摘要：供(gòng)需雙方(fāng)貿易交(jiao)接計量(liàng)以富氫(qīng)氣體中(zhōng)的純氫(qing)量爲準(zhun)，由于測(ce)量的富(fu)氫氣體(ti)中含有(yǒu)飽和水(shui)蒸氣，随(suí)着溫度(du)的變化(huà)，其中的(de)水蒸氣(qi)與氫的(de)體積分(fen)數均會(hui)發生變(biàn)化，導緻(zhi)氫的平(píng)均相對(duì)分子質(zhi)量不停(ting)變化，爲(wèi)測量帶(dai)來困難(nán)。針對該(gai)問題，對(dui)比分析(xī)了 渦街(jiē)流量計(ji) 方法、科(ke)氏力質(zhì)量流量(liang)計方法(fǎ)、 孔闆流(liú)量計 方(fāng)法三種(zhong)測量方(fāng)案，最後(hou)選取孔(kǒng)闆流量(liàng)計結合(hé)熱導式(shì)⛷️氫分析(xi)儀測量(liàng)氫的體(ti)積分數(shù)，通過在(zai)流量演(yan)算器中(zhōng)進🌐行密(mi)度補償(chang)、幹氣部(bù)分計算(suàn)、純氫流(liú)量計算(suan)，實現了(le)準确測(cè)量、數據(jù)可信💔。
　　某(mǒu)化工廠(chang)從附近(jìn)的氯堿(jiǎn)廠輸入(rù)純度爲(wèi)98％的氫氣(qì)，用于生(shēng)産氫體(tǐ)積分數(shu)φＨ2爲70％～90％的富(fù)氫氣體(ti)，再經1根(gēn)内徑爲(wèi)468ｍｍ的管✨道(dao)返送回(huí)⭐氯堿廠(chang)，混合氣(qì)中的水(shui)蒸氣達(da)到飽和(hé)狀态，通(tong)過熱導(dao)式氫分(fèn)析儀測(cè)量混合(hé)氣中的(de)氫體積(ji)分數，測(cè)量範圍(wéi)爲50％～100％。該分(fen)析儀測(cè)量出的(de)是幹氣(qì)🐆體中的(de)氫體積(ji)分數，而(er)工藝要(yào)求測量(liang)的是濕(shī)氣體幹(gan)部分流(liu)量，并與(yǔ)氫體積(ji)分數一(yī)起計算(suàn)純氫的(de)體積流(liú)量，因此(cǐ)文中所(suǒ)述是一(yī)個變組(zu)分氣體(ti)的濕氣(qi)體幹部(bù)分流量(liàng)測量問(wen)題。
1測量(liang)方案的(de)确定
1．1渦(wo)街流量(liàng)計方法(fǎ)
1）該方法(fa)信号處(chù)理較爲(wèi)簡單。渦(wō)街流量(liàng)計是一(yī)種體🚩積(ji)流量💰計(jì)，即輸出(chū)信号僅(jin)與流過(guò)旋渦發(fa)生體處(chu)的流體(ti)平均流(liú)速成正(zhèng)比，而與(yǔ)物料的(de)密度、黏(nian)度等無(wu)關。如果(guǒ)能用渦(wo)街流量(liang)計測量(liang)某種氣(qì)體的體(ti)積流量(liàng)，則信号(hào)☔經下面(miàn)的處理(lǐ)後，就可(kě)得到純(chún)氫體積(jī)流⭕量。
ａ）将(jiāng)濕氣體(tǐ)中的水(shuǐ)汽量扣(kou)除。
B）将濕(shi)氣體的(de)幹部分(fen)流量換(huàn)算爲标(biao)準狀态(tai)流量。
ｃ）将(jiang)測量到(dào)的幹氣(qi)體中氫(qing)體積分(fen)數值與(yǔ)濕氣體(tǐ)的幹部(bu)分✍️體積(ji)流量相(xiàng)乘，即得(dé)到純氫(qing)的體積(jī)流量。
由(yóu)于測量(liang)對象具(jù)有管徑(jing)大、流速(sù)低、靜壓(yā)低、流體(tǐ)密度小(xiǎo)的特點(dian)，用渦街(jiē)流量計(ji)測量是(shì)否可行(hang)，須經分(fen)析和具(ju)體驗算(suàn)才可确(què)定🚶‍♀️。
2）已知(zhi)條件。該(gāi)測量對(duì)象與最(zuì)低可測(cè)流速有(yǒu)關的參(can)數包括(kuò)：管道内(nèi)徑D20＝468ｍｍ，最高(gao)壓力爲(wèi)70Kpa，常用壓(ya)力爲40Kpa，最(zui)低壓力(lì)爲20Kpa，幹部(bu)分最大(da)體🛀🏻積流(liu)量爲1×104ｍ3/ｈ，幹(gan)部分常(chang)用體積(ji)流量爲(wèi)7×103ｍ3/ｈ，最小體(ti)積流量(liàng)爲2．8×103ｍ3/ｈ，介質(zhì)溫🐉度爲(wèi)21．0～63．5℃（常用50℃），常(cháng)用工況(kuang)流體密(mì)度ρ1＝0．4138KG/ｍ3。由于(yu)工況條(tiao)件下的(de)流體密(mì)度小于(yú)0．5KG/ｍ3，使用渦(wo)街流量(liàng)計測量(liang)将受到(dào)流體密(mi)度的限(xiàn)制，因此(cǐ)根🏃🏻‍♂️據上(shàng)述數據(jù)💘計算得(de)到常用(yong)工況條(tiao)件下最(zui)小體積(ji)流量對(dui)應❓的流(liú)速爲3．57ｍ/ｓ。
3）最(zuì)低可測(cè)流速驗(yan)算［1－2］。提供(gòng)了大口(kou)徑渦街(jiē)流量計(jì)最低可(ke)測🌈流速(su)☎️公式：

式(shi)中：ｖ———最低(dī)可測流(liu)速，ｍ/ｓ；ρ———流體(tǐ)密度，KG/ｍ3。
将(jiang)ρ＝0．4138KG/ｍ3代入式(shì)（1）得到最(zuì)低可測(cè)流速爲(wei)8．73ｍ/ｓ，顯然比(bǐ)最小體(ti)積流量(liang)對應的(de)最低流(liú)速大得(dé)多。
4）縮小(xiǎo)管徑的(de)可行性(xìng)。縮徑前(qián)後的管(guan)徑與縮(suō)徑流速(su)的關系(xì)可🏃用式(shi)（2）計算：

　　式(shì)中：D2———縮小(xiao)後的管(guan)徑，ｍｍ；D1———縮小(xiao)前的管(guan)徑，ｍｍ；ｖ2———縮小(xiǎo)後的流(liú)速，ｍ/ｓ；ｖ1———縮❤️小(xiǎo)前的流(liu)‼️速，ｍ/ｓ。
　　将D1＝468ｍｍ，ｖ1＝3．57ｍ/ｓ，ｖ2＝8．73ｍ/ｓ代(dai)入式（2），得(dé)D2＝299．3ｍｍ，即要選(xuǎn)DＮ300渦街流(liú)量計才(cai)能将最(zui)小可測(ce)流量覆(fù)蓋，如果(guo)混合氣(qì)中的氫(qīng)體積分(fen)數高于(yú)常用值(zhí)或流體(tǐ)壓力低(dī)于常用(yòng)值，流體(tǐ)密度減(jian)小時将(jiāng)導緻最(zuì)小流量(liàng)無🔞法測(ce)量🏃🏻‍♂️；而且(qie)管道流(liu)通截面(mian)積縮徑(jìng)後隻有(yǒu)縮徑前(qian)的41％，縮✔️徑(jìng)導緻流(liú)速增高(gao)，最大流(liú)量時的(de)流速高(gao)達🔴31ｍ/ｓ，遠高(gao)于規程(chéng)規定的(de)安全流(liú)速［3］。因此(cǐ)，渦🌈街流(liú)量計不(bu)适用富(fu)氫氣體(ti)積流量(liang)的測量(liàng)。
1．2科氏力(li)質量流(liú)量計方(fāng)法
　　用科(kē)氏力質(zhì)量流量(liàng)計直接(jiē)測量變(biàn)組分氣(qì)體的質(zhi)量流量(liang)，是個既(ji)省力又(you)準确的(de)方案，但(dan)要求被(bei)測氣體(tǐ)靜壓在(zài)100Kpa以上📐，以(yǐ)便測量(liàng)管内氣(qi)體達到(dào)必要的(de)流速。但(dàn)在該案(an)例中，靜(jing)壓💘最低(dī)時僅20Kpa，而(ér)且😄流速(su)較高，也(yě)不符合(hé)安全流(liú)速的規(guī)定。
1．3孔闆(pan)流量計(ji)方法
　　隻(zhī)要雷諾(nuò)數大于(yu)5×103，采用該(gāi)方法就(jiu)能保證(zhèng)測量的(de)精确度(du)，不受下(xià)限流速(sù)的約束(shu)。但對于(yú)組分變(biàn)化的氣(qì)體，在溫(wēn)度⛱️、壓力(lì)不變的(de)情況下(xia)，其密度(dù)會随組(zǔ)分的變(biàn)化而變(biàn)化，從而(ér)産生誤(wu)差，爲此(ci)必須針(zhēn)對組分(fen)變化對(dui)測量的(de)影響進(jìn)行補償(cháng)。
2孔闆流(liú)量計方(fāng)法的實(shí)施

1. 孔闆(pan)流量計(jì)基本公(gong)式：

孔闆(pǎn)流量計(ji)的基本(ben)公式如(ru)式（3）所示(shì)［4－6］：

　　式中：ｑm———質(zhì)量流量(liang)，kg/s；Ｃ———流出系(xì)數；β———直徑(jìng)比，β＝D/D；ε1———節流(liu)件正端(duān)取壓口(kou)平面上(shang)的可膨(peng)脹性系(xì)數；D———工作(zuo)條件下(xia)節流件(jian)的開孔(kong)直徑，ｍ；D———管(guan)道内徑(jing)😘，ｍ；ΔP———差壓✔️，Pａ；ρ1———節(jiē)流件正(zheng)端取壓(yā)口平面(mian)上的流(liu)體密度(dù)，KG/ｍ3。
當流量(liang)用體積(ji)流量表(biǎo)示時，式(shi)（3）轉換爲(wei)式（4）：

式中(zhong)：ｑＶ———體積流(liú)量，ｍ3/ｓ。
2．2混合(he)氣密度(du)計算公(gong)式
1）标準(zhǔn)狀态下(xià)濕氣體(tǐ)幹部分(fèn)的密度(du)ρgn用式（5）計(ji)算［7－8］：

　　式中(zhōng)：φｉ———幹部分(fen)各組分(fèn)的體積(ji)分數，％；ρGｎｉ———幹(gan)部分各(gè)組分的(de)密度，KG/ｍ3．
　　由(yóu)于氫體(ti)積分數(shù)較大，該(gāi)案例中(zhong)隻測量(liàng)濕氣體(ti)幹部分(fen)中⁉️的氫(qing)體積分(fen)數，即認(ren)爲除氫(qīng)之外的(de)幾種其(qí)他氣體(ti)的體積(ji)分數恒(héng)定不變(biàn)，則式（5）簡(jiǎn)化成式(shi)（6）：

　　式中：φＨ2———氫(qīng)體積分(fen)數，％；ρＨ2———标準(zhun)狀态下(xià)的氫氣(qi)密度，KG/ｍ3；ρＮｎ———标(biāo)準狀态(tai)💚下氫之(zhi)外其他(ta)氣體的(de)平均密(mi)度，KG/ｍ3。
2）工作(zuò)狀态下(xià)濕氣體(tǐ)幹部分(fen)密度ρG的(de)計算如(rú)式（7）所示(shì)♉［7－8］：

　　式中：P1———工(gōng)作狀态(tài)下差壓(ya)裝置正(zhèng)端取壓(ya)口絕對(duì)壓力🈲，Pａ；1———濕(shī)氣體相(xiang)對濕度(dù)，取1＝100％；Pｓ1ｍａｘ———工作(zuo)狀态下(xià)飽和水(shui)蒸氣的(de)分壓，Pａ；Pｎ———标(biāo)準狀态(tai)下氣體(ti)絕對壓(yā)力，Pａ；Tｎ，Tｆ———标準(zhun)狀态和(hé)工作狀(zhuang)🤩态下氣(qì)體的熱(rè)力學溫(wen)度，K；Zｎ，Zｆ———标準(zhun)狀态和(hé)工作狀(zhuang)态下氣(qì)體的壓(ya)縮系數(shù)，取Zｎ＝Zｆ＝1。其中(zhong)Pｓ1ｍａｘ由表1查(cha)得.。

3）工作(zuo)狀态下(xià)濕氣體(ti)密度ρ1的(de)計算如(ru)式（8）所示(shì)：

　　式中：ｑＶ1———工(gōng)作狀态(tai)下混合(he)氣幹部(bù)分體積(jī)流量，ｍ3/ｈ；ｑＶｎ———标(biao)準狀👉态(tài)下混合(hé)氣幹部(bu)分體積(ji)流量，通(tōng)常由測(ce)量任務(wu)書給出(chū)，包括刻(ke)度最大(da)流量ｑＶｎｍａｘ，常(chang)用流量(liàng)ｑＶｎｃｏｍ和最小(xiǎo)流量ｑＶｎｍｉｎ，ｍ3/ｈ。
2．4差(chà)壓裝置(zhi)的計算(suan)
　　求得ｑＶ1和(hé)ρ1後，可按(àn)GB/T2624—2006設計計(ji)算差壓(ya)裝置。
3溫(wen)度壓力(li)及ε1的補(bǔ)償
3．1溫度(dù)壓力補(bǔ)償氫體(tǐ)積分數(shù)的補償(chang)公式
　　氣(qì)體溫度(dù)、壓力偏(pian)離設計(ji)值時，氫(qing)體積分(fen)數也會(hui)偏離設(she)☀️計值，此(ci)✔️時濕氣(qi)體幹部(bù)分流量(liàng)可用式(shi)（11）進行補(bu)償［10］：

式中(zhong)：帶“′”的物(wù)理量爲(wei)實際使(shǐ)用工況(kuang)條件下(xia)的參數(shu)，不帶“′”的(de)物☀️理量(liang)爲設計(jì)工況所(suǒ)對應的(de)參數，在(zai)差壓裝(zhuāng)置🌐計算(suàn)書中可(kě)以獲得(de)。
式（9）中，由(yóu)于工況(kuàng)變化，ρ1已(yi)經從式(shì)（8）所表示(shì)的值變(biàn)成式（12）所(suǒ)🐪表示的(de)值：

3．2流量(liàng)示值的(de)可膨脹(zhàng)性系數(shu)補償
　　爲(wei)了提高(gao)濕氣體(tǐ)幹部分(fen)流量測(ce)量的精(jing)确度，必(bì)須進行(hang)氣🏃🏻‍♂️體可(kě)膨脹性(xìng)系數（ｅｘPａｎｓｉBｉｌｉTｙ）的(de)補償，并(bìng)按GB/T2624—2006中的(de)公式Ｃ＝ｆ（β，RｅD）進(jin)行雷諾(nuò)數補償(cháng)，具體操(cao)作方法(fa)詳見參(cān)考文獻(xiàn)［10－11］。
3．3補償公(gong)式的實(shi)現
　　式（15）中(zhong)有一半(ban)的物理(li)量是已(yi)知的，隻(zhī)需按儀(yi)表說明(míng)書的要(yao)求填入(rù)菜單，其(qí)餘的則(zé)是測量(liang)值或計(ji)算值，具(ju)體見表(biao)2所列。


3．4結(jie)構上的(de)處理
　　由(you)于混合(he)氣中的(de)水蒸氣(qi)體積分(fèn)數總是(shì)達到飽(bao)和程度(dù)👨‍❤️‍👨，爲防止(zhǐ)冷凝水(shui)在孔闆(pǎn)前、 三閥(fá)組 内、 差(cha)壓變送(sòng)器 高低(di)壓室内(nèi)的聚積(jī)對測量(liàng)的精确(què)度産生(shēng)影響，該(gāi)項目儀(yi)表🛀采用(yong)偏心孔(kong)闆，并将(jiāng)差壓變(bian)送器布(bu)置在水(shuǐ)平管道(dao)上方，而(ér)且♌棄用(yong)針形閥(fá)三閥組(zu)，改用不(bu)鏽鋼球(qiú)閥，從而(ér)杜絕了(le)積㊙️水。
　　爲(wèi)便于清(qing)理差壓(yā)信号導(dǎo)壓管内(nei)可能生(shēng)成的污(wū)物，差壓(yā)裝置采(cai)用徑距(ju)取壓方(fāng)法。
4純氫(qing)流量的(de)計算
　　孔(kǒng)闆流量(liang)計經密(mi)度補償(cháng)測得的(de)濕氣體(tǐ)幹部分(fèn)體積流(liú)量✔️，換😘算(suan)爲标準(zhun)狀态下(xia)的體積(ji)流量後(hòu)，乘上幹(gan)氣體中(zhong)的氫體(ti)積分數(shù)，就🐅得到(dào)純氫的(de)體積流(liú)量。
5結束(shu)語
1）文中(zhōng)計算是(shì)變組分(fen)氣體流(liú)量測量(liàng)問題，組(zu)分的變(biàn)化源自(zì)混合氣(qì)中氫體(tǐ)積分數(shu)的變化(hua)和氣體(ti)溫度變(bian)化引起(qi)的水汽(qi)體積分(fèn)數的變(bian)化。介質(zhì)溫度冬(dōng)季💔最低(dī)達♍21℃，夏季(jì)最高達(da)63．5℃，水汽體(tǐ)積分數(shu)相差9倍(bei)之多，因(yīn)此混合(he)氣密度(du)變化🏃‍♂️很(hen)大。
2）該案(an)例中采(cǎi)用熱導(dao)式氫分(fèn)析儀測(ce)量氣體(ti)幹部分(fèn)的氫體(ti)積分數(shu)，并根據(jù)氣體中(zhong)飽和水(shuǐ)蒸氣壓(yā)力與飽(bǎo)和水蒸(zheng)氣密度(dù)表，扣除(chú)🐇水汽體(tǐ)積分數(shu)，計算得(dé)到❤️純氫(qīng)體積流(liú)量。
3）該案(àn)例中采(cǎi)用流量(liàng)演算器(qi)實現各(ge)項計算(suan)，由于使(shi)用的是(shi)彙編語(yu)言，所以(yi)杜絕了(le)病毒的(de)侵擾，運(yun)行安✍️全(quán)可靠。
4）該(gai)案例中(zhong)的系統(tong)在東北(běi)某化工(gong)企業投(tóu)運6ａ以來(lái)，運行可(kě)👉靠🤞，未發(fa)生過故(gù)障。測量(liàng)結果與(yǔ)産品産(chan)量一起(qǐ)計算得(dé)到的氫(qing)✊單耗不(bú)受季節(jiē)影響，因(yin)此作爲(wei)貿易交(jiao)接手段(duàn)得到了(le)雙方認(ren)可，從而(er)解決了(le)經營管(guan)理☂️中的(de)難題。

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