摘要：某(mou)冶煉企(qi)業每年(nian)用氧氣(qi)量約4億(yi)立方米(mi)，流量計(ji)量🌈稍有(you)偏差，每(mei)年可能(neng)造成上(shang)百萬的(de)損失。故(gu)對幾種(zhong)可應用(yong)于大口(kou)徑管道(dao)氣體流(liu)量計 進(jin)行了對(dui)比分析(xi)，發現 平(ping)衡流量(liang)計 有良(liang)好的正(zheng)确率和(he)穩定性(xing)，項目最(zui)終采用(yong)了平衡(heng)流🆚量計(ji)🔱作🔱爲貿(mao)易計量(liang)器具。
國(guo)内冶煉(lian)企業配(pei)套空分(fen)項目大(da)多是企(qi)業内部(bu)運🤞營管(guan)理。随着(zhe)制氧技(ji)術的發(fa)展和人(ren)力物力(li)成本的(de)上升，冶(ye)煉企業(ye)越來越(yue)傾向于(yu)将制氧(yang)系統通(tong)過BOO(Building-Owning-Operation)的👉方(fang)式交給(gei)專業團(tuan)隊來建(jian)設運營(ying)，再通過(guo)購買氣(qi)體的方(fang)式獲得(de)氧氣，這(zhe)就涉及(ji)到供氣(qi)方與💁用(yong)氣方之(zhi)🈲間的貿(mao)易計量(liang)。企業正(zheng)常生産(chan)時對純(chun)度爲99．6%的(de)高純氧(yang)需量爲(wei)47000Nm3/h，最📞大需(xu)量爲54000Nm3/h，最(zui)小需🤩量(liang)爲10000Nm3/h，氧氣(qi)輸送管(guan)道☀️通徑(jing)達1200mm。通🌂過(guo)對杭氧(yang)等國内(nei)空分廠(chang)家調查(cha)發現，其(qi)計量儀(yi)表多采(cai)用 标準(zhun)孔闆流(liu)量計 ，少(shao)量采用(yong)巴類等(deng)均速管(guan)流量計(ji)。而法國(guo)液化空(kong)氣、德❄️國(guo)林德等(deng)國外廠(chang)家中熱(re)式氣體(ti)質量流(liu)量計也(ye)廣泛⚽使(shi)用，并開(kai)始嘗試(shi)使用新(xin)型平衡(heng)流量計(ji)用于貿(mao)易結㊙️算(suan)。
　　雖然巴(ba)類流量(liang)計采用(yong)的子彈(dan)頭截面(mian)傳感器(qi)，實驗室(shi)測量精(jing)度提高(gao)到0．72%，但工(gong)業現場(chang)影響其(qi)測量精(jing)度的因(yin)🈲素過多(duo)，此處隻(zhi)對标🔴準(zhun)孔闆流(liu)量計、熱(re)式氣體(ti)🐅質量流(liu)量計和(he)平衡流(liu)♉量計進(jin)行比較(jiao)☔。
1流量計(ji)的特點(dian)
1．1标準孔(kong)闆流量(liang)計
　　标準(zhun)孔闆流(liu)量計是(shi)一種廣(guang)泛使用(yong)的流量(liang)計，孔闆(pan)的特征(zheng)🔴尺寸💁和(he)加工工(gong)藝按照(zhao)國家标(biao)準GB/T2624．2-2006執行(hang)，檢定按(an)JJG640-2016執行。标(biao)準孔闆(pan)流量計(ji)的優點(dian)是制造(zao)簡單，一(yi)般💘不需(xu)要🛀🏻實流(liu)标♌定就(jiu)可🚩直接(jie)投入使(shi)用。缺點(dian)較多，标(biao)準孔闆(pan)有一個(ge)銳角，長(zhang)期使用(yong)存在“銳(rui)角磨損(sun)”問題😄，測(ce)量精度(du)随時間(jian)推移越(yue)👉來越低(di)。其次計(ji)量院對(dui)标㊙️準孔(kong)闆一般(ban)采👣用物(wu)理檢定(ding)，也💜就是(shi)測量幾(ji)何尺寸(cun)和銳角(jiao)偏差，有(you)特⛷️殊要(yao)求時才(cai)用水進(jin)行實流(liu)檢定，測(ce)量誤差(cha)在±(1%～5%)之間(jian)。同🔱時标(biao)準孔闆(pan)壓損大(da)，量程比(bi)小(爲3∶1)，安(an)裝要求(qiu)直管段(duan)滿足前(qian)10D後5D［1］。

　　盡管(guan)标準孔(kong)闆有如(ru)此多的(de)缺點，但(dan)其制造(zao)、檢定過(guo)程🈲均按(an)國家🏃🏻‍♂️标(biao)準執行(hang)，故在貿(mao)易計量(liang)中仍被(bei)大量使(shi)用。要求(qiu)量程比(bi)至‼️少達(da)到6∶1，标準(zhun)孔闆流(liu)量計無(wu)法滿足(zu)使用要(yao)求。
1．2熱式(shi)氣體質(zhi)量流量(liang)計
　　熱式(shi)氣體質(zhi)量流量(liang)計 是基(ji)于金氏(shi)定律的(de)一種插(cha)入式流(liu)量計，适(shi)合大管(guan)道流🐆體(ti)測量，FCI、Sierra、Kurz這(zhe)3個品牌(pai)的熱式(shi)氣體質(zhi)量流量(liang)計已有(you)幾十年(nian)的曆史(shi)。熱㊙️式氣(qi)體質量(liang)流量計(ji)理論模(mo)型🈲爲:
H=ΔTCpM(1)
式(shi)中
Cp———定壓(ya)比熱容(rong)，與氣體(ti)種類有(you)關;
H———加熱(re)電功率(lü);
M———質量流(liu)量;
ΔT———兩個(ge)探頭的(de)溫差。
　　式(shi)(1)可以引(yin)出兩種(zhong)類型的(de)産品:恒(heng)溫差型(xing)和恒功(gong)率型。兩(liang)類傳🤟感(gan)器都由(you)兩個并(bing)排的 熱(re)電阻 組(zu)成，其中(zhong)一個普(pu)通熱電(dian)阻測量(liang)管道内(nei)氣體的(de)溫度，另(ling)一📞個熱(re)電阻帶(dai)加熱絲(si)由電流(liu)進行加(jia)熱，當氣(qi)體流經(jing)熱電阻(zu)，就會有(you)冷卻效(xiao)應帶走(zou)熱量。由(you)式(1)可🈲知(zhi)，對于恒(heng)溫差型(xing)流量計(ji)溫差😍ΔT恒(heng)定，當⚽質(zhi)量流量(liang)M增加時(shi)，冷卻💋效(xiao)應就增(zeng)加，爲保(bao)持🌂兩個(ge)熱電阻(zu)的溫差(cha)恒定所(suo)需的🌈加(jia)熱功率(lü)H增🐅加，而(er)加在加(jia)熱電阻(zu)上的💃🏻功(gong)率H與質(zhi)量流✂️量(liang)M成正比(bi)，測量功(gong)率H的大(da)小可以(yi)計算出(chu)流過管(guan)道的氣(qi)體質量(liang)。對于恒(heng)功率型(xing)，加在加(jia)熱電阻(zu)上的功(gong)率H始終(zhong)保持恒(heng)定，在介(jie)質靜止(zhi)時溫差(cha)最大，随(sui)着介質(zhi)流動溫(wen)差減小(xiao)，溫差ΔT與(yu)質量流(liu)量M成反(fan)比，通過(guo)測量溫(wen)差的變(bian)化來獲(huo)取流量(liang)的變化(hua)☔［2］。恒溫差(cha)型響應(ying)速度快(kuai)，在🈲流🐪速(su)低到0．1Nm/s時(shi)都能保(bao)持很好(hao)的線性(xing)，随着速(su)度增大(da)，精度降(jiang)低。而恒(heng)功率型(xing)适‼️合高(gao)速介質(zhi)，流速高(gao)達400Nm/s以上(shang)還可🔅測(ce)量，但兩(liang)種類型(xing)的熱式(shi)流量計(ji)對于🔴導(dao)熱性極(ji)好的氫(qing)氣等介(jie)質都✊不(bu)适用。
熱(re)式氣體(ti)質量流(liu)量計測(ce)量的是(shi)質量流(liu)量，無需(xu)溫🈲壓補(bu)償，響應(ying)快［3］，高性(xing)能型号(hao)實驗室(shi)測量誤(wu)差爲±0．1%ＲS±0．5%FS，在(zai)♋要求高(gao)精度時(shi)🔴多采用(yong)網格法(fa)來确認(ren)安裝的(de)最佳插(cha)入深🥵度(du)，同時可(ke)在管💋道(dao)同一截(jie)面不✉️同(tong)位置安(an)裝多支(zhi)傳感器(qi)取平均(jun)值作爲(wei)最🌈終流(liu)體流量(liang)，現在FCI某(mou)系列的(de)流量計(ji)上帶有(you)2～3對傳感(gan)器。
1．3平衡(heng)流量計(ji)
　　A+K平衡流(liu)量計最(zui)早是NASA針(zhen)對航天(tian)飛機的(de)主發動(dong)機液氧(yang)🆚測量而(er)發明的(de)一種流(liu)量計。它(ta)相當于(yu)一個帶(dai)整流器(qi)的多孔(kong)孔闆，每(mei)個孔的(de)尺寸和(he)分布基(ji)于獨特(te)的公式(shi)和測試(shi)數據定(ding)制，數量(liang)一般爲(wei)4～26個，開孔(kong)數量、分(fen)布及大(da)小等參(can)數都在(zai)美國❓計(ji)算，國内(nei)按照計(ji)算結果(guo)加工制(zhi)作。當流(liu)體從多(duo)個孔中(zhong)流過時(shi)，渦流明(ming)顯減少(shao)，形成的(de)是平衡(heng)穩定的(de)流場，通(tong)過取壓(ya)✂️裝置可(ke)獲得穩(wen)定的壓(ya)差信号(hao)🏃🏻，根據伯(bo)努利方(fang)程計算(suan)出體積(ji)流量，溫(wen)壓補償(chang)後得到(dao)最終流(liu)量。常規(gui)量程比(bi)爲10∶1～7∶1，最大(da)可以做(zuo)到30∶1，無銳(rui)角，可雙(shuang)向測量(liang)，永久壓(ya)力損☁️失(shi)爲标準(zhun)孔闆的(de)1/3～1/2，由于降(jiang)低了渦(wo)流、振動(dong)和信号(hao)噪聲，流(liu)場穩定(ding)，測量精(jing)度比标(biao)準孔闆(pan)流量計(ji)高5～10倍，穩(wen)定性更(geng)好［4］。缺點(dian)是爲非(fei)标産品(pin)❗。爲💋保證(zheng)現場測(ce)量精度(du)和便于(yu)⭕計量院(yuan)檢定，一(yi)般采用(yong)管道式(shi)平衡流(liu)量💁計，質(zhi)量大，安(an)裝運輸(shu)不方便(bian)。
2流量計(ji)檢定
2．1标(biao)準孔闆(pan)流量計(ji)
　　标準孔(kong)闆流量(liang)計的檢(jian)定在第(di)1．1節已提(ti)及，此處(chu)不再贅(zhui)述㊙️。
2．2熱式(shi)氣體質(zhi)量流量(liang)計
　　熱式(shi)氣體質(zhi)量流量(liang)計出廠(chang)時要進(jin)行實溫(wen)實壓實(shi)流标📱定(ding)，可溯源(yuan)到NIST。目前(qian)隻有美(mei)國本土(tu)有實流(liu)标定實(shi)驗室。在(zai)國内省(sheng)級計量(liang)❤️院一般(ban)進行N2、O2、CO及(ji)NO等接近(jin)理❤️想氣(qi)體雙原(yuan)子♉氣體(ti)檢定時(shi)，不進行(hang)實流檢(jian)定，而是(shi)直接用(yong)空氣作(zuo)爲介質(zhi)，根據下(xia)式進行(hang)計算:
H=ΔTCpM=ΔTCpρVt(2)
式(shi)中
t———時間(jian);
V———流速;
ρ———密(mi)度。
　　根據(ju)式(2)可知(zhi)測量出(chu)某一時(shi)間段t内(nei)管道的(de)空氣平(ping)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼均流速(su)V，得到💃🏻空(kong)氣的質(zhi)量流量(liang)，再通過(guo)空氣和(he)氧氣定(ding)壓比熱(re)容關系(xi)換🐉算爲(wei)💛氧氣的(de)質量流(liu)量。轉換(huan)過程中(zhong)一般有(you)±1%ＲS±1%FS的誤差(cha)。
2．3平衡流(liu)量計
　　平(ping)衡流量(liang)計不是(shi)标準件(jian)，使用前(qian)需要送(song)至計量(liang)院對測(ce)量精度(du)和重複(fu)性進行(hang)檢定，流(liu)通介質(zhi)爲水，送(song)檢前設(she)備廠家(jia)會以氧(yang)氣和水(shui)的雷諾(nuo)數爲橋(qiao)梁出一(yi)份介質(zhi)爲水的(de)計算書(shu)，給計量(liang)院作爲(wei)參考。爲(wei)避免安(an)裝過程(cheng)對測量(liang)精度造(zao)成過大(da)幹擾🌐，選(xuan)用管道(dao)式平衡(heng)流量計(ji)，通徑1200mm，在(zai)東南地(di)區能實(shi)流檢定(ding)1000mm以上💔孔(kong)闆的計(ji)量🏃院僅(jin)有開封(feng)市的國(guo)家水大(da)流量計(ji)量站和(he)常州♻️市(shi)計量測(ce)試技術(shu)研究所(suo)，而且檢(jian)定周期(qi)長。
　　檢定(ding)過程遵(zun)照JJG640-2016［5］采用(yong)标定流(liu)出系數(shu)的方法(fa)，流出系(xi)數公式(shi)爲:

式中(zhong)
Cij———第i檢定(ding)點第j次(ci)檢測的(de)流出系(xi)數值;
D———管(guan)道内徑(jing)，mm;m———節流面(mian)積比;
(qs)ij———第(di)i檢定點(dian)第j次檢(jian)測标準(zhun)流量值(zhi)，m3/h;
Δpij———第i檢定(ding)點第j次(ci)檢測标(biao)準壓差(cha)值，kPa;
ρ1———水的(de)密度，kg/m3。
　　根(gen)據式(3)可(ke)知，隻要(yao)測出第(di)i檢定點(dian)第j次标(biao)準流量(liang)值和第(di)i檢定點(dian)第j次壓(ya)差值就(jiu)可得到(dao)流出系(xi)數，标準(zhun)流量值(zhi)可通過(guo)标準✏️電(dian)磁流量(liang)計讀出(chu)，壓差值(zhi)可通過(guo)平衡流(liu)量計上(shang)安裝的(de)标準差(cha)壓變✌️送(song)器讀出(chu)。檢🌈定過(guo)程中選(xuan)取Qmax、3/4Qmax、1/2Qmax、1/4Qmax、Qmin共計(ji)5個點，每(mei)個👉點測(ce)量4次。标(biao)準流量(liang)值和壓(ya)差值由(you)計算機(ji)系統自(zi)動采集(ji)，得到平(ping)衡流量(liang)計的Cij。
各(ge)檢測點(dian)流出系(xi)數Ci爲:

3對(dui)比結論(lun)
　　從功能(neng)特點對(dui)比3種類(lei)型的流(liu)量計可(ke)以發現(xian)，标準孔(kong)闆流量(liang)計爲标(biao)準件，精(jing)度不高(gao)、重複性(xing)差、價格(ge)低，量程(cheng)♊比3∶1，不能(neng)滿足目(mu)的要🏒求(qiu)。熱式氣(qi)體質量(liang)流量計(ji)量程比(bi)🤩可達100∶1，直(zhi)🍉接測量(liang)氣體質(zhi)量流量(liang)，無需溫(wen)壓補償(chang)，但是對(dui)測量氣(qi)體🐆組分(fen)要求✏️較(jiao)高，氣體(ti)内不能(neng)含水，且(qie)組分不(bu)能有變(bian)化，否則(ze)會嚴重(zhong)影響測(ce)量精度(du)。同時直(zhi)管段要(yao)求較高(gao)，一般爲(wei)💯前20D後5D，對(dui)于前方(fang)🏃有兩個(ge)不同向(xiang)的彎頭(tou)時，要求(qiu)前50D後5D。A+K平(ping)衡流量(liang)計基于(yu)壓差測(ce)量流量(liang)原理，可(ke)靠性高(gao)，量程比(bi)在10∶1左右(you)，重複性(xing)和長期(qi)穩定性(xing)好，所需(xu)前後直(zhi)管段短(duan)(前2D後2D)，永(yong)久壓損(sun)較低，節(jie)約能源(yuan)。但需要(yao)溫壓補(bu)償，計量(liang)精度爲(wei)整個系(xi)統的精(jing)度，價格(ge)也随管(guan)♈徑的增(zeng)大而增(zeng)大，大管(guan)徑流量(liang)計價格(ge)更是成(cheng)倍增加(jia)。
　　從檢定(ding)角度對(dui)比，标準(zhun)孔闆流(liu)量計一(yi)般進行(hang)幾何檢(jian)定，可信(xin)度低。熱(re)式氣體(ti)質量流(liu)量計省(sheng)級計量(liang)院⚽可用(yong)标流速(su)的方法(fa)進行檢(jian)定，拆下(xia)檢修或(huo)标定期(qi)♉間可不(bu)停氣，不(bu)影響生(sheng)産，但是(shi)計量院(yuan)檢定誤(wu)差較大(da)。A+K平衡流(liu)量計需(xu)通水進(jin)行檢定(ding)，檢定結(jie)論可信(xin)度🛀高，但(dan)大管徑(jing)流量計(ji)檢定比(bi)較困難(nan)，東南地(di)區僅兩(liang)💛家計量(liang)院可檢(jian)定。綜上(shang)所述，除(chu)檢定困(kun)難以外(wai)，A+K平衡流(liu)量計更(geng)能滿足(zu)企業對(dui)計量準(zhun)确🔞性和(he)長期穩(wen)定性📐的(de)需求，加(jia)上檢定(ding)周期爲(wei)兩年甚(shen)至更長(zhang)，不需要(yao)頻繁檢(jian)定。
4結束(shu)語
　　兩套(tao)同批次(ci)同類型(xing)的平衡(heng)流量計(ji)分别安(an)裝在供(gong)氣♌方和(he)用氣方(fang)廠區交(jiao)界處，計(ji)量院檢(jian)定結果(guo)顯示🌈，其(qi)中一套(tao)平衡流(liu)量計精(jing)确度爲(wei)±0．6031%，另一套(tao)精度爲(wei)±0．5538%，重複性(xing)均優于(yu)0．01%。實際運(yun)行過程(cheng)中，兩套(tao)流⭕量計(ji)最大示(shi)值偏差(cha)遠低于(yu)1%，優于合(he)同中商(shang)👄定的允(yun)許最大(da)3%的偏差(cha)。

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