摘要：某冶(ye)煉企業每年用(yong)氧氣量約4億立(lì)方米，流量計量(liang)稍💞有偏差，每年(nian)可能造成上百(bai)萬的損失。故對(dui)幾種可應用于(yú)💋大口徑管道氣(qì)體流量計 進行(hang)了對比分析，發(fā)現 平衡流量計(jì) 有良好的正确(què)率和穩定性，項(xiàng)目最終采用了(le)平衡😍流量計作(zuo)爲貿易計量器(qì)具。
國内冶煉企(qǐ)業配套空分項(xiang)目大多是企業(ye)内部運營🌈管理(li)。随💛着制氧技術(shù)的發展和人力(li)物力成本的上(shang)升，冶煉企業♊越(yue)來越傾向于将(jiāng)制氧系統通過(guò)BOO(Building-Owning-Operation)的方式交給專(zhuān)業團隊來建設(shè)運營，再通過購(gòu)買氣體的方式(shì)獲得氧氣，這就(jiu)涉及到供氣方(fāng)與用氣方之間(jiān)的貿易計量。企(qǐ)業正常🤩生産時(shi)對純度爲99．6%的高(gao)純氧需量爲47000Nm3/h，最(zuì)大需量爲54000Nm3/h，最小(xiǎo)需量爲10000Nm3/h，氧氣輸(shū)送管道通徑達(dá)1200mm。通🔆過對杭氧等(deng)國内空分廠家(jia)調查發現，其計(ji)量儀表多采用(yong) 标準孔闆流量(liang)計 ，少量采用巴(ba)類等均速管流(liú)量計。而法國液(yè)化空氣🔞、德國🏒林(lín)德等國外廠家(jia)中熱式氣體質(zhi)量流量計也廣(guang)泛使用，并開始(shǐ)嘗試使用新型(xíng)平衡流量計用(yòng)于貿易結算。
　　雖(suī)然巴類流量計(jì)采用的子彈頭(tou)截面傳感器，實(shi)驗室測量精度(du)提高到0．72%，但工業(ye)現場影響其測(ce)量精度的因素(su)過多，此🌈處隻對(dui)标準孔闆流量(liàng)計、熱式氣體質(zhì)量流量計和平(píng)衡流☔量計進行(háng)比較。
1流量計的(de)特點
1．1标準孔闆(pǎn)流量計
　　标準孔(kong)闆流量計是一(yi)種廣泛使用的(de)流量計，孔闆的(de)特征尺寸和加(jiā)工工藝按照國(guo)家标準GB/T2624．2-2006執行，檢(jiǎn)定按JJG640-2016執行。标準(zhǔn)孔闆流量計的(de)優點是制造簡(jiǎn)單，一般不需要(yao)🎯實流标定就可(ke)直接投入使用(yong)。缺點較多，标準(zhun)孔闆有一個銳(ruì)角✌️，長期使用存(cún)在“銳角磨損”問(wèn)題💚，測量精度随(sui)時間推移越🤞來(lái)越低。其次計量(liàng)院對标準孔闆(pǎn)一般采💰用物理(lǐ)檢定，也就是測(cè)量幾何尺寸和(hé)銳角偏差，有特(tè)殊要求時才用(yòng)水進行實流檢(jiǎn)定，測🎯量誤差在(zài)±(1%～5%)之間。同時标準(zhǔn)孔闆壓損大，量(liang)程比小(爲3∶1)，安裝(zhuāng)要求直管段滿(mǎn)足前10D後🍓5D［1］。

　　盡管标(biāo)準孔闆有如此(cǐ)多的缺點，但其(qí)制造、檢定過程(cheng)😍均按國家标準(zhun)執行，故在貿易(yì)計量中仍被大(dà)量使用。要求🛀🏻量(liàng)程比至少達到(dao)6∶1，标準孔闆流量(liang)計無法滿足使(shi)⭐用要求。
1．2熱式氣(qi)體質量流量計(ji)
　　熱式氣體質量(liàng)流量計 是基于(yú)金氏定律的一(yi)種插入式流量(liang)計，适合大管道(dào)流體🌈測👈量，FCI、Sierra、Kurz這3個(ge)品牌的熱式氣(qì)體質量流量計(jì)已🈲有幾十年的(de)曆史。熱式氣體(tǐ)質量流量計理(lǐ)論模型爲:
H=ΔTCpM(1)
式中(zhōng)
Cp———定壓比熱容，與(yǔ)氣體種類有關(guān);
H———加熱電功率;
M———質(zhì)量流量;
ΔT———兩個探(tan)頭的溫差。
　　式(1)可(kě)以引出兩種類(lei)型的産品:恒溫(wen)差型和恒功率(lǜ)型。兩類傳感器(qi)都由兩個并排(pái)的 熱電阻 組成(cheng)，其中一個普通(tong)熱電阻測量管(guan)道内氣體的溫(wen)度，另一個熱電(dian)阻帶加熱絲由(you)電流進行加熱(rè)，當氣體流經熱(rè)電阻，就會有冷(lěng)卻效應帶走熱(re)量。由式(1)可知，對(duì)于恒溫差型流(liú)量計溫差📧ΔT恒定(ding)，當質量流量M增(zeng)加時，冷卻效應(yīng)就增加，爲保持(chi)兩個熱電🐆阻的(de)溫差♍恒定所需(xū)的加熱功率H增(zēng)加，而加在加熱(rè)電阻上的功率(lǜ)H與質量流🏃‍♂️量M成(cheng)正比，測量☀️功率(lü)H的大小可以計(jì)算出流過管道(dào)的氣體質量。對(dui)于恒🙇🏻功率型，加(jiā)在加熱電阻上(shàng)的功率H始終保(bao)持恒定，在介質(zhì)靜止時溫差最(zuì)大，随着介質流(liu)動溫差減小，溫(wēn)差ΔT與質量流量(liang)M成反比，通過測(cè)量溫差的🌏變化(hua)來獲取流量的(de)變化🐕［2］。恒溫差型(xíng)響應速度快，在(zai)流速低到0．1Nm/s時都(dōu)能保持很🚶‍♀️好的(de)線性，随着速度(du)增大，精度降低(dī)。而恒功率型适(shì)合高速介質，流(liu)速高達400Nm/s以上還(hai)可測量🔞，但兩種(zhǒng)類型的熱式流(liú)量計對于導熱(re)性極好的氫氣(qi)等介質都不适(shi)用。
熱式氣體質(zhì)量流量計測量(liang)的是質量流量(liàng)，無需溫壓補🏒償(chang)🆚，響應快［3］，高性能(néng)型号實驗室測(cè)量誤差爲±0．1%ＲS±0．5%FS，在要(yao)求高精度時多(duo)采用網📞格法來(lái)确認安裝的最(zui)佳插入深度，同(tong)時可在管道同(tong)一👌截面不同位(wèi)置安裝多支傳(chuan)感器取平均值(zhí)作爲最終流體(tǐ)流🈲量，現在FCI某👅系(xì)列的流量計上(shang)帶有2～3對傳感器(qi)。
1．3平衡流量計
　　A+K平(ping)衡流量計最早(zao)是NASA針對航天飛(fei)機的主發動機(ji)液氧測量而發(fā)明的一種流量(liàng)計。它相當于一(yī)個帶整流器的(de)多孔孔闆，每個(ge)孔的尺寸和分(fèn)布基于獨特的(de)公式和測試數(shù)據定制，數量一(yi)般爲4～26個，開孔數(shù)量、分布及大小(xiǎo)等參數☔都在美(mei)國計算，國内按(àn)照計算結果加(jiā)工制🏒作。當流體(tǐ)從多個孔中流(liu)過時，渦流明🏃‍♀️顯(xiǎn)減少，形成的是(shì)平衡穩定的流(liú)場，通過取壓裝(zhuang)置🐆可獲得穩定(dìng)的壓差信号👣，根(gēn)據伯努利方程(chéng)計算出體積流(liu)量，溫壓補償👈後(hou)得到最終流量(liang)。常規量程比爲(wèi)10∶1～7∶1，最大可以做到(dao)30∶1，無銳角，可雙向(xiang)測量，永久壓力(lì)損失爲标準孔(kong)闆的1/3～1/2，由于降低(dī)了渦流、振動和(he)信号噪聲，流場(chang)穩定，測量精度(dù)比标準孔闆流(liú)量計高5～10倍，穩💯定(dìng)性更好［4］。缺點是(shi)爲非标産品。爲(wèi)保證現場測量(liàng)精度和便于計(jì)量院檢定，一般(ban)采用管道式平(píng)衡流量計，質量(liang)大，安裝運輸不(bú)方便。
2流量計檢(jian)定
2．1标準孔闆流(liu)量計
　　标準孔闆(pǎn)流量計的檢定(ding)在第1．1節已提及(ji)，此處不再贅述(shu)。
2．2熱式氣體質量(liàng)流量計
　　熱式氣(qì)體質量流量計(ji)出廠時要進行(hang)實溫實壓實流(liú)标定，可溯源到(dào)NIST。目前隻有美國(guó)本土有實流标(biāo)定實驗💰室。在國(guó)内省級計量院(yuàn)一般進行N2、O2、CO及NO等(děng)接近理想氣體(ti)💚雙原子氣體檢(jiǎn)定時，不進行實(shi)✔️流檢定，而是直(zhi)接用空氣作爲(wei)介🔆質，根據下式(shi)進行計🏃‍♂️算:
H=ΔTCpM=ΔTCpρVt(2)
式中(zhōng)
t———時間;
V———流速;
ρ———密度(dù)。
　　根據式(2)可知測(ce)量出某一時間(jian)段t内管道的空(kong)氣平均流💯速V，得(de)到空氣的質量(liàng)流量，再通過空(kōng)氣和氧氣定壓(yā)比熱容關系換(huan)算爲氧氣的質(zhì)量流量。轉換過(guò)程中一般有±1%ＲS±1%FS的(de)誤差。
2．3平衡流量(liang)計
　　平衡流量計(jì)不是标準件，使(shǐ)用前需要送至(zhì)計量院對測量(liàng)精度❓和重複性(xing)進行檢定，流通(tōng)介質爲水，送檢(jiǎn)前⭐設備廠家會(huì)以氧氣和水的(de)雷諾數爲橋梁(liang)出一份介質爲(wèi)水的計算書，給(gěi)計🏃‍♂️量院作爲參(cān)考。爲避免安裝(zhuang)過程對測量精(jing)度造成過大幹(gàn)擾，選用管道式(shi)平衡流量計，通(tōng)徑1200mm，在東南地區(qū)能實流檢定1000mm以(yǐ)上孔闆的計量(liang)院僅有開封市(shi)的國家水大流(liú)量計量📱站和常(cháng)州市計量測試(shì)技術研究所，而(ér)且檢定周期長(zhang)💛。
　　檢定過程遵照(zhào)JJG640-2016［5］采用标定流出(chu)系數的方法，流(liú)出系數公式爲(wei)🧡:

式中
Cij———第i檢定點(dian)第j次檢測的流(liú)出系數值;
D———管道(dào)内徑，mm;m———節流面積(ji)比;
(qs)ij———第i檢定點第(dì)j次檢測标準流(liú)量值，m3/h;
Δpij———第i檢定點(dian)第j次檢測标準(zhǔn)壓差值，kPa;
ρ1———水的密(mì)度，kg/m3。
　　根據式(3)可知(zhī)，隻要測出第i檢(jiǎn)定點第j次标準(zhun)流量值和第i檢(jian)定點第j次壓差(chà)值就可得到流(liu)出系數，标準流(liú)量值可通過标(biao)準👉電磁流量計(ji)讀出，壓差值可(kě)通🌈過平衡流量(liang)計上安裝的标(biāo)準🈚差壓變送器(qi)讀出。檢定過程(cheng)中選取Qmax、3/4Qmax、1/2Qmax、1/4Qmax、Qmin共計5個(ge)點，每個點測量(liang)4次。标準流量值(zhí)和壓差值由計(ji)算機系統自動(dong)采集，得到平衡(héng)流🤩量計的Cij。
各檢(jiǎn)測點流出系數(shù)Ci爲:

3對比結論
　　從(cong)功能特點對比(bǐ)3種類型的流量(liàng)計可以發現，标(biao)準孔闆流量計(ji)爲标準件，精度(dù)不高、重複性差(chà)、價格低，量程比(bi)3∶1，不🈲能滿足目的(de)要求。熱式氣體(tǐ)質量流量計量(liang)程比可達100∶1，直☀️接(jie)測量氣體質量(liang)流量，無需溫壓(ya)補償，但是對測(ce)量氣體🌈組分要(yào)求較高，氣體内(nèi)不能含水，且組(zǔ)分不㊙️能有變化(hua)，否則會嚴重影(yǐng)響測量精度♻️。同(tong)時直管段要求(qiu)較高，一般爲前(qián)20D後5D，對于前方有(you)兩⭕個不同向🈲的(de)彎頭⚽時，要求前(qian)50D後5D。A+K平衡流量計(ji)基于壓🛀差測量(liang)流量原理，可🛀🏻靠(kao)性高，量程比在(zai)10∶1左右，重複性🌐和(he)長期穩✏️定性好(hǎo)，所需前後直管(guǎn)段短(前2D後2D)，永久(jiǔ)壓🧑🏽‍🤝‍🧑🏻損較低，節約(yuē)能源。但需要溫(wēn)壓補償，計量🤩精(jing)度爲整⛱️個系統(tong)的精度，價格也(ye)随管👅徑的增大(dà)而增大，大管徑(jing)流量計價格更(geng)是成倍增加。
　　從(cong)檢定角度對比(bǐ)，标準孔闆流量(liàng)計一般進行幾(ji)何檢⭐定🏃🏻‍♂️，可信度(du)低。熱式氣體質(zhi)量流量計省級(ji)計量院可用👅标(biao)流速的方法進(jin)行檢定，拆下檢(jian)修或标定期間(jian)可不💋停氣，不📧影(ying)響生産，但是計(jì)量院檢定誤差(chà)較大。A+K平衡流量(liàng)計需通✂️水進行(háng)檢定，檢定結論(lun)可信度♍高，但大(da)管徑流量計檢(jiǎn)定㊙️比較困難，東(dong)南地區僅兩家(jia)計量院可檢㊙️定(dìng)。綜上所述，除檢(jiǎn)定困難以外，A+K平(píng)衡流量計更能(neng)滿足企業對計(jì)量準确🔆性和長(zhang)期穩定性🤞的需(xu)求，加上檢定🥰周(zhou)期爲兩年甚至(zhi)更🧡長，不需要⭐頻(pin)繁檢定🤞。
4結束語(yu)
　　兩套同批次同(tong)類型的平衡流(liu)量計分别安裝(zhuang)在供氣方和用(yong)氣方廠區交界(jiè)處，計量院檢定(ding)結果顯示，其中(zhōng)㊙️一套平衡流量(liàng)計精✉️确度爲±0．6031%，另(lìng)一套精度爲±0．5538%，重(zhong)複性均優于0．01%。實(shi)🤩際運行過程中(zhōng)，兩套流量計最(zuì)大示值偏差遠(yuǎn)低于1%，優于合同(tong)中商㊙️定的允許(xu)最大3%的偏差。

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