0 引言(yan)
   天然氣制氫(qing)生産工藝是(shi)以天然氣爲(wèi)原料生産氫(qing)氣，與水蒸汽(qì)🌂進行重整反(fǎn)應，得氫氣産(chǎn)品，然後通過(guò)管道❄️輸送🛀給(gei)客💋戶。氫氣相(xiang)比其他氣體(tǐ)，價格偏貴，因(yin)此氫氣計量(liàng)的準确性不(bu)僅關系着供(gong)需雙方進行(hang)公平的貿易(yì)結算，還關系(xi)到成本控制(zhi)，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(qi)計量中的應(yīng)用
1 系統方案(an)
   如圖 1 所示，整(zhěng)個計量系統(tong)由雙孔闆、 差(cha)壓變送器 、 壓(ya)力變送器 、 熱(rè)電阻 、流量積(jī)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(qì)采集壓力信(xìn)号與熱電阻(zu)采集溫度信(xìn)号組合用于(yu)溫壓補償，經(jing)計算後在流(liu)量積算儀中(zhōng)顯示。
   兩塊孔(kong)闆可根據實(shí)際生産需要(yao)串聯、并聯測(cè)量，但同一時(shí)刻隻用一塊(kuai)孔闆的數值(zhi)用于貿易結(jie)算。當在運行(háng)過程中⁉️發現(xiàn)兩塊孔闆有(you)較大的偏差(chà)時，操作人員(yuan)會及時🔱查看(kàn)曆🆚史趨勢，根(gēn)據工💚藝判斷(duan)查找出有流(liú)量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻突的一台(tái)，及時送第三(sān)方單位進行(háng)檢定。
這種采(cai)用雙孔闆的(de)計量方式，雖(sui)然在項目建(jian)設初期投入(ru)🙇‍♀️費用高一些(xie)，但是如果有(yǒu)偏差出現而(ér)未及時進行(hang)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(zài)管道中流動(dòng)，當接近阻攔(lán)處時，有一部(bu)分流體的勢(shi)能轉❌換成動(dòng)能，在孔闆的(de)前入口端面(miàn)壓力增加; 當(dang)經過節流元(yuán)件時，流體逐(zhu)漸收縮，流速(sù)升高，壓力最(zuì)小，所以在孔(kǒng)闆上下遊兩(liang)側産生壓力(li)差，流量越大(da)，壓差就越大(da)，孔闆即是通(tong)過測量壓差(cha)來體現流量(liang)大小。其基本(ben)公式如下:


1． 2 溫壓補(bu)償
   由于氣體(ti)可以壓縮，随(sui)着壓力、溫度(dù)的變化，體積(jī)也相應地⛷️發(fa)生變化，因此(cǐ)需将工況下(xià)的氣體流量(liàng)換算成标況(kuàng)下的體積流(liu)量進行計量(liàng)，即标準狀态(tài)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(háng)溫壓補償，公(gong)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(chong)量輸入以及(jí)模拟量、開關(guan)量輸出等，還(hái)能夠實🏃‍♂️現流(liú)量溫壓補償(cháng)及流量的分(fèn)段計量。根🤟據(jù)合同條款規(guī)⛱️定，在程序内(nèi)設置流量分(fèn)段值，可自動(dong)生⭕成日報表(biao)、月報表。操作(zuò)人員隻需要(yào)選擇要打印(yin)的報表日期(qī)，及日報✉️或月(yue)報即可🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，不能(néng)人爲進✔️行修(xiu)改任何數據(ju)。
2 雙孔闆安裝(zhuang)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(yào)求尤其高，它(ta)直接影響計(ji)量的誤差。雙(shuāng)孔闆的安裝(zhuāng)與單個孔闆(pǎn)相😍比，要求更(geng)加嚴格。
2． 1 孔闆(pan)安裝方向
   孔(kong)闆上下端面(miàn)裝反，流量會(huì)比實際流量(liàng)低，在安裝初(chū)期應檢查管(guǎn)道流向，在孔(kǒng)闆上也有 箭(jiàn)頭标識，箭頭(tóu)的🏃🏻‍♂️方向要與(yu)介質流向一(yi)緻。在取壓口(kou)附近标有“+”的(de)一端應與流(liu)體上遊管段(duàn)連接，标有“－”的(de)一端應與✊流(liú)體下遊管段(duàn)連接。
2． 2 中心線(xian)
   孔闆的中心(xin)、法蘭中心、管(guan)道中心應在(zai)同一軸線上(shàng)。
2． 3 直管段長度(dù)
   GB / T 2624． 2-2006 表 3( 無流動調(diào)整器情況下(xia)孔闆與管徑(jing)之間所需的(de)直管段) 中對(duì)不同情況下(xia)孔闆直管段(duan)做了詳細分(fen)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(shang)遊側存在的(de)阻流件不同(tóng)，所以直管段(duan)要求也不相(xiàng)同。
   根據孔闆(pǎn)計算書得出(chu) β 值爲 0． 375 72，A 孔闆的(de)上遊側爲一(yi)個全孔🏃‍♀️球閥(fá)和一個三通(tong)，需要 12D 的直管(guan)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(wan)頭，一個三通(tōng)，共需要 28D 的直(zhi)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(qián)面采用整流(liú)器。整流器安(ān)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(jie)決了現場安(ān)裝空間不足(zú)的問🈲題 。

3 計量系統(tǒng)模式選擇
   雙(shuāng)孔闆計量與(yu)單孔闆計量(liàng)的不同是選(xuan)擇的檢測元(yuan)件數量增加(jiā)一倍，所以除(chu)了需要滿足(zú)精度要求外(wai)，成本及第三(san)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(yǒu)人工參與，僅(jin)僅是利用㊙️變(biàn)送器、熱電阻(zu)等相關設備(bei)實時檢測所(suǒ)涉及的各參(can)數✍️，通過㊙️預設(she)在流量積算(suàn)儀軟件的公(gong)式或在 PLC 中編(bian)程來計算流(liú)量。随着技術(shu)的🌏發展，差壓(yā)流量計的計(jì)量方法衆多(duo)，主要可分爲(wèi)以下兩種模(mo)💯式: 檢測元☎️件(jiàn)+PLC+HMI，檢測元件+流(liu)量積算儀+工(gōng)控機。
   檢測元(yuan)件可以分爲(wèi)多參量智能(néng)變送器與單(dan)參變送器。多(duo)♉參量變送器(qì)通過一個檢(jian)測器将溫度(dù)，壓力，差壓同(tóng)時檢測，并在(zài)⚽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(ju)僅僅是流量(liàng)的累積值，每(měi)月約定某一(yi)時間甲乙✍️雙(shuāng)方共同讀取(qǔ)數值。優點是(shi)第三方鑒定(dìng)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(gōng)能，數據則需(xu)要送到 HMI 中進(jin)行存儲，而且(qiě)累積流量需(xū)要将通信協(xié)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(shi)。因此，在本項(xiàng)目中沒有采(cai)用多參量變(biàn)送器。
3． 1 檢測元(yuan)件+PLC+工控機
   檢(jian)測元件将現(xian)場壓力、差壓(ya)、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(hòu)，在 PLC 内進行編(biān)程後計算出(chū)氫氣瞬時流(liú)量、累積流量(liang)，再通過 HMI 進行(hang)顯示。
   這種計(ji)量方式是屬(shu)于目前普遍(biàn)采用的模式(shi)，由于溫壓補(bu)償🤟是✨由人工(gōng)在 PLC 中編程實(shi)現，采用簡化(hua)版溫壓補償(cháng)公式，有些參(can)🐇數并沒有在(zai)公式中體現(xiàn)，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(bìng)且計量系統(tong)需要第三方(fāng)進行鑒定。
3． 2 檢(jian)測元件+流量(liang)積算儀+工控(kong)機
   檢測元件(jiàn)采集到壓力(lì)、差壓、溫度後(hòu)，輸入到流量(liang)積算儀數據(jù)✉️采集卡，由流(liu)量積算儀内(nèi)部軟件進行(háng)溫壓補✉️償後(hòu)，計算⚽得出氫(qing)氣的瞬時流(liu)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(nèi)部程序無法(fa)人工更改，操(cāo)作人員隻需(xū)在其自帶的(de)觸🔅摸屏上設(shè)置相關參數(shu)，操作簡單方(fāng)便。在流量計(jì)算時，會比在(zai) PLC 人工💚開發程(chéng)序精度高很(hen)多，整個系✂️統(tong)的💋可靠性也(ye)提高很多。
   采(cai)用流量積算(suàn)儀的優點在(zài)于它除了能(néng)夠進行流量(liàng)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(biǎo)，減少了在工(gōng)控機上人工(gōng)編程實現分(fen)段計量所産(chǎn)生的誤差。與(yu)傳統的計量(liang)模式相☔比較(jiao)，流量計算及(jí)報表的生成(cheng)都是在流量(liang)積算儀上實(shi)現的，也避免(mian)了在 PLC 上編程(chéng)，工控機上顯(xian)示時兩設備(bèi)時鍾不同步(bu)造成數據有(you)差異的問題(tí)。随着自動化(hua)技🌍術快速發(fā)展，流量積算(suan)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(wai)，還能夠實現(xian)簡單的控制(zhì)功能，适用于(yu)需要計量👈且(qie)控制回路不(bu)多🌂的現場。
4 雙(shuang)孔闆偏差計(ji)算

如圖4 所示(shì)爲孔闆運行(háng)曲線，12 h 内平均(jun)偏差爲50．25Nm3，由此(ci)可以😍推算出(chū)一年的偏差(cha)約爲440 190 Nm3。
由圖 4 可(ke)以看出如果(guǒ)兩塊孔闆偏(piān)差高出實際(ji)生産需🔴求值(zhi)時，會造成很(hěn)大的經濟損(sun)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(dai)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(liàng)計的優點
1) 孔(kǒng)闆結構簡單(dān);
2) 孔闆屬于标(biāo)準節流裝置(zhì)，得到國際組(zu)織的認
可，可(ke)以采用幾何(hé)測量法，不需(xu)要實流标定(dìng);
3) 孔闆的壓損(sǔn)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(liǎng)塊孔闆的優(yōu)點在于當發(fā)現流量偏差(chà)很大時，能😄夠(gou)及時發現問(wen)題 ，避免了經(jing)濟損失。
5． 2 帶溫(wen)壓補償孔闆(pǎn)流量計的存(cun)在的問題
1) 孔(kong)闆的精度在(zai)流量計中屬(shǔ)于中等水平(ping)，很多因素🙇🏻都(dou)能影響其精(jing)度，在流量小(xiǎo)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(jiào)長的直管段(duàn)長度要求，要(yao)求安裝有足(zu)夠的空✌️間;
5) 孔(kǒng)闆以内孔銳(ruì)角線來保證(zheng)精度，對于腐(fǔ)蝕、磨損、結垢(gou)✨、髒污敏感，長(zhǎng)期使用精度(du)難以保證，需(xu)每年拆下強(qiáng)檢一次;
6) 采用(yong)法蘭連接，易(yì)産生跑、冒、滴(dī)、漏問題，大大(dà)增加了維護(hù)工📧作量;
7) 帶溫(wēn)壓補償孔闆(pǎn)流量計在計(jì)量時需與客(kè)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(you)于計量站一(yi)般爲無人值(zhí)守站，日常維(wei)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(dān)，維護方便，而(ér)且要非常可(ke)靠，所☀️以雙孔(kǒng)🏃‍♀️闆能夠實現(xian)這樣的目😘的(de)。帶溫壓補償(cháng)孔闆流量計(ji)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(liang)精度，無論偏(pian)差是正值還(hái)是負值，對買(mǎi)賣雙方來說(shuo)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(mian)造成雙方的(de)經濟損失。雖(sui)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(geng)有效率 。

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