摘要(yao)：某冶煉企(qǐ)業每年用(yòng)氧氣量約(yue)4億立方米(mǐ)，流量計量(liàng)稍有偏🌈差(chà)，每年可能(néng)造成上百(bǎi)萬的損失(shī)。故對💋幾種(zhǒng)可應用于(yu)大口徑管(guan)道氣體流(liu)量計 進行(háng)了對比分(fen)析，發現 平(píng)衡流量計(jì) 有良好的(de)正确率和(hé)穩定性，項(xiang)目最終采(cai)用了平衡(heng)流量計作(zuo)爲貿易計(jì)量器具。
國(guo)内冶煉企(qi)業配套空(kōng)分項目大(da)多是企業(ye)内部運營(ying)管♉理。随着(zhe)制氧技術(shu)的發展和(hé)人力物力(li)成本的上(shàng)升，冶煉企(qǐ)業越來越(yuè)傾💯向于将(jiāng)制氧系統(tong)通過BOO(Building-Owning-Operation)的方(fang)式交🚩給專(zhuān)業團隊來(lai)建設運營(ying)，再通過購(gou)買氣體的(de)方式獲得(dé)氧氣，這就(jiu)涉及到供(gong)氣方與用(yòng)氣方之💞間(jiān)的貿易計(ji)量。企業正(zhèng)常⭐生産時(shi)對純度爲(wèi)99．6%的高純氧(yǎng)需量爲47000Nm3/h，最(zui)🚩大需量爲(wei)54000Nm3/h，最小需量(liàng)爲10000Nm3/h，氧氣輸(shu)送管道通(tōng)徑達1200mm。通過(guo)對杭🌈氧等(děng)國💋内空分(fèn)廠家調查(cha)發現，其計(jì)量儀表多(duo)采用 标準(zhun)孔闆流量(liàng)計 ，少量采(cai)用巴類等(děng)均速管流(liu)量計。而法(fǎ)國液化空(kōng)氣、德國林(lín)德等國外(wài)廠家中熱(re)式氣體質(zhì)量流量計(ji)也廣泛使(shi)用，并開始(shǐ)嘗試使用(yòng)新型平衡(heng)流量計用(yòng)于貿易結(jié)算。
　　雖然巴(bā)類流量計(ji)采用的子(zi)彈頭截面(mian)傳感器，實(shi)驗室👄測量(liàng)精度提高(gao)到0．72%，但工業(ye)現場影響(xiang)其測量精(jīng)度的因素(su)過多，此🤞處(chù)隻對标準(zhǔn)孔闆流量(liàng)計、熱式氣(qì)體✨質量流(liu)量計和平(ping)衡流量計(jì)進行比較(jiao)。
1流量計的(de)特點
1．1标準(zhun)孔闆流量(liang)計
　　标準孔(kong)闆流量計(jì)是一種廣(guǎng)泛使用的(de)流量計，孔(kong)闆✨的👌特征(zheng)尺寸🏃🏻和加(jiā)工工藝按(àn)照國家标(biāo)準GB/T2624．2-2006執行，檢(jiǎn)定按JJG640-2016執行(háng)。标準孔闆(pǎn)流❓量計的(de)優點是制(zhi)造簡單，一(yi)般不需要(yào)實流标定(ding)就可直接(jiē)投入使用(yong)。缺點較多(duō)，标準孔闆(pan)有✍️一個銳(ruì)角‼️，長期使(shǐ)用存在“銳(ruì)角磨損”問(wen)題😘，測量精(jīng)度随時間(jiān)推移越來(lái)越低。其次(cì)計量院對(dui)标🌈準孔闆(pan)一般采💞用(yòng)物理檢定(dìng)，也♊就是測(cè)量幾何尺(chi)寸和銳角(jiǎo)偏差，有特(te)殊要求時(shi)才用水🧑🏽‍🤝‍🧑🏻進(jìn)行實流檢(jian)定，測量誤(wù)差在±(1%～5%)之間(jiān)。同🈲時标準(zhǔn)孔闆壓損(sǔn)大🙇🏻，量程比(bi)小(爲3∶1)，安裝(zhuāng)要求直管(guan)段滿足前(qian)10D後5D［1］。

　　盡管标(biao)準孔闆有(you)如此多的(de)缺點，但其(qi)制造、檢定(ding)過程均按(àn)國家标準(zhǔn)執行，故在(zài)貿易計量(liàng)中仍被大(dà)量使用。要(yào)求量程比(bi)至少達到(dào)6∶1，标準孔闆(pan)流量計無(wu)法滿足使(shi)用要求。
1．2熱(re)式氣體質(zhì)量流量計(jì)
　　熱式氣體(tǐ)質量流量(liang)計 是基于(yú)金氏定律(lǜ)的一種插(chā)入式流量(liang)計，适合大(da)管道流✔️體(ti)測🏃🏻‍♂️量，FCI、Sierra、Kurz這3個(ge)品牌的熱(re)式氣體質(zhi)量流量計(jì)已有幾十(shí)年❤️的曆🙇‍♀️史(shi)。熱式氣體(ti)質量流量(liàng)計理論模(mo)型爲:
H=ΔTCpM(1)
式中(zhong)
Cp———定壓比熱(re)容，與氣體(ti)種類有關(guān);
H———加熱電功(gōng)率;
M———質量流(liu)量;
ΔT———兩個探(tan)頭的溫差(cha)。
　　式(1)可以引(yǐn)出兩種類(lèi)型的産品(pin):恒溫差型(xing)和恒功率(lǜ)型👈。兩類💰傳(chuán)感器都由(yóu)兩個并排(pai)的 熱電阻(zǔ) 組成，其中(zhong)一個普通(tōng)熱電阻測(ce)量管道内(nei)氣體的溫(wen)度，另一個(gè)💰熱電阻帶(dai)加熱絲由(you)電流進行(háng)加熱，當氣(qì)體流經熱(re)電阻🈚，就會(huì)有冷卻效(xiao)應帶走熱(rè)量。由式(1)可(kě)知，對于恒(héng)溫差型流(liu)量計溫差(chà)ΔT恒定，當😘質(zhi)量流量M增(zēng)加時，冷卻(que)效應就增(zeng)加，爲保持(chi)兩個熱電(diàn)阻的溫差(cha)❌恒定所需(xū)的加熱功(gong)率H增👌加，而(ér)加在加熱(rè)電阻上的(de)🌈功率H與質(zhi)量流量M成(chéng)正比，測量(liàng)功率H的大(dà)小可🧑🏽‍🤝‍🧑🏻以計(ji)算出流過(guò)✊管道的🔆氣(qì)體質🤟量。對(duì)于恒功率(lǜ)型，加在加(jiā)熱✔️電阻上(shàng)的功率H始(shi)終保持恒(heng)定，在介質(zhì)靜止時溫(wen)差最大，随(sui)✊着介質流(liú)動⁉️溫差減(jian)🥵小，溫差ΔT與(yǔ)質量流量(liang)M成反比，通(tōng)過測量溫(wen)差的變化(hua)來獲取流(liú)☂️量的變化(hua)☔［2］。恒溫差型(xíng)響應速度(du)快，在💛流速(su)低到0．1Nm/s時都(dou)能保持很(hen)好的線性(xing)，随着速度(du)增大，精度(du)降低。而恒(heng)功率型适(shi)合高速介(jie)✔️質，流速高(gāo)達400Nm/s以上還(hai)可✍️測量，但(dàn)兩種類型(xíng)☁️的熱式流(liu)量計對于(yú)導熱性極(jí)好的氫氣(qi)等介質都(dou)不适用。
熱(re)式氣體質(zhì)量流量計(ji)測量的是(shì)質量流量(liang)，無需溫壓(yā)補償，響應(yīng)👉快［3］，高性能(neng)型号實驗(yan)室測量誤(wu)差爲±0．1%ＲS±0．5%FS，在要(yao)求高精度(du)時多采🏃🏻用(yong)網🏃‍♀️格法來(lai)确認安裝(zhuāng)的最佳插(chā)入深🏃🏻度，同(tóng)時✍️可在管(guǎn)道同一截(jie)面不同位(wei)置安裝多(duo)支傳感器(qi)取平均值(zhí)作爲最終(zhong)流體流量(liàng)，現在FCI某系(xì)列的流量(liang)🈲計上帶有(yǒu)2～3對傳感器(qi)。
1．3平衡流量(liàng)計
　　A+K平衡流(liu)量計最早(zao)是NASA針對航(hang)天飛機的(de)主發動機(jī)液氧測量(liàng)而發明的(de)一種流量(liàng)計。它相當(dang)于一個帶(dai)整流器的(de)多孔孔闆(pǎn)，每個孔的(de)尺寸和分(fèn)布基于獨(du)特💛的公式(shì)和測試數(shu)據定制，數(shu)量一般爲(wèi)4～26個，開孔數(shu)量👄、分布及(ji)大💃小等參(can)數都在美(měi)國計算，國(guó)内按照計(ji)算結果加(jia)工制作。當(dang)流體從多(duō)個孔中流(liu)過時，渦流(liu)明顯減少(shao)，形成的是(shì)平衡穩定(dìng)的流場，通(tong)過取壓裝(zhuāng)置可獲得(dé)穩定的壓(yā)差信号，根(gēn)據伯努利(li)方程計算(suan)出體🔞積流(liú)量，溫壓補(bǔ)償後得到(dào)最終流量(liang)。常規量程(chéng)比爲10∶1～7∶1，最大(dà)可以做到(dao)30∶1，無銳角，可(kě)雙向測量(liàng)，永久壓力(li)損失爲标(biāo)準孔闆的(de)1/3～1/2，由于降低(dī)了渦流、振(zhèn)動♍和信号(hao)噪聲，流場(chang)穩定，測量(liang)精度比标(biāo)準孔闆流(liu)量計高5～10倍(bei)，穩定性更(geng)好［4］。缺點是(shi)爲非标産(chan)品。爲🛀🏻保證(zheng)現場測量(liàng)精度和便(biàn)于計量院(yuàn)檢定，一般(ban)采用管道(dào)🐪式平衡流(liu)量🐕計，質量(liang)大，安裝運(yùn)輸💋不方便(biàn)。
2流量計檢(jian)定
2．1标準孔(kong)闆流量計(jì)
　　标準孔闆(pǎn)流量計的(de)檢定在第(dì)1．1節已提及(ji)，此處不再(zài)贅述。
2．2熱式(shi)氣體質量(liang)流量計
　　熱(re)式氣體質(zhi)量流量計(jì)出廠時要(yào)進行實溫(wēn)實壓實流(liú)标定📞，可溯(su)源到NIST。目前(qian)隻有美國(guo)本土有實(shi)流标定實(shí)驗室。在國(guo)内省級計(jì)量㊙️院一般(ban)進行N2、O2、CO及NO等(děng)接近理想(xiang)氣體雙原(yuán)子氣體檢(jiǎn)定時，不進(jin)行實流檢(jian)定，而是直(zhí)接用空氣(qi)作爲介質(zhì)，根據下式(shi)進行計算(suan):
H=ΔTCpM=ΔTCpρVt(2)
式中
t———時間(jian);
V———流速;
ρ———密度(dù)。
　　根據式(2)可(kě)知測量出(chū)某一時間(jiān)段t内管道(dào)的空氣平(píng)均流速V，得(dé)到空氣的(de)質量流量(liang)，再通過空(kong)氣和氧氣(qì)定壓比熱(rè)♍容關系換(huàn)算爲氧氣(qi)的質量流(liu)量。轉換過(guò)程中一般(bān)有±1%ＲS±1%FS的誤差(cha)。
2．3平衡流量(liang)計
　　平衡流(liú)量計不是(shì)标準件，使(shi)用前需要(yào)送至計量(liàng)院對測量(liàng)精🔞度和重(zhong)複性進行(háng)檢定，流通(tong)介質爲水(shuǐ)，送檢前設(shè)備廠家會(hui)以氧氣和(he)水的雷諾(nuò)數爲橋梁(liang)出一份介(jie)質爲水🆚的(de)計算書，給(gěi)計量院作(zuò)爲參考。爲(wèi)避免安裝(zhuāng)過程對測(ce)量精度造(zao)成過大幹(gàn)擾，選用管(guǎn)道💚式平衡(héng)流量計，通(tong)徑1200mm，在東南(nán)地區能實(shí)流檢定1000mm以(yǐ)上孔闆的(de)計量院僅(jǐn)有開封市(shi)的國家水(shuǐ)大流量計(jì)量♉站和常(cháng)州市計量(liàng)🐉測試技術(shù)研究所，而(er)且檢定周(zhou)期長❄️。
　　檢定(ding)過程遵照(zhao)JJG640-2016［5］采用标定(dìng)流出系數(shù)的方法，流(liú)出系🐅數公(gong)式爲⭐:

式中(zhōng)
Cij———第i檢定點(diǎn)第j次檢測(cè)的流出系(xi)數值;
D———管道(dào)内徑，mm;m———節流(liu)面積比;
(qs)ij———第(dì)i檢定點第(dì)j次檢測标(biāo)準流量值(zhí)，m3/h;
Δpij———第i檢定點(dian)第j次檢測(cè)标準壓差(cha)值，kPa;
ρ1———水的密(mì)度，kg/m3。
　　根據式(shi)(3)可知，隻要(yao)測出第i檢(jiǎn)定點第j次(cì)标準流量(liàng)值和第i檢(jiǎn)定點第j次(cì)壓差值就(jiù)可得到流(liú)出系數，标(biao)準流量值(zhí)可通過标(biao)準電磁流(liu)量計讀出(chū)，壓差值可(ke)通過平衡(héng)流量計上(shàng)安裝的标(biao)準🔞差壓變(biàn)送器讀出(chu)。檢定過程(chéng)中選取Qmax、3/4Qmax、1/2Qmax、1/4Qmax、Qmin共(gong)計5個點，每(měi)個點測量(liang)4次。标準流(liu)量值和壓(yā)差值🥰由計(ji)算機系統(tǒng)自動采集(ji)，得到平衡(heng)流🏃量計的(de)Cij。
各檢測點(diǎn)流出系數(shu)Ci爲:

3對比結(jie)論
　　從功能(néng)特點對比(bi)3種類型的(de)流量計可(kě)以發現，标(biao)準孔闆流(liú)🚩量計爲标(biao)準件，精度(du)不高、重複(fú)性差、價格(gé)低，量程比(bǐ)3∶1，不能滿足(zú)目的要💘求(qiú)。熱式氣體(ti)質量流量(liang)計量程比(bǐ)可達100∶1，直接(jiē)測量氣體(tǐ)質⚽量流量(liang)，無需溫壓(ya)補償，但是(shì)對👄測量氣(qi)體組分要(yao)求較高，氣(qi)體内不能(néng)含水，且組(zǔ)分不能有(you)變化，否則(ze)會嚴重影(ying)響測量精(jing)度。同時直(zhi)管段要💰求(qiú)較高，一般(bān)爲前20D後5D，對(dui)于前方有(you)兩個不同(tong)向的彎頭(tóu)時，要求㊙️前(qian)50D後5D。A+K平衡🏃‍♂️流(liu)量計基于(yu)壓差測量(liang)流量原理(li)，可靠性高(gāo)，量程比在(zai)🤟10∶1左右，重複(fú)性🏃‍♂️和長期(qi)穩定性好(hao)，所需前後(hòu)直管段短(duan)(前2D後2D)，永久(jiu)壓損較低(dī)，節約能源(yuán)⛷️。但需要溫(wēn)壓補償，計(ji)量精度爲(wèi)整個系統(tong)的精度，價(jià)格也随管(guǎn)徑的增大(da)而增大，大(da)管徑流🌈量(liang)計價格更(gèng)是成倍增(zēng)加。
　　從檢定(dìng)角度對比(bi)，标準孔闆(pan)流量計一(yi)般進行幾(ji)何檢定，可(kě)🐅信💋度😘低。熱(rè)式氣體質(zhì)量流量計(jì)省級計量(liang)院可用标(biao)流速的🌈方(fāng)法進行檢(jian)定，拆下檢(jiǎn)修或标定(dìng)期間可不(bú)停氣，不影(ying)響生産，但(dàn)是計量院(yuàn)檢定誤差(cha)較大。A+K平衡(heng)流量計需(xu)通水進行(hang)檢📧定，檢定(ding)結論可信(xin)度高，但大(dà)管徑流量(liàng)計檢定☎️比(bi)較困難，東(dong)南地區僅(jǐn)兩家計量(liàng)院可檢定(ding)。綜上所述(shù)，除檢定困(kùn)難以外，A+K平(píng)衡流量計(ji)更能滿足(zú)企業對計(jì)量準确性(xing)和長期穩(wěn)定性的需(xū)求，加上檢(jiǎn)定💜周期爲(wèi)兩年甚至(zhi)更✍️長，不需(xu)要頻繁檢(jian)定🔱。
4結束語(yǔ)
　　兩套同批(pi)次同類型(xing)的平衡流(liú)量計分别(bie)安裝在供(gòng)氣方和👈用(yòng)氣💃🏻方廠區(qu)交界處，計(jì)量院檢定(dìng)結果顯示(shì)，其中一套(tao)♈平衡流量(liàng)計精确度(dù)爲±0．6031%，另一套(tao)精度爲±0．5538%，重(zhong)複性均優(you)于0．01%。實際運(yùn)行🙇🏻過程中(zhong)⛱️，兩套流量(liang)計最大示(shì)值偏差遠(yuǎn)低于1%，優于(yú)合同中商(shang)定的允許(xǔ)最大3%的偏(pian)📱差。

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