摘要: 孔(kong)闆流量(liàng)計 是流(liu)量檢測(cè)領域較(jiào)爲傳統(tǒng)的方法(fa)，技術成(cheng)熟，應用(yong)行業廣(guang)泛，有較(jiào)高的可(kě)信度，由(yóu)于目前(qian)制造精(jīng)度的提(tí)高，所以(yǐ)無論在(zài)計量精(jing)㊙️度、可靠(kào)性、維修(xiū)護用等(děng)方👈面都(dōu)比其他(ta)計量器(qi)具有其(qi)自身的(de)優💁勢。針(zhēn)對氫氣(qì)體的生(sheng)産工藝(yi)，氫氣計(ji)量的特(tè)點，介紹(shao)雙孔闆(pǎn)流量計(jì) 在氫氣(qì)計量系(xi)統中的(de)實際應(yīng)用情況(kuang)，闡述了(le)氫氣計(jì)量系統(tong)中相關(guan)儀表選(xuan)型原則(ze)，過孔闆(pan)的安裝(zhuāng)及日常(chang)維護方(fāng)面，運用(yong)圖表計(jì)算分析(xī)雙孔闆(pan)在計量(liàng)氫氣時(shí)的經濟(ji)優勢和(he)雙孔闆(pǎn)在運行(hang)中及項(xiang)目前期(qī)投入上(shàng)的劣勢(shì);同🎯時也(yě)對計量(liàng)相關模(mó)式進行(hang)淺析，不(bú)同計量(liang)組合會(huì)對計量(liang)精度、穩(wěn)定☎️性及(ji)成本帶(dai)來很大(da)的影響(xiǎng)。
0引言
天(tiān)然氣制(zhi)氫生産(chǎn)工藝是(shi)以天然(ran)氣爲原(yuan)料生産(chǎn)氫氣✌️，與(yu)🤟水蒸汽(qi)進行重(zhòng)整反應(yīng)，得氫氣(qì)産品，然(ran)後通過(guò)管道輸(shū)送給客(ke)🤞戶。氫氣(qì)相比其(qi)他氣體(tǐ)，價格偏(pian)貴，因此(cǐ)氫氣🍉計(jì)量的準(zhǔn)确性不(bu)僅關系(xì)着供需(xu)雙方進(jin)行公平(píng)的貿易(yì)結算，還(hai)關系到(dao)成本控(kòng)制，因此(ci)整個計(ji)量系統(tong)受到各(gè)方的高(gao)度🈲重視(shi)。
1系統方(fāng)案
如圖(tu)1所示，整(zhěng)個計量(liang)系統由(you)雙孔闆(pǎn)、 差壓變(biàn)送器 、 壓(yā)力變送(song)器 、 熱電(diàn)阻 、 流量(liàng)積算儀(yi) 組成。孔(kǒng)闆與差(chà)壓變送(song)器組合(hé)采集差(chà)壓信号(hao)，壓力變(biàn)送器采(cǎi)集壓力(lì)信号與(yǔ)熱電阻(zǔ)采集溫(wēn)度信号(hao)組合用(yòng)于溫壓(yā)補償，經(jīng)計算後(hou)在流量(liang)積算儀(yi)中顯示(shi)。
兩塊孔(kong)闆可根(gēn)據實際(jì)生産需(xū)要串聯(lian)、并聯測(cè)量，但🍓同(tong)一♈時刻(kè)㊙️隻用一(yi)塊孔闆(pǎn)的數值(zhi)用于貿(mào)易結算(suàn)。當在運(yùn)行過程(cheng)中發現(xian)兩塊孔(kǒng)闆有較(jiao)大的偏(pian)差時，操(cāo)作人員(yuan)會及時(shí)查看曆(lì)史趨勢(shì)，根據工(gōng)藝判斷(duàn)查找出(chu)有流量(liàng)突變的(de)一台，及(jí)時送第(dì)三方單(dān)✌️位進行(háng)檢定。
這(zhè)種采用(yòng)雙孔闆(pan)的計量(liang)方式，雖(suī)然在項(xiang)目建設(she)初期投(tóu)入費用(yong)高一些(xie)，但是如(rú)果有偏(piān)差出現(xian)而未及(jí)時進行(hang)幹預，會(huì)造成很(hěn)大的經(jing)濟損失(shi)。

1.1流量計(ji)選型
流(liú)量計采(cǎi)用EMEＲSON公司(sī)的DANIEL品牌(pái)孔闆，孔(kǒng)闆原理(lǐ)如圖2所(suǒ)示。根據(jù)伯努利(li)方程，流(liu)體在管(guǎn)道中流(liú)動，當接(jie)近阻攔(lan)處時，有(you)一部分(fèn)流體的(de)勢✌️能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，在孔(kong)闆的💜前(qian)入口端(duan)面壓力(li)增加🈚;當(dang)經過♌節(jiē)流元件(jiàn)時，流體(ti)逐漸收(shou)縮，流速(su)升高，壓(yā)力最小(xiǎo)，所以在(zai)孔闆上(shang)下遊兩(liang)側産生(shēng)壓力差(cha)，流量越(yue)大，壓差(cha)就越大(dà)，孔闆即(jí)是通💰過(guò)測量壓(yā)差來體(tǐ)現流量(liang)大小🐪。其(qí)基本公(gōng)式如下(xià):

式中:Q工(gōng)爲工況(kuang)下體積(ji)流量(m3/s);C爲(wèi)流出系(xi)數;爲孔(kǒng)闆直徑(jìng)與管✨道(dào)内徑之(zhī)比;ε爲膨(péng)脹系數(shù)，默認爲(wei)1;△P爲孔闆(pan)前後壓(yā)差(kPa);ρ1爲介(jiè)質密度(du)(kg/m3)

1.2溫壓補(bǔ)償
由于(yu)氣體可(ke)以壓縮(suō)，随着壓(ya)力、溫度(du)的變化(hua)，體積也(ye)相應🌏地(dì)發生變(bian)化，因此(cǐ)需将工(gōng)況下的(de)氣體流(liú)量換⭐算(suan)成标況(kuang)下的體(tǐ)積流量(liàng)進行計(jì)量，即标(biao)準狀态(tài)下1個标(biāo)準物理(li)大氣壓(yā)(0.101325MPa)、0℃(273.15K)時的流(liú)量，進行(háng)溫壓補(bǔ)償，公式(shì)如下:

式(shì)中:Q實爲(wei)實際測(ce)量流量(liàng);Q設爲設(shè)計流量(liàng);P實爲實(shi)測壓力(lì)🔴;P設爲設(she)計壓力(lì);T實爲實(shí)測溫度(dù);T設爲設(shè)計溫度(dù)。
1.3流量積(ji)算儀
流(liú)量積算(suan)儀采用(yòng)浙大中(zhong)控的U6-200，IO模(mó)塊能夠(gòu)處理多(duo)種數據(jù)類型，4～20mA、1～5V、歐(ou)姆、開關(guan)量和脈(mo)沖量輸(shu)入以及(jí)模拟量(liang)🔞、開關量(liang)輸出等(děng)，還能夠(gòu)實現流(liú)量溫壓(ya)補償及(jí)流量的(de)分段❓計(jì)量。根據(ju)合同條(tiáo)款規定(ding)，在程序(xù)内設置(zhi)流量分(fèn)段值⛷️，可(ke)自動生(shēng)成日報(bào)表👣、月報(bào)表。操作(zuo)人員隻(zhi)需要選(xuǎn)擇要打(dǎ)印的報(bào)表日期(qī)，及日報(bao)或月報(bao)即可💁，不(bu)能人爲(wèi)進行修(xiu)改任何(he)數據。
2雙(shuang)孔闆安(ān)裝和使(shǐ)用
儀表(biǎo)的安裝(zhuāng)是儀表(biao)運行的(de)重要部(bu)分，孔闆(pan)對安裝(zhuāng)的要求(qiú)尤其高(gāo)，它直接(jie)影響計(ji)量的誤(wu)差。雙孔(kong)闆的安(an)裝與單(dan)個孔闆(pan)相比，要(yao)求更加(jia)嚴格。
2.1孔(kong)闆安裝(zhuang)方向
孔(kong)闆上下(xià)端面裝(zhuāng)反，流量(liang)會比實(shí)際流量(liang)低，在安(ān)裝初期(qī)應檢查(cha)管道流(liú)向，在孔(kong)闆上也(ye)有箭頭(tou)标識，箭(jiàn)💜頭的方(fāng)向要與(yu)介質✔️流(liú)向一緻(zhi)。在取壓(ya)口附近(jìn)标有“+”的(de)一端應(ying)與流體(ti)上遊☂️管(guǎn)段連🔅接(jie)，标有“－”的(de)一端應(yīng)與流體(tǐ)下遊管(guǎn)段連接(jie)。
2.2中心線(xiàn)
孔闆的(de)中心、法(fa)蘭中心(xin)、管道中(zhong)心應在(zài)同一軸(zhou)線上。
2.3直(zhí)管段長(zhǎng)度
GB/T2624.2-2006表3(無(wú)流動調(diao)整器情(qing)況下孔(kǒng)闆與管(guan)徑之間(jian)所需的(de)‼️直管段(duàn)✨)中對不(bú)同情況(kuàng)下孔闆(pan)直管段(duàn)做了詳(xiang)細分✍️類(lei)，采用兩(liang)❗塊孔闆(pan)A和B，由于(yú)兩塊孔(kǒng)闆上遊(yóu)側存在(zai)的💚阻流(liú)件不同(tóng)，所以直(zhí)管段要(yào)求也不(bú)相同。
根(gen)據孔闆(pǎn)計算書(shū)得出β值(zhí)爲0.37572，A孔闆(pan)的上遊(you)側爲一(yi)個👉全孔(kong)👨‍❤️‍👨球閥💁和(he)一個三(sān)通，需要(yao)12D的直管(guan)段;B孔闆(pǎn)的流體(ti)質量較(jiào)差，在其(qí)上遊側(ce)有💋一個(gè)截止閥(fa)和一個(gè)90°彎頭，一(yi)個三通(tōng)，共需🔅要(yao)28D的直🤞管(guǎn)段。
由于(yú)現場安(ān)裝空間(jiān)有限，不(bú)能滿足(zu)28D的直管(guan)段要求(qiu)，爲了能(néng)夠實現(xian)較好的(de)流體質(zhì)量，使測(cè)量滿足(zú)精度要(yao)求，因此(cǐ)❄️在孔闆(pǎn)前面采(cai)用整流(liu)器。整流(liú)器安裝(zhuāng)如圖3所(suo)示💋，采用(yòng)DANIEL整流器(qi)後，直管(guan)段要求(qiú)從28D變成(chéng)17D，解決了(le)👨‍❤️‍👨現場安(ān)裝空間(jiān)不足的(de)問題。

3計(jì)量系統(tong)模式選(xuǎn)擇
雙孔(kǒng)闆計量(liang)與單孔(kǒng)闆計量(liàng)的不同(tóng)是選擇(ze)的檢測(ce)元件數(shù)量增加(jia)一倍，所(suǒ)以除了(le)需要滿(mǎn)足精度(dù)要求💋外(wai)，成本及(ji)第三方(fāng)鑒定也(ye)是需要(yào)着重考(kǎo)慮的問(wèn)題⭕。
計量(liang)系統的(de)整個環(huán)節沒有(you)人工參(can)與，僅僅(jǐn)是利用(yong)變送器(qi)🧡、熱電阻(zǔ)等相關(guan)設備實(shí)時檢測(cè)所涉及(jí)的各♈參(cān)數🔴，通過(guò)預設♈在(zai)流量積(jī)算儀軟(ruǎn)件的公(gong)式或在(zài)PLC中📧編程(chéng)來計算(suàn)流✂️量。随(sui)着技術(shu)的發展(zhǎn)，差壓流(liú)量計的(de)🏃‍♂️計量方(fāng)法衆多(duo)，主要可(ke)分爲以(yǐ)下兩種(zhong)模式:檢(jian)測元件(jian)+PLC+HMI，檢測元(yuán)件+流量(liang)積算儀(yi)+工控機(jī)。
檢測元(yuan)件可以(yǐ)分爲多(duō)參量智(zhì)能變送(song)器與單(dān)參變送(song)♉器。多🔞參(can)量變送(song)器通過(guò)一個檢(jiǎn)測器将(jiang)溫度，壓(yā)力，差壓(ya)同時檢(jian)測，并在(zai)表頭進(jìn)行顯示(shi)。一般應(yīng)用于沒(méi)🔴有分段(duàn)計量的(de)模式，結(jie)算的依(yī)🔱據僅僅(jin)💋是流量(liàng)的累積(jī)值，每月(yue)約定某(mou)一時間(jian)甲乙雙(shuāng)方共同(tong)讀取數(shu)值。優點(diǎn)是第三(sān)⭐方鑒定(dìng)簡單方(fang)便，變送(song)器可以(yi)單獨校(xiao)驗，也可(ke)以随流(liu)量計一(yī)起校驗(yan);缺點是(shi)變送器(qi)✏️本身沒(méi)有存儲(chǔ)數據的(de)功能，數(shu)據則需(xū)要送到(dao)HMI中進行(háng)存儲，而(ér)且累積(ji)流量需(xu)要将通(tōng)信協議(yì)由Modbus485轉🔞換(huan)成ModbusTCP/IP後傳(chuán)輸給HMI，硬(ying)件成本(ben)會相應(ying)增加，且(qiě)數據容(róng)易丢失(shī)。
3.1檢測元(yuán)件+PLC+工控(kong)機
檢測(ce)元件将(jiang)現場壓(ya)力、差壓(yā)、溫度等(deng)信号送(sòng)入流量(liàng)☀️計PLC的AI模(mó)塊✂️，通💃過(guo)數據轉(zhuan)換後，在(zài)PLC内進行(háng)編程後(hòu)計算出(chu)氫氣瞬(shùn)👣時流量(liang)、累積流(liu)量，再通(tōng)過HMI進行(háng)顯示。
這(zhe)種計量(liang)方式是(shi)屬于目(mu)前普遍(biàn)采用的(de)模式，由(you)于溫壓(yā)💚補償是(shì)🏃🏻‍♂️由人工(gōng)在PLC中編(biān)程實現(xian)，采用簡(jian)化版溫(wēn)壓補償(chang)公式，有(yǒu)🈚些參❓數(shù)并沒有(you)在公式(shi)中體現(xian)，這些☀️參(can)數會對(dui)計量精(jing)度有一(yi)些影響(xiang)。這種模(mo)式采用(yong)硬件較(jiao)多，人工(gōng)參與度(dù)較大，可(kě)靠🏃🏻‍♂️性相(xiang)對較差(chà)，信任度(dù)較低;并(bìng)且計🍉量(liàng)系統需(xū)要💋第三(sān)方進行(háng)🔴鑒定。
3.2檢(jian)測元件(jian)+流量積(jī)算儀+工(gong)控機
檢(jian)測元件(jiàn)采集到(dào)壓力、差(cha)壓、溫度(du)後，輸入(rù)到流量(liàng)積算🏃‍♂️儀(yí)數🔞據采(cai)🏃🏻集卡，由(yóu)流量積(jī)算儀内(nei)部軟件(jiàn)進行溫(wen)壓補償(chang)後，計算(suan)得出♉氫(qīng)氣👈的瞬(shùn)時流量(liàng)、累積流(liú)量等信(xin)号。
流量(liang)積算儀(yi)的計算(suan)軟件是(shì)固化在(zài)其CPU中，内(nèi)部程序(xu)無法人(rén)工更改(gǎi)，操作人(rén)員隻需(xu)在其自(zi)帶的觸(chù)摸屏上(shàng)設置相(xiàng)關參數(shù)，操作簡(jiǎn)單方便(bian)。在流量(liàng)計算時(shí)，會比在(zài)PLC人工開(kāi)發程序(xù)精度高(gao)很多，整(zheng)個系統(tǒng)的可靠(kào)性也提(ti)高很多(duo)。
采用流(liú)量積算(suàn)儀的優(yōu)點在于(yu)它除了(le)能夠進(jin)行流量(liang)計算、溫(wēn)壓📞補償(cháng)以外，還(hai)能夠實(shi)現流量(liàng)的分段(duan)計量，自(zi)動生成(cheng)日報表(biao)🐉、月報表(biǎo)，減少了(le)在工控(kòng)機上人(ren)⭕工編程(cheng)✌️實現分(fen)段計量(liang)🔞所産生(sheng)的誤差(chà)💛。與傳統(tong)的計量(liang)模式相(xiàng)比較，流(liu)量計算(suàn)及報表(biǎo)的生成(cheng)🏒都是在(zài)流量積(jī)算儀上(shàng)實現的(de)，也避免(mian)了在PLC上(shàng)編程，工(gōng)控機上(shang)👉顯示時(shi)兩設備(bei)時鍾不(bú)同步造(zào)成數據(jù)有差異(yì)的問題(ti)。
随着自(zi)動化技(jì)術快速(sù)發展，流(liu)量積算(suàn)儀的功(gōng)能也日(ri)益增強(qiang)，除了能(neng)夠實現(xian)流量的(de)相關數(shu)據處理(li)外，還能(neng)夠實現(xiàn)簡單的(de)控制功(gōng)能，适用(yòng)于需要(yào)計量且(qie)控制回(hui)路不多(duō)❤️的現場(chang)。
4雙孔闆(pǎn)偏差計(jì)算
如圖(tu)4所示爲(wei)孔闆運(yùn)行曲線(xiàn)，12h内平均(jun1)偏差爲(wèi)50.25Nm3，由此可(kě)以👨‍❤️‍👨推算(suan)出一年(nián)的偏差(cha)約爲440190Nm3。
由(you)圖4可以(yi)看出如(rú)果兩塊(kuai)孔闆偏(piān)差高出(chū)實際生(sheng)産需👄求(qiú)值時，會(huì)造成很(hěn)大的經(jing)濟損失(shī)，需要及(jí)時查找(zhao)原因，解(jiě)決問題(tí)。

5雙孔闆(pǎn)流量計(jì)的優缺(que)點及應(ying)用
5.1雙孔(kǒng)闆流量(liàng)計的優(you)點
1)孔闆(pan)結構簡(jian)單;
2)孔闆(pǎn)屬于标(biao)準節流(liu)裝置，得(dé)到國際(jì)組織的(de)認可，可(kě)以采用(yòng)幾💔何測(ce)量法，不(bu)需要實(shí)流标定(ding);
3)孔闆的(de)壓損相(xiang)對較小(xiao);
4)可以與(yu)不同廠(chang)家的變(bian)送器配(pei)合使用(yong);
5)兩塊孔(kong)闆的優(yōu)點在于(yú)當發現(xiàn)流量偏(piān)差很大(dà)時，能夠(gòu)及時發(fa)現🈲問題(ti)，避免了(le)經濟損(sǔn)失。
5.2雙孔(kong)闆流量(liang)計的存(cún)在的問(wèn)題
1)孔闆(pan)的精度(du)在流量(liàng)計中屬(shǔ)于中等(deng)水平，很(hen)多因素(sù)✂️都能影(yǐng)響其精(jīng)度，在流(liu)量小于(yu)其量程(cheng)30%時，尤爲(wèi)突出🌐;
2)壓(yā)力損失(shī)大;
3)測量(liàng)範圍窄(zhai)，量程比(bi)小;
4)有較(jiào)長的直(zhí)管段長(zhǎng)度要求(qiu)，要求安(ān)裝有足(zú)夠的空(kōng)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻間;
5)孔闆(pǎn)以内孔(kǒng)銳角線(xian)來保證(zhèng)精度，對(duì)于腐蝕(shi)、磨損、結(jié)垢、髒污(wū)㊙️敏感😄，長(zhǎng)期使用(yòng)精度難(nan)以保證(zheng)，需每年(nian)拆下強(qiáng)檢一次(cì);
6)采用法(fǎ)蘭連接(jie)，易産生(sheng)跑、冒、滴(di)、漏問題(tí)，大大增(zēng)加了維(wei)護工作(zuò)量;
7)雙孔(kǒng)闆流量(liang)計在計(jì)量時需(xu)與客戶(hù)協商結(jié)算方法(fǎ)，以免🐅引(yin)起異議(yì);
8)成本增(zeng)加，維護(hù)量增加(jiā)。
6總結
由(yóu)于計量(liàng)站一般(bān)爲無人(rén)值守站(zhàn)，日常維(wéi)護帶來(lái)一定的(de)難度，所(suǒ)🌏以在設(she)計計量(liang)方案時(shí)要充分(fèn)考慮操(cao)作、維護(hù)的簡要(yao)性，操作(zuo)簡單，維(wei)護方便(biàn)，而且要(yào)非常可(kě)靠，所以(yi)雙孔闆(pan)能夠實(shí)現這樣(yang)的目的(de)。
雙孔闆(pǎn)流量計(jì)在實際(jì)應用中(zhong)并不多(duo)見，主要(yao)其成👅本(běn)提高而(er)不被廣(guang)泛采用(yòng)。但在貿(mao)易結算(suàn)中，最重(zhòng)要的一(yī)💃🏻條原則(zé)就是保(bao)證計量(liàng)精度，無(wú)論偏差(chà)是正值(zhí)還是負(fu)值，對買(mai)賣雙方(fang)來說都(dou)是不公(gong)平的，所(suǒ)以兩塊(kuai)孔闆偏(piān)⁉️差較大(da)時，應及(jí)時分析(xī)原因，解(jie)決問題(tí)，避💁免造(zao)成雙方(fāng)的經濟(ji)損失。雖(suī)然一次(cì)性投入(rù)成本較(jiào)🈲高，但從(cóng)長期、穩(wěn)🐆定的運(yun)行角度(dù)來考慮(lü)，會比單(dān)孔闆更(geng)有效率(lü)。

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