0 引言
   天(tian)然氣制(zhì)氫生産(chan)工藝是(shì)以天然(ran)氣爲原(yuan)料生産(chan)氫氣，與(yu)水蒸汽(qi)進行重(zhong)整反應(ying)，得氫氣(qì)産品，然(ran)後通過(guo)管道輸(shū)送給客(kè)戶。氫氣(qì)相比其(qí)他氣體(tǐ)，價格偏(piān)貴，因此(ci)氫氣🌈計(ji)量的準(zhǔn)确性不(bu)僅關系(xì)着供需(xu)雙方進(jin)行公平(ping)的貿易(yì)結算，還(hai)關系到(dào)成本控(kong)制，因此(ci)整個計(ji)量系統(tǒng)受到各(gè)方的高(gao)度重視(shi)。帶溫壓(ya)補償孔(kǒng)闆流量(liàng)計在氫(qīng)氣計量(liàng)中的應(ying)用
1 系統(tong)方案
   如(ru)圖 1 所示(shi)，整個計(jì)量系統(tong)由雙孔(kǒng)闆、 差壓(ya)變送器(qì) 、 壓力變(bian)送器 、 熱(re)電阻 、流(liu)量積算(suàn)儀組成(chéng)。孔闆與(yu)差壓變(biàn)送器組(zu)合采集(jí)差🌈壓信(xìn)号，壓🏃‍♂️力(li)變送器(qì)采集壓(yā)力信号(hào)與熱電(diàn)阻采集(ji)溫度信(xin)号組合(hé)用于溫(wēn)壓補償(chang)，經計算(suan)後在流(liu)量積🐇算(suan)儀中顯(xiǎn)示。
   兩塊(kuai)孔闆可(ke)根據實(shi)際生産(chǎn)需要串(chuan)聯、并聯(lián)測量，但(dan)同一☁️時(shi)刻隻用(yong)一塊孔(kǒng)闆的數(shu)值用于(yú)貿易結(jie)算。當在(zai)運行過(guo)程中發(fā)現兩塊(kuài)孔闆有(you)較大的(de)偏差時(shí)，操作人(rén)員會及(ji)時查看(kan)曆史趨(qu)勢，根據(jù)工藝判(pan)斷查找(zhǎo)出有流(liú)量突的(de)一台，及(ji)時送第(dì)🔴三方單(dan)位進行(háng)檢定。
這(zhè)種采用(yong)雙孔闆(pan)的計量(liàng)方式，雖(suī)然在項(xiàng)目建設(she)初期投(tou)入費用(yong)高一些(xie)，但是如(rú)果有偏(pian)差出現(xiàn)而未及(ji)時進行(háng)幹預，會(hui)造成很(hen)大的經(jīng)濟損失(shī)。

   孔闆(pǎn)原理如(ru)圖2 所示(shi)。根據伯(bó)努利方(fāng)程，流體(tǐ)在管道(dao)⛷️中㊙️流🐅動(dong)👣，當接近(jin)阻攔處(chù)時，有一(yī)部分流(liú)體的勢(shì)能轉換(huàn)成動能(néng)，在孔闆(pan)的前入(ru)口端面(miàn)壓力增(zēng)加; 當經(jīng)過節流(liu)元🌈件時(shi)，流🔴體逐(zhu)漸♋收縮(suo)，流速升(shēng)高，壓力(li)最小，所(suǒ)以在孔(kong)闆⭐上下(xia)遊兩側(ce)産生壓(yā)🌈力差，流(liu)量越大(da)，壓差就(jiu)越大，孔(kǒng)闆即是(shì)通過測(ce)量壓差(chà)來體現(xian)流量大(dà)小✍️。其基(jī)本公式(shi)如下:


1． 2 溫壓(yā)補償
   由(you)于氣體(tǐ)可以壓(yā)縮，随着(zhe)壓力、溫(wen)度的變(biàn)化，體積(ji)也相應(ying)💃地發生(shēng)變化，因(yīn)此需将(jiang)工況下(xia)的氣體(ti)流量換(huàn)算成标(biāo)況下的(de)💛體積流(liú)量進行(hang)計量，即(jí)标準狀(zhuàng)态下 1 個(ge)标準🔞物(wu)理大氣(qi)壓( 0． 101 325 MPa) 、0 ℃( 273． 15 K) 時的(de)流量，進(jìn)行溫壓(yā)補償，公(gong)式🈚如下(xia):

1． 3 流量積(jī)算儀
   流(liu)量積算(suàn)儀采用(yòng)浙大中(zhōng)控的 U6-200，IO 模(mo)塊能夠(gòu)處理多(duo)種數據(jù)類型，4 ～20 mA、1 ～5 V、歐(ou)姆、開關(guan)量和脈(mò)沖量輸(shu)入以及(jí)模拟量(liang)✌️、開關量(liàng)輸出等(děng)，還能👅夠(gou)實現流(liú)量溫壓(yā)補償及(jí)流量🏃🏻‍♂️的(de)分段計(ji)量。根據(jù)合同🏃🏻‍♂️條(tiáo)款規定(dìng)，在程序(xù)内設置(zhi)流量分(fen)段值，可(ke)自動生(shēng)👈成日報(bao)表、月報(bao)表。操作(zuo)人員隻(zhī)💃需要選(xuan)擇要打(dǎ)印的報(bào)表日期(qī)，及日報(bào)或月報(bào)即可♈，不(bu)能人爲(wèi)進行修(xiū)改任何(he)數據。
2 雙(shuang)孔闆安(an)裝和使(shǐ)用
   儀表(biao)的安裝(zhuang)是儀表(biao)運行的(de)重要部(bu)分，孔闆(pan)對安裝(zhuang)♌的要求(qiú)尤其🌂高(gao)，它直接(jiē)影響計(jì)量的誤(wù)差。雙孔(kong)闆的安(an)裝🐇與單(dān)個孔闆(pan)相比，要(yào)⛷️求更加(jiā)嚴格。
2． 1 孔(kǒng)闆安裝(zhuang)方向
   孔(kong)闆上下(xia)端面裝(zhuang)反，流量(liàng)會比實(shi)際流量(liang)低，在安(ān)裝初期(qī)應檢查(chá)🌂管道流(liú)向，在孔(kǒng)闆上也(yě)有 箭頭(tóu)标識，箭(jiàn)頭的方(fāng)向要與(yu)介質流(liu)向🔅一緻(zhì)。在取壓(ya)口附近(jìn)标有⁉️“+”的(de)一端應(yīng)與流體(ti)上遊管(guan)段連接(jie)，标有“－”的(de)一端應(yīng)與流體(ti)下遊管(guǎn)段連接(jiē)。
2． 2 中心線(xiàn)
   孔闆的(de)中心、法(fǎ)蘭中心(xīn)、管道中(zhong)心應在(zài)同一軸(zhou)線上。
2． 3 直(zhi)管段長(zhǎng)度
   GB / T 2624． 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(duan)) 中對不(bú)同情況(kuàng)下孔闆(pan)直管段(duàn)做了詳(xiáng)細分類(lei)，在🍓本項(xiang)目中，采(cǎi)用兩塊(kuai)孔闆 A 和(he)B，由于兩(liǎng)塊孔闆(pan)上遊側(cè)存在的(de)阻流件(jiàn)不同，所(suǒ)以直管(guan)段要求(qiú)也不相(xiang)✔️同。
   根據(ju)孔闆計(jì)算書得(de)出 β 值爲(wei) 0． 375 72，A 孔闆的(de)上遊側(ce)爲一個(ge)全孔球(qiú)閥🔞和一(yī)個三通(tōng)，需要 12D 的(de)直管段(duan); B 孔闆的(de)流體🚶‍♀️質(zhì)量💞較差(chà)，在其上(shàng)遊🚶側有(yǒu)一個截(jié)止閥和(he)一個 90°彎(wān)頭，一個(ge)三通，共(gong)需要 28D 的(de)直管段(duàn)。由于現(xiàn)場安裝(zhuang)空間有(yǒu)限，不能(néng)滿足 28D 的(de)直管段(duan)要求，爲(wèi)✍️了能夠(gòu)實現較(jiào)好的流(liu)體質量(liang)，使測量(liang)滿足精(jīng)度要求(qiu)，因此在(zài)孔闆前(qián)面🔱采用(yòng)整流器(qi)。整流器(qi)安裝如(ru)圖🌂3 所示(shi)，采用 DANIEL 整(zheng)流器後(hou)，直管段(duan)要求從(cong) 28D 變成 17D，解(jie)決了現(xiàn)場安㊙️裝(zhuāng)空間不(bú)足的📞問(wèn)🌈題 。

3 計(ji)量系統(tǒng)模式選(xuǎn)擇
   雙孔(kǒng)闆計量(liang)與單孔(kong)闆計量(liang)的不同(tóng)是選擇(zé)的檢測(cè)🈲元件數(shu)量增🛀🏻加(jia)一倍，所(suǒ)以除了(le)需要滿(man)足精度(dù)要求外(wài)，成本及(jí)第三方(fāng)鑒定也(yě)是需要(yào)着重考(kao)慮的問(wèn)題。
   計量(liàng)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(shi)時檢測(ce)所涉及(ji)的各參(can)數，通過(guo)預設👣在(zai)流量積(ji)♻️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(shù)的發展(zhan)，差🏃壓流(liú)量計的(de)♊計量方(fang)法⁉️衆多(duō)，主要可(ke)分爲以(yǐ)下兩種(zhǒng)模式: 檢(jiǎn)測元件(jian)+PLC+HMI，檢測元(yuan)件♈+流量(liàng)積算儀(yí)+工控機(jī)。
   檢測元(yuan)件可以(yǐ)分爲多(duo)參量智(zhi)能變送(song)器與單(dan)參變送(sòng)器。多👉參(can)量⚽變送(sòng)器通過(guo)一個檢(jiǎn)測器将(jiang)溫度，壓(yā)力，差壓(ya)同時檢(jiǎn)測，并在(zài)表頭進(jin)行顯示(shi)。一般應(ying)用于沒(méi)有分段(duàn)🙇‍♀️計量的(de)模式，結(jie)算的依(yī)⛱️據僅僅(jǐn)是流量(liàng)的累積(ji)值，每月(yuè)約定某(mǒu)一時間(jian)甲乙♋雙(shuang)方共同(tong)讀取數(shu)值。優點(diǎn)是第三(san)方鑒定(ding)簡單方(fāng)便，變送(song)器🔅可以(yǐ)單獨校(xiào)♻️驗，也可(kě)以随流(liú)量計一(yī)起校驗(yan); 缺點是(shi)變送器(qì)本身沒(méi)有存儲(chǔ)數據的(de)功能，數(shù)⛱️據則需(xu)要送到(dào) HMI 中進行(hang)存🚶‍♀️儲👌，而(ér)且累積(jī)流量需(xū)要将通(tōng)信協議(yi)由 Modbus485 轉換(huàn)成 Modbus TCP/IP 後傳(chuan)輸給HMI，硬(ying)件💋成本(ben)會相應(yīng)增加，且(qie)數據容(róng)易丢失(shi)。因此❗，在(zai)本項目(mù)中沒有(you)采用多(duo)參量變(bian)送器。
3． 1 檢(jiǎn)測元件(jiàn)+PLC+工控機(ji)
   檢測元(yuan)件将現(xiàn)場壓力(lì)、差壓、溫(wen)度等信(xin)号送入(ru)流量計(jì) PLC 的 AI 模塊(kuài)，通過數(shù)據轉換(huan)後，在 PLC 内(nei)進行編(biān)程後計(jì)算出氫(qing)氣瞬時(shí)流量、累(lèi)積流❓量(liang)，再通過(guo) HMI 進行顯(xiǎn)示。
   這種(zhong)計量方(fāng)式是屬(shu)于目前(qián)普遍采(cai)用的模(mo)式，由于(yu)溫壓補(bǔ)償💘是由(you)人工在(zai) PLC 中編程(chéng)實現，采(cǎi)用簡化(huà)版溫🈲壓(yā)補償公(gōng)式，有些(xiē)參數并(bìng)沒有在(zài)公式中(zhōng)體現，這(zhè)些參數(shù)會對計(jì)量精度(dù)有一些(xiē)影⭐響。這(zhè)種⭐模式(shi)采用硬(ying)件較多(duo)，人工參(cān)與度較(jiao)大，可靠(kao)性相對(dui)較差，信(xin)任度㊙️較(jiao)低; 并且(qie)計量系(xi)統需要(yào)第三方(fāng)進行鑒(jian)定。
3． 2 檢測(ce)元件+流(liu)量積算(suàn)儀+工控(kong)機
   檢測(cè)元件采(cǎi)集到壓(ya)力、差壓(yā)、溫度後(hou)，輸入到(dào)流量積(jī)算儀數(shù)據采💃集(ji)卡，由流(liú)量積算(suàn)儀内部(bu)軟件進(jin)行溫壓(ya)補償後(hou)，計算得(de)出氫氣(qi)的瞬時(shí)流量、累(lèi)積流量(liàng)等信号(hao)。流量積(ji)算儀的(de)計算軟(ruan)件是固(gù)化在其(qi) CPU 中，内部(bu)程序無(wú)法人工(gōng)更改😍，操(cao)作人員(yuan)隻需在(zài)其自帶(dài)的觸摸(mo)屏上設(shè)置相關(guan)參數，操(cao)作簡單(dan)方便🌈。在(zai)流量計(ji)算時，會(hui)比在 PLC 人(ren)工開發(fā)程序精(jing)度高很(hen)多，整個(gè)系統的(de)可靠性(xìng)也提高(gāo)很多。
   采(cǎi)用流量(liàng)積算儀(yi)的優點(diǎn)在于它(ta)除了能(néng)夠進行(háng)流🤞量計(jì)算、溫壓(ya)補償以(yi)外，還能(neng)夠實現(xiàn)流量的(de)分段計(jì)量，自💋動(dong)生成日(rì)報表🌈、月(yuè)報表，減(jian)少了在(zài)工控機(jī)上人💛工(gong)編程實(shí)現分💃段(duan)計量😄所(suǒ)産生的(de)誤差。與(yǔ)傳統的(de)計量模(mo)式相比(bi)較，流量(liang)計算及(jí)報🏒表的(de)生成都(dou)是在流(liu)👈量積算(suan)儀上♍實(shí)現的，也(ye)避免了(le)在 PLC 上編(biān)程，工控(kong)機上顯(xian)示時兩(liǎng)設備時(shi)鍾不同(tong)步造成(chéng)數據有(you)差異的(de)問題。随(sui)着自動(dong)化技術(shu)快速🐕發(fa)展，流量(liang)積算儀(yi)的功能(neng)也💘日益(yì)增強，除(chu)了能夠(gòu)實現流(liu)量的相(xiàng)🐆關數據(ju)處理🛀外(wai)，還能夠(gòu)實現簡(jiǎn)單的控(kong)制功能(néng)，适用于(yú)需要💋計(jì)量📞且控(kong)制回路(lù)不多的(de)現場。
4 雙(shuāng)孔闆偏(piān)差計算(suàn)

如圖(tu)4 所示爲(wei)孔闆運(yun)行曲線(xiàn)，12 h 内平均(jun1)偏差爲(wèi)50．25Nm3，由此可(kě)以推算(suàn)出♌一年(nian)的偏差(cha)約爲440 190 Nm3。
由(you)圖 4 可以(yǐ)看出如(rú)果兩塊(kuai)孔闆偏(piān)差高出(chū)實際生(sheng)産需求(qiu)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(ti) 。
圖 4 流量(liàng)曲線圖(tu)
5 帶溫壓(ya)補償孔(kong)闆流量(liàng)計的優(yōu)缺點及(ji)應用
5． 1 帶(dai)溫壓補(bu)償孔闆(pǎn)流量計(jì)的優點(diǎn)
1) 孔闆結(jié)構簡單(dan);
2) 孔闆屬(shǔ)于标準(zhun)節流裝(zhuāng)置，得到(dào)國際組(zǔ)織的認(ren)
可，可以(yi)采用幾(jǐ)何測量(liang)法，不需(xū)要實流(liu)标定;
3) 孔(kǒng)闆的壓(yā)損相對(dui)較小;
4) 可(ke)以與不(bu)同廠家(jia)的變送(sòng)器配合(hé)使用;
5) 兩(liǎng)塊孔闆(pan)的優點(diǎn)在于當(dāng)發現流(liu)量偏差(cha)很大時(shí)，能夠及(ji)時💁發現(xiàn)問題 ，避(bi)免了經(jing)濟損失(shī)。
5． 2 帶溫壓(ya)補償孔(kong)闆流量(liàng)計的存(cun)在的問(wèn)題
1) 孔闆(pǎn)的精度(dù)在流量(liàng)計中屬(shǔ)于中等(děng)水平，很(hěn)多因素(sù)👅都♊能影(ying)響其精(jīng)度，在流(liú)量小于(yu)其量程(cheng) 30% 時，尤爲(wei)突出;
2) 壓(yā)力損失(shī)大;
3) 測量(liàng)範圍窄(zhǎi)，量程比(bi)小;
4) 有較(jiao)長的直(zhi)管段長(zhang)度要求(qiú)，要求安(an)裝有足(zu)夠的空(kong)間;
5) 孔闆(pan)以内孔(kǒng)銳角線(xian)來保證(zheng)精度，對(dui)于腐蝕(shí)、磨損、結(jie)垢、髒污(wu)敏感，長(zhǎng)期使用(yong)精度難(nan)以保證(zheng)，需每年(nián)拆下強(qiáng)檢一次(cì);
6) 采用法(fǎ)蘭連接(jie)，易産生(shēng)跑、冒、滴(di)、漏問題(ti)，大大增(zēng)加了維(wei)護工作(zuo)量;
7) 帶溫(wēn)壓補償(cháng)孔闆流(liu)量計在(zài)計量時(shí)需與客(ke)戶協商(shang)結算✂️方(fāng)法，以免(mian)引起異(yì)議;
8) 成本(ben)增加，維(wei)護量增(zeng)加。
6 總結(jie)
由于計(ji)量站一(yī)般爲無(wu)人值守(shou)站，日常(cháng)維護帶(dai)來一定(ding)🆚的🐕難度(dù)，所以在(zai)設計計(ji)量方案(an)時要充(chong)分考慮(lü)操作、維(wéi)護的簡(jiǎn)要性，操(cao)作簡單(dan)，維護方(fāng)便，而且(qie)要非常(chang)可靠，所(suǒ)📞以雙孔(kong)✔️闆能夠(gou)實現這(zhe)樣的目(mu)的。帶溫(wen)壓補償(cháng)孔闆流(liu)量計在(zài)實際應(ying)用中并(bìng)不多見(jiàn)，主要其(qí)成本提(tí)高而不(bu)被廣泛(fan)采用。但(dàn)在貿易(yì)結算中(zhong)，最重要(yao)的一條(tiáo)原則就(jiù)是保證(zheng)計量精(jīng)度，無論(lun)偏差是(shi)正值還(hai)是負值(zhi)，對買賣(mài)雙方來(lái)說都是(shi)不公平(ping)的，所以(yǐ)兩塊孔(kǒng)闆偏差(cha)較大時(shí)🤞，應及時(shi)分析原(yuán)因，解決(jue)問題，避(bì)免造成(chéng)雙方的(de)經濟損(sun)失。雖然(rán)一次性(xing)投入成(cheng)🐪本較高(gao)，但從長(zhang)期、穩定(dìng)的運行(háng)角度來(lai)考慮，會(hui)比單孔(kǒng)闆⁉️更有(yǒu)效率 。

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