摘要(yào): 孔闆流量(liang)計 是流量(liang)檢測領域(yu)較爲傳統(tǒng)的方法，技(ji)術成熟，應(yīng)用行業廣(guǎng)泛，有較高(gāo)的可信度(dù)，由于目前(qian)制造精度(du)的提高，所(suo)以無論在(zai)計♋量精度(du)、可靠性、維(wéi)修護用等(děng)方面都比(bǐ)其他計量(liang)器具有其(qí)自身的優(yōu)🔴勢。針對氫(qing)氣體的生(sheng)産工藝，氫(qing)氣🛀🏻計量的(de)特點，介紹(shao)雙孔闆流(liú)量計 在氫(qing)氣計量系(xì)統中的實(shí)際應用情(qíng)況，闡述了(le)氫氣計🐆量(liang)系統㊙️中😄相(xiàng)關儀表選(xuan)型原則，過(guo)孔闆的安(an)裝及日常(cháng)維護方面(mian)，運用🌈圖表(biǎo)計算分析(xi)雙孔闆在(zai)計量氫氣(qi)時的經濟(ji)優勢和雙(shuāng)孔闆在運(yun)行中及項(xiàng)目前✔️期投(tóu)入上的劣(liè)勢;同時也(ye)對計🥰量相(xiang)關模式進(jìn)行淺析，不(bu)同計量組(zǔ)合會對計(jì)量精度、穩(wěn)定性及成(chéng)本帶來很(hen)大的影響(xiǎng)。
0引言
天然(rán)氣制氫生(shēng)産工藝是(shì)以天然氣(qi)爲原料生(shēng)産氫氣，與(yu)水👈蒸汽進(jin)行重整反(fǎn)應，得氫氣(qì)産品，然後(hou)通過管道(dao)輸送☎️給客(kè)戶。氫氣相(xiàng)比其他氣(qi)體，價格偏(piān)貴，因此氫(qing)氣❗計量的(de)準确性不(bú)僅關系着(zhe)供需雙方(fāng)進行公平(píng)的貿易結(jie)算，還關系(xi)到成本控(kòng)制，因此整(zhěng)個計🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量系(xi)統受到🌐各(ge)方的高度(du)重視。
1系統(tǒng)方案
如圖(tú)1所示，整個(gè)計量系統(tong)由雙孔闆(pan)、 差壓變送(song)器 、 壓力變(bian)送器 、 熱電(diàn)阻 、 流量積(jī)算儀 組成(cheng)。孔闆與差(chà)壓變送器(qi)組合采集(jí)差壓信号(hao)，壓力變送(sòng)器采集壓(yā)力信号與(yǔ)熱電阻采(cai)集溫度信(xin)号組㊙️合用(yong)于溫壓補(bǔ)償，經計算(suan)後在流量(liàng)積算儀中(zhōng)顯示。
兩塊(kuai)孔闆可根(gēn)據實際生(shēng)産需要串(chuan)聯、并聯測(ce)量，但同一(yi)時刻隻用(yòng)一塊孔闆(pan)的數值用(yòng)于貿易結(jié)算。當在運(yùn)行過程中(zhong)發現兩塊(kuai)孔闆有較(jiào)大的偏差(chà)時，操🌍作人(rén)員會及時(shí)❓查看曆史(shi)趨勢，根據(ju)工㊙️藝判斷(duàn)查找出有(yǒu)流量突變(biàn)的一台，及(jí)時送✂️第三(san)方單位進(jìn)行檢🧡定。
這(zhe)種采用雙(shuāng)孔闆的計(jì)量方式，雖(suī)然在項目(mù)建設初期(qī)投入費用(yong)高一些，但(dàn)是如果有(you)偏差出現(xiàn)而未及時(shí)進行幹預(yu)，會造成很(hen)大的經濟(jì)損失。

1.1流量(liàng)計選型
流(liu)量計采用(yòng)EMEＲSON公司的DANIEL品(pin)牌孔闆，孔(kong)闆原理如(rú)圖2所示。根(gēn)據伯🏒努利(lì)方程，流體(tǐ)在管道中(zhong)流動，當接(jie)近阻攔處(chu)時‼️，有一部(bù)分流體的(de)勢能轉換(huàn)成動能，在(zài)孔闆的前(qián)入口端面(miàn)壓力增加(jiā);當經過節(jie)流元件時(shí)，流體逐漸(jian)收縮，流速(sù)升高，壓力(li)最小，所以(yǐ)在孔闆上(shàng)下遊兩側(ce)産生壓力(lì)差，流量越(yue)大☁️，壓差就(jiu)越大，孔闆(pǎn)即是通過(guo)測量壓差(chà)🙇🏻來⭐體現流(liú)量大小。其(qí)基本公式(shì)如下:

式中(zhong):Q工爲工況(kuang)下體積流(liu)量(m3/s);C爲流出(chū)系數;爲孔(kong)闆直徑⭕與(yu)✨管道内徑(jing)之比;ε爲膨(péng)脹系數，默(mò)認爲1;△P爲孔(kǒng)闆前後壓(ya)差(kPa);ρ1爲介質(zhì)密度(kg/m3)

1.2溫壓(yā)補償
由于(yú)氣體可以(yi)壓縮，随着(zhe)壓力、溫度(du)的變化，體(ti)積也🐆相應(yīng)🈲地發生☎️變(biàn)化，因此需(xu)将工況下(xià)的氣體流(liú)量換算成(chéng)标況下的(de)✍️體積流量(liang)進行計量(liang)，即标準狀(zhuàng)态下1個标(biao)準物理大(dà)📱氣壓(0.101325MPa)、0℃(273.15K)時的(de)流量，進行(hang)溫壓補償(cháng)，公式如下(xià):

式中:Q實爲(wei)實際測量(liàng)流量;Q設爲(wei)設計流量(liàng);P實爲實測(cè)壓力;P設⭕爲(wèi)🤞設計壓力(li);T實爲實測(ce)溫度;T設爲(wèi)設計溫度(du)。
1.3流量積算(suàn)儀
流量積(ji)算儀采用(yòng)浙大中控(kong)的U6-200，IO模塊能(néng)夠處理多(duo)種數據類(lèi)型，4～20mA、1～5V、歐🥰姆、開(kai)關量和脈(mò)沖量輸入(rù)以及模拟(ni)量、開關量(liàng)輸出等，還(hái)能夠實現(xian)流量溫壓(yā)補償及流(liu)量的分段(duan)計量。根據(ju)合同條款(kuǎn)規定，在程(chéng)序内設置(zhì)流量分段(duàn)值📱，可自動(dong)生成日報(bào)表、月報表(biǎo)。操作人員(yuán)隻🏃‍♀️需要選(xuǎn)擇要打印(yin)的報表日(ri)期，及日報(bào)📱或月報即(ji)可，不能人(rén)爲進行㊙️修(xiu)改任何數(shù)據。
2雙孔闆(pan)安裝和使(shi)用
儀表的(de)安裝是儀(yí)表運行的(de)重要部分(fen)，孔闆對安(ān)裝的要求(qiu)🥵尤其高，它(tā)直接影響(xiang)計量的誤(wù)差。雙孔闆(pan)的安裝與(yǔ)單個孔闆(pan)相比，要求(qiú)更加嚴格(gé)。
2.1孔闆安裝(zhuāng)方向
孔闆(pǎn)上下端面(mian)裝反，流量(liàng)會比實際(jì)流量低，在(zài)安裝初期(qī)㊙️應📐檢查管(guan)道流向，在(zai)孔闆上也(yě)有箭頭标(biāo)識，箭頭的(de)方向要與(yu)介質流向(xiàng)🤞一緻。在取(qǔ)壓口附近(jìn)标有“+”的一(yi)端應與流(liu)😄體上遊㊙️管(guǎn)段連🌈接，标(biāo)有“－”的一端(duan)應與流體(tǐ)下遊管段(duan)連接🏃。
2.2中心(xin)線
孔闆的(de)中心、法蘭(lan)中心、管道(dao)中心應在(zài)同一軸線(xian)上。
2.3直管段(duàn)長度
GB/T2624.2-2006表3(無(wu)流動調整(zheng)器情況下(xia)孔闆與管(guǎn)徑之間所(suǒ)需的直管(guǎn)段)中對不(bu)同情況下(xia)孔闆直管(guǎn)段做了詳(xiáng)細分類，采(cai)用兩塊孔(kǒng)闆A和B，由于(yu)兩塊孔闆(pǎn)上遊側存(cun)在的阻流(liu)件不同，所(suo)🐇以直管🌐段(duan)要求也不(bú)相同。
根據(jù)孔闆計算(suàn)書得出β值(zhi)爲0.37572，A孔闆的(de)上遊側爲(wèi)一個全孔(kong)球🍉閥和一(yī)個三通，需(xu)要12D的直管(guan)段;B孔闆的(de)流體質量(liang)❌較差，在其(qí)上遊側有(you)一個截止(zhǐ)閥和一個(ge)90°彎頭，一個(ge)三通，共需(xū)要28D的直管(guǎn)段。
由于現(xiàn)場安裝空(kōng)間有限，不(bú)能滿足28D的(de)直管段要(yào)求，爲了能(neng)夠🧡實現較(jiào)好的流體(tǐ)質量，使測(ce)量滿足精(jing)度🧡要求，因(yīn)此在孔闆(pan)前面采用(yong)整流器。整(zhěng)流器安裝(zhuāng)如圖3所示(shi)，采用DANIEL整流(liú)器後，直管(guan)段要求從(cong)28D變成17D，解決(jué)了現場安(ān)裝空間不(bu)足的問題(ti)。

3計量系統(tǒng)模式選擇(zé)
雙孔闆計(jì)量與單孔(kǒng)闆計量的(de)不同是選(xuǎn)擇的檢測(ce)元件數量(liàng)增加一倍(bèi)，所以除了(le)需要滿足(zu)精度要求(qiu)🐇外，成本及(ji)💃🏻第三👅方鑒(jiàn)定也是需(xu)要着重考(kao)慮的問題(tí)。
計量系統(tǒng)的整個環(huán)節沒有人(rén)工參與，僅(jǐn)僅是利用(yòng)變送器、熱(rè)電阻等相(xiàng)關設備實(shi)時檢測所(suo)涉及的各(gè)🌐參數，通過(guo)預設在流(liu)量積算儀(yí)軟件的公(gong)式或在PLC中(zhōng)編程來✌️計(jì)算流量。随(sui)着技術的(de)🔴發展，差壓(yā)流量計的(de)計量方法(fa)衆多，主要(yao)可分爲以(yi)下兩種模(mo)式:檢測元(yuán)📞件+PLC+HMI，檢測元(yuan)件+流量積(jī)算儀+工控(kòng)機。
檢測元(yuán)件可以分(fen)爲多參量(liàng)智能變送(sòng)器與單參(can)變送器。多(duo)參量變送(sòng)器通過一(yī)個檢測器(qì)将溫度，壓(ya)力，差壓同(tóng)時檢測，并(bìng)在表頭進(jin)行顯示。一(yī)般應用于(yu)沒👌有分段(duan)🏃‍♂️計量的模(mó)式，結算的(de)依📱據僅僅(jin)是流量的(de)累積值，每(mei)月🚩約定某(mǒu)一🈲時間甲(jia)乙雙方共(gong)同讀取數(shu)值。優點是(shi)第三方鑒(jiàn)定簡單🌂方(fang)便，變送器(qi)可以單獨(dú)校👨‍❤️‍👨驗，也可(ke)以随流量(liang)計一起校(xiao)驗;缺點是(shi)變送器本(ben)身沒有存(cún)儲數據的(de)功能，數據(ju)則需要👅送(sòng)到HMI中進行(hang)存儲，而且(qiě)累積流量(liàng)需⭐要将通(tong)信協議由(yóu)Modbus485轉換成ModbusTCP/IP後(hou)傳輸給HMI，硬(ying)件成本會(huì)相應增加(jia)，且數據容(róng)易丢失。
3.1檢(jiǎn)測元件+PLC+工(gōng)控機
檢測(cè)元件将現(xian)場壓力、差(chà)壓、溫度等(deng)信号送入(ru)流量計PLC的(de)AI模☔塊，通過(guo)數據轉換(huàn)後，在PLC内進(jìn)行編程後(hòu)計算出氫(qīng)氣瞬時流(liu)💞量、累積流(liu)量，再通過(guò)HMI進行顯示(shi)。
這種計量(liang)方式是屬(shǔ)于目前普(pǔ)遍采用的(de)模式，由于(yú)溫壓☂️補償(chang)是由人工(gong)在PLC中編程(chéng)實現，采用(yong)簡化版溫(wēn)壓補償公(gōng)式，有㊙️些參(can)數并沒有(yǒu)在公式中(zhong)體現，這些(xie)參數會對(dui)計量精度(dù)有一些影(ying)響。這種模(mo)式采用硬(ying)件較多，人(ren)工參與度(du)較大，可靠(kao)性相對較(jiao)差，信任度(dù)較低;并且(qie)計❤️量系統(tǒng)需要第三(san)方進行鑒(jiàn)定。
3.2檢測元(yuán)件+流量積(ji)算儀+工控(kòng)機
檢測元(yuán)件采集到(dào)壓力、差壓(yā)、溫度後，輸(shu)入到流量(liàng)積算儀數(shu)據采⭐集卡(ka)，由流量積(ji)算儀内部(bu)軟件進行(hang)溫壓補償(chang)後，計算得(de)出氫氣的(de)瞬時流量(liang)、累積流量(liang)等信号。
流(liú)量積算儀(yi)的計算軟(ruǎn)件是固化(huà)在其CPU中，内(nèi)部程序🔆無(wu)法人工更(gèng)改，操作人(ren)員隻需在(zài)其自帶的(de)觸摸屏上(shang)設置相✨關(guan)參數，操⛹🏻‍♀️作(zuo)簡單方便(bian)。在流量計(jì)算時，會比(bi)在PLC人工開(kai)發程序精(jīng)度高很多(duō)，整個系統(tǒng)的可靠性(xing)也提高很(hěn)多。
采用流(liu)量積算儀(yí)的優點在(zai)于它除了(le)能夠進行(hang)流⭕量計算(suan)、溫壓補償(chang)以外，還能(neng)夠實現流(liu)量的分段(duàn)計📞量，自動(dong)生成日✂️報(bao)表、月報表(biao)，減少了在(zai)工控機上(shàng)人工編程(cheng)實現分段(duàn)計量所産(chǎn)生的誤差(cha)。與傳統的(de)計量模式(shì)相比較，流(liu)量計算及(jí)報表的生(shēng)成都是在(zai)流量積算(suan)儀上實現(xiàn)的，也避免(miǎn)了在PLC上編(biān)程，工控機(jī)上👣顯示時(shí)兩設備時(shí)鍾不同步(bù)造🔴成數據(ju)有差異的(de)問題。
随着(zhe)自動化技(ji)術快速發(fā)展，流量積(jī)算儀的功(gōng)能也日益(yi)❤️增強，除了(le)能夠實現(xian)流量的相(xiàng)關數據處(chù)理外，還能(neng)夠實現簡(jian)單的💋控制(zhi)功能，适用(yòng)于需要計(ji)量且控制(zhì)回路不多(duo)🔴的現場。
4雙(shuāng)孔闆偏差(chà)計算
如圖(tú)4所示爲孔(kǒng)闆運行曲(qǔ)線，12h内平均(jun)偏差爲50.25Nm3，由(yóu)此可以🈚推(tui)算出一年(nián)的偏差約(yue)爲440190Nm3。
由圖4可(kě)以看出如(ru)果兩塊孔(kǒng)闆偏差高(gao)出實際生(sheng)産需💘求🏃‍♂️值(zhí)❓時，會🌍造成(cheng)很大的經(jing)濟損失，需(xu)要及時查(cha)找原因，解(jiě)決問題。

5雙(shuāng)孔闆流量(liàng)計的優缺(que)點及應用(yòng)
5.1雙孔闆流(liu)量計的優(you)點
1)孔闆結(jie)構簡單;
2)孔(kong)闆屬于标(biāo)準節流裝(zhuāng)置，得到國(guó)際組織的(de)認可，可以(yǐ)👉采用幾何(hé)測量法，不(bu)需要實流(liu)标定;
3)孔闆(pǎn)的壓損相(xiàng)對較小;
4)可(kě)以與不同(tong)廠家的變(bian)送器配合(he)使用;
5)兩塊(kuài)孔闆的優(you)點在于當(dāng)發現流量(liàng)偏差很大(dà)時，能夠及(jí)時發現♌問(wèn)題，避免了(le)經濟損失(shi)。
5.2雙孔闆流(liu)量計的存(cun)在的問題(ti)
1)孔闆的精(jīng)度在流量(liang)計中屬于(yú)中等水平(píng)，很多因素(sù)都📧能影響(xiǎng)🏒其精度，在(zài)流量小于(yu)其量程30%時(shi)，尤爲突出(chū);
2)壓力損失(shi)大;
3)測量範(fàn)圍窄，量程(chéng)比小;
4)有較(jiao)長的直管(guan)段長度要(yào)求，要求安(an)裝有足夠(gòu)的空間;
5)孔(kǒng)闆以内孔(kong)銳角線來(lai)保證精度(dù)，對于腐蝕(shi)、磨損、結垢(gou)、髒污敏感(gan)🏒，長期使用(yong)精度難以(yǐ)保證，需每(mei)年拆下強(qiang)檢一次;
6)采(cai)用法蘭連(lián)接，易産生(sheng)跑、冒、滴、漏(lou)問題，大大(da)增加了維(wei)護🏃‍♀️工作量(liàng)✊;
7)雙孔闆流(liu)量計在計(jì)量時需與(yu)客戶協商(shang)結算方法(fǎ)，以免引起(qǐ)異議;
8)成本(ben)增加，維護(hu)量增加。
6總(zong)結
由于計(ji)量站一般(ban)爲無人值(zhí)守站，日常(chang)維護帶來(lái)一♈定的😄難(nán)度，所以在(zài)設計計量(liàng)方案時要(yao)充分考慮(lü)操作、維👅護(hu)的簡要性(xing)，操☎️作簡單(dan)，維護方便(bian)，而且要非(fei)常可靠，所(suǒ)🏃‍♀️以雙孔闆(pan)能夠實現(xian)這樣的目(mù)的。
雙孔闆(pǎn)流量計在(zài)實際應用(yong)中并不多(duo)見，主要其(qí)成本提高(gao)😍而不被廣(guang)泛采用。但(dàn)在貿易結(jié)算中，最重(zhòng)要的一條(tiáo)原則就💃是(shì)保證計量(liàng)精度，無論(lun)偏差是正(zhèng)值還是負(fu)值，對買賣(mai)雙方來說(shuo)都是不公(gōng)平的，所以(yǐ)兩塊孔闆(pǎn)偏差較大(da)時，應及時(shí)分析原因(yīn)，解決問題(ti)，避免造成(chéng)雙方的經(jīng)濟損失。雖(suī)然一次性(xing)投入成本(ben)較高，但從(cong)長期👣、穩定(ding)的運行角(jiao)度來考慮(lǜ)，會比單孔(kǒng)闆更有效(xiao)率。

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