒定，在介(jiè)質靜止時溫差最(zui)大，随着介質流動(dong)溫差減小，溫差ΔT與(yu)質量流量✍️M成反比(bi)，通過測量溫差的(de)變化來獲取流量(liang)的變化［2］。恒溫差型(xing)響應速度快，在🌏流(liu)速低到0．1Nm/s時都能保(bǎo)持很好的線性，随(suí)着速度增大，精度(dù)降低。而恒功率型(xing)适合高速介質，流(liú)速高達400Nm/s以上還可(kě)測量，但⭕兩種類型(xíng)的熱式流量計對(dui)于導熱性極好的(de)氫氣等介質都不(bú)适用。
熱式氣體質(zhì)量流量計測量的(de)是質量流量，無需(xū)溫壓補♻️償，響💃🏻應快(kuai)［3］，高性能型号實驗(yan)室測量誤差爲±0．1%ＲS±0．5%FS，在(zài)要求高精度時多(duō)采用網格法來确(què)認安裝的最佳🛀🏻插(chā)入深度，同時可在(zài)管🥵道同一截面不(bú)同位置安裝多支(zhi)傳感🍉器取平均值(zhí)作爲最終流體流(liu)量，現在FCI某系列的(de)流量計上帶有2～3對(dui)🌈傳感器。
1．3平衡流量(liàng)計
　　A+K平衡流量計最(zui)早是NASA針對航天飛(fēi)機的主發動機液(yè)氧測量而🤩發明的(de)一種流量計。它相(xiàng)當于一個帶整流(liu)器的多孔孔闆，每(měi)個孔的尺寸和分(fèn)布基于獨特🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的公(gong)式和測試數據定(dìng)制，數量一般爲4～26個(ge)，開孔數量、分布及(ji)大小等參數都在(zai)美國計算，國内按(an)照計算🔞結果加工(gong)制🌈作。當流體從多(duō)個孔中流過時，渦(wō)流明顯減少，形成(chéng)的是平衡穩定的(de)流場，通過取壓裝(zhuang)置可獲得穩定的(de)壓差信号，根據伯(bó)努利方程計算出(chū)👉體積流量，溫壓補(bǔ)償後得到最終流(liu)量。常🏃🏻‍♂️規量程比爲(wei)10∶1～7∶1，最大可🙇🏻以做到30∶1，無(wu)銳角，可雙向測量(liang)，永久壓力損失爲(wei)标準孔闆的1/3～1/2，由于(yú)降低了渦流、振動(dong)和信号噪㊙️聲，流場(chǎng)穩定🐪，測量精度比(bǐ)标準孔闆流量計(ji)高5～10倍，穩♊定性✏️更好(hao)［4］。缺點是爲非标産(chǎn)品。爲保證現場測(cè)量精度和便于計(jì)量院檢定，一般采(cǎi)用💋管道式平衡流(liu)量計，質量大，安裝(zhuang)運輸不方便。
2流量(liàng)計檢定
2．1标準孔闆(pǎn)流量計
　　标準孔闆(pǎn)流量計的檢定在(zài)第1．1節已提及，此處(chu)不再贅述。
2．2熱式氣(qì)體質量流量計
　　熱(re)式氣體質量流量(liàng)計出廠時要進行(hang)實溫實壓實流标(biāo)✉️定⭐，可溯源到NIST。目前(qian)隻有美國本土有(yǒu)實流标定實驗室(shi)。在🙇‍♀️國内省級㊙️計量(liàng)院一般進行N2、O2、CO及NO等(děng)接近理🌂想氣體雙(shuang)原子氣體檢🏒定時(shí)，不進行實流檢定(ding)，而是直接用空氣(qi)作爲介質，根據下(xià)式進行計算:
H=ΔTCpM=ΔTCpρVt(2)
式中(zhong)
t———時間;
V———流速;
ρ———密度。
　　根(gēn)據式(2)可知測量出(chū)某一時間段t内管(guan)道的空氣平均流(liu)🌈速V，得到😍空氣的質(zhì)量流量，再通過空(kong)氣和氧氣定壓比(bǐ)熱容關系換算爲(wei)🔆氧氣的質量流量(liang)。轉換過程中一般(bān)有±1%ＲS±1%FS的誤差。
2．3平衡流(liu)量計
　　平衡流量計(jì)不是标準件，使用(yòng)前需要送至計量(liang)院對測量精度和(he)重複性進行檢定(ding)，流通介質爲水，送(song)檢前設備廠家會(hui)以氧氣和水的雷(lei)諾數爲橋梁出一(yī)份介質爲水的計(ji)算書，給計量院作(zuò)爲參考。爲避免安(an)裝過程對測量精(jing)度造成過大幹擾(rao)，選用管道☁️式平衡(heng)流量計，通徑1200mm，在東(dōng)南地區能實流檢(jian)定1000mm以上🤞孔闆的計(jì)量院僅有開封市(shi)的國家水大流量(liang)計量站和常州市(shì)計量測試技術研(yan)究所，而且檢定周(zhōu)期長。
　　檢定過程遵(zun)照JJG640-2016［5］采用标定流出(chu)系數的方法，流出(chu)系數公式爲:

式中(zhong)
Cij———第i檢定點第j次檢(jiǎn)測的流出系數值(zhí);
D———管道内徑，mm;m———節流面(mian)積比;
(qs)ij———第i檢定點第(dì)j次檢測标準流量(liàng)值，m3/h;
Δpij———第i檢定點第j次(ci)檢測标準壓差值(zhí)，kPa;
ρ1———水的密度，kg/m3。
　　根據式(shi)(3)可知，隻要測出第(di)i檢定點第j次标準(zhǔn)流量值🚶和第🔞i檢定(ding)點第j次壓差值就(jiù)可得到流出系數(shù)，标準流量值可通(tōng)過标準電磁流量(liang)計讀出，壓差值可(kě)通過平衡流量計(ji)上安裝的标準差(chà)壓變送器讀出。檢(jiǎn)定過程中選取Qmax、3/4Qmax、1/2Qmax、1/4Qmax、Qmin共(gòng)計5個點，每個點測(ce)量4次。标準流量🐕值(zhi)和壓差值由計算(suàn)機系統自動采集(ji)，得到平衡流量計(jì)的Cij。
各檢測點流出(chu)系數Ci爲:

3對比結論(lùn)
　　從功能特點對比(bǐ)3種類型的流量計(jì)可以發現，标準孔(kong)闆流量計🈲爲标準(zhǔn)件，精度不高、重複(fú)性差、價格低🐇，量程(cheng)比3∶1，不能滿足目的(de)要🏒求。熱式氣體質(zhi)量流量計量程比(bi)可達100∶1，直接測量氣(qi)體質量流量，無需(xū)溫壓補🤞償，但是對(duì)測量氣體組分要(yao)求較高，氣體内不(bu)能含水，且組分不(bu)能有變化，否則會(hui)嚴重影🧡響測量精(jing)度。同時直管段要(yào)求較高，一般爲前(qián)20D後5D，對于前方有兩(liǎng)個不同向的彎頭(tou)時，要求前50D後5D。A+K平衡(heng)流量計基于壓差(chà)測量流量原理，可(ke)靠性高，量程比在(zài)10∶1左⛷️右，重複性和長(zhǎng)期穩定性好，所需(xu)🔞前後直管段短(前(qián)2D後2D)，永久壓損較低(dī)，節約能源。但需要(yao)✨溫壓補償，計量精(jing)度爲整⁉️個系統的(de)精⭐度，價格也随管(guan)徑的增大而增大(dà)，大管🐉徑流量計價(jia)格更是成倍增加(jiā)。
　　從檢定角度對比(bi)，标準孔闆流量計(ji)一般進行幾何檢(jian)定，可😍信度低。熱式(shì)氣體質量流量計(ji)省級計量院可用(yòng)标流速的方法進(jin)行檢定，拆下檢修(xiu)或标定期間可不(bú)🌐停氣，不影響生産(chǎn)，但是📱計量院🥰檢定(ding)誤差較大。A+K平衡流(liú)量計需通水進行(háng)檢定，檢定結論可(ke)信度高，但大管徑(jing)流量計檢定比較(jiao)困難，東南地區僅(jin)兩家計量院可檢(jian)定。綜上所述，除檢(jiǎn)定困難以外，A+K平衡(héng)🔞流量計更能滿足(zú)企業對🐪計量準确(què)性和長期穩定性(xing)🚩的需求，加上檢定(dìng)周期爲兩年甚至(zhì)更長，不需要頻繁(fán)檢定。
4結束語
　　兩套(tao)同批次同類型的(de)平衡流量計分别(bie)安裝在供氣方和(he)用氣方廠區交界(jie)處，計量院檢定結(jie)果顯示，其中一套(tào)平衡㊙️流量計精♌确(que)度爲±0．6031%，另一套精度(du)爲±0．5538%，重複性均優于(yú)0．01%。實際運行過程中(zhong)，兩套流🔞量計最大(dà)示值偏差遠低于(yú)1%，優于合同中商定(ding)的允許最大3%的偏(piān)差。

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