摘要: 孔闆流量(liang)計 是流量檢測(ce)領域較爲傳統(tǒng)的方法，技術成(cheng)熟，應用行業廣(guang)泛，有較高的可(kě)信度，由于目前(qián)制造精度的提(tí)高，所以無論在(zai)計量精度、可靠(kào)性、維修護用等(deng)方面都比🐇其他(ta)計量器具有其(qi)自身的優勢。針(zhen)對氫氣體的生(shēng)産工藝，氫氣計(jì)量的特點，介紹(shao)雙孔闆流量計(ji) 在氫氣計量系(xi)統中的實際應(yīng)用情況，闡述了(le)氫氣✂️計量系統(tong)中🙇🏻相關儀表選(xuǎn)型原則，過孔闆(pan)的安裝及日常(cháng)維護方面，運用(yong)圖表計算分析(xi)雙孔闆在計量(liàng)氫氣時的經濟(ji)⛷️優勢和🌈雙孔闆(pan)在運行中及項(xiàng)目前♌期投入上(shàng)的劣勢;同時也(yě)對計量相關模(mó)式進行淺🔴析，不(bu)同計量組合會(hui)對計量精度、穩(wen)定✏️性及成本帶(dài)⁉️來很大的影響(xiǎng)❄️。
0引言
天然氣制(zhi)氫生産工藝是(shì)以天然氣爲原(yuán)料生産氫氣，與(yu)水蒸汽進行重(zhòng)整反應，得氫氣(qì)産品，然後通過(guo)管道💃輸送給客(kè)戶。氫氣相💜比其(qí)他氣體，價格偏(pian)貴，因此氫氣計(ji)量的準确性👉不(bu)僅關系着供需(xu)雙方進行㊙️公平(ping)的貿易結算，還(hai)關系到成本控(kong)制，因✔️此整個計(ji)📧量系統受到各(gè)方的高度重視(shì)。
1系統方案
如圖(tu)1所示，整個計量(liàng)系統由雙孔闆(pǎn)、 差壓變送器 、 壓(yā)力變送器 、 熱電(diàn)阻 、 流量積算儀(yi) 組成。孔闆與差(chà)壓變送器組合(he)采集差壓信号(hào)，壓力變送器采(cǎi)集壓力信号與(yu)熱電阻采集溫(wēn)度信号組合用(yong)于溫壓補償，經(jīng)計算後在流量(liang)積算儀中顯示(shì)。
兩塊孔闆可根(gēn)據實際生産需(xu)要串聯、并聯測(ce)量，但同一時刻(ke)💁隻🔴用一塊孔闆(pǎn)的數值用于貿(mao)易結算。當在運(yùn)行過程中發現(xiàn)兩塊孔闆有較(jiao)大的偏差時，操(cao)作人員會及時(shi)查看曆史趨勢(shi)，根據工藝判斷(duàn)查找✍️出有流量(liang)突變的一台，及(ji)時送第三方單(dan)位進行檢⁉️定。
這(zhè)種采用雙孔闆(pan)的計量方式，雖(sui)然在項目建設(she)初期投入🌏費🐪用(yong)高一些，但是如(ru)果有偏差出現(xiàn)而未及時進行(hang)幹預，會㊙️造成很(hěn)大的經濟損失(shi)。

1.1流量計選型
流(liú)量計采用EMEＲSON公司(si)的DANIEL品牌孔闆，孔(kong)闆原理如圖2所(suo)示。根據伯✂️努利(lì)方程，流體在管(guan)道中流動，當接(jie)近阻攔處時，有(yǒu)一💰部分流體的(de)勢能轉換成動(dong)能，在孔闆的前(qián)入口端面壓力(lì)增加;當經過節(jie)流元件時，流體(ti)逐漸收縮，流速(su)升高，壓力最小(xiǎo)，所以在孔闆上(shàng)下遊兩🐅側産生(shēng)壓力差，流量越(yue)大，壓差就越大(dà)🍉，孔闆即是通過(guò)測量壓差來體(ti)現流量大小。其(qi)基本公式如下(xià):

式中:Q工爲工況(kuàng)下體積流量(m3/s);C爲(wei)流出系數;爲孔(kǒng)闆直徑與管道(dào)🧡内徑之比;ε爲膨(péng)脹系數，默認爲(wei)1;△P爲孔闆前後壓(yā)🚶差(kPa);ρ1爲介質密度(du)(kg/m3)

1.2溫壓補償
由于(yu)氣體可以壓縮(suō)，随着壓力、溫度(dù)的變化，體積也(ye)相應地發生變(biàn)化，因此需将工(gong)況下的氣體流(liú)量換算成❗标況(kuang)下的❤️體積流量(liang)進行計量，即标(biao)準狀态下1個标(biāo)準物理大氣壓(yā)(0.101325MPa)、0℃(273.15K)時的流量，進行(háng)溫壓補償，公式(shì)如下:

式中:Q實爲(wei)實際測量流量(liàng);Q設爲設計流量(liang);P實爲實測⛹🏻‍♀️壓力(li);P設爲設計壓力(li);T實爲實測溫度(du);T設爲設計溫度(du)。
1.3流量積算儀
流(liu)量積算儀采用(yòng)浙大中控的U6-200，IO模(mó)塊能夠處理多(duō)種數據類型，4～20mA、1～5V、歐(ōu)姆、開關量和脈(mo)沖量輸入以及(jí)模拟量、開關量(liang)輸出等，還能夠(gou)實現流量溫壓(yā)補償及流量的(de)分段計量。根🌈據(ju)合同條款規❓定(ding)，在程序内設置(zhì)流量分段值，可(kě)自動生成日報(bao)表、月報表。操作(zuò)人員隻需要選(xuǎn)擇要打印的報(bao)表🏒日期，及日報(bao)⭕或月報即可，不(bu)能人爲進行修(xiū)改任何數據。
2雙(shuāng)孔闆安裝和使(shǐ)用
儀表的安裝(zhuāng)是儀表運行的(de)重要部分，孔闆(pan)對安裝的要求(qiú)尤其高，它直接(jie)影響計量的誤(wu)差。雙孔闆的安(an)裝與單個孔闆(pan)相比，要🔞求更加(jiā)嚴格。
2.1孔闆安裝(zhuāng)方向
孔闆上下(xià)端面裝反，流量(liàng)會比實際流量(liang)低，在安裝初期(qī)應檢查管道流(liú)向，在孔闆上也(ye)有箭頭标識，箭(jian)頭的方向要與(yǔ)介質流向一緻(zhi)。在取壓口附近(jìn)标有“+”的一端應(ying)與流體上遊管(guan)段連🧑🏽‍🤝‍🧑🏻接，标有“－”的(de)一端應與流體(ti)下遊管段連接(jie)。
2.2中心線
孔闆的(de)中心、法蘭中心(xīn)、管道中心應在(zai)同一軸線上。
2.3直(zhi)管段長度
GB/T2624.2-2006表3(無(wu)流動調整器情(qíng)況下孔闆與管(guǎn)徑之間所需的(de)直🌍管🔆段🏃🏻)中對不(bú)同情況下孔闆(pan)直管段做了詳(xiáng)細分類，采用兩(liang)塊孔闆A和B，由于(yú)🐪兩塊孔闆上遊(you)側存在的👣阻流(liu)件不同，所以直(zhí)管段要求也不(bu)相同。
根據孔闆(pan)計算書得出β值(zhí)爲0.37572，A孔闆的上遊(yóu)側爲一個🚶‍♀️全孔(kǒng)☁️球🏃‍♂️閥和一個三(sān)通，需要12D的直管(guan)段;B孔闆的流體(ti)質量較差，在其(qí)上遊側有一個(gè)截止閥和一個(ge)90°彎頭，一個三通(tong)，共需要28D的直管(guǎn)段。
由于現場安(ān)裝空間有限，不(bú)能滿足28D的直管(guǎn)段要求，爲了能(néng)💔夠實現較好的(de)流體質量，使測(cè)量滿足精度要(yào)求，因此在孔✊闆(pǎn)前🐇面采用整流(liú)器。整流器安裝(zhuang)如圖3所示♻️，采用(yong)DANIEL整流器後，直管(guan)段要求從28D變成(chéng)17D，解決了現場安(an)裝空間不足🔆的(de)問題。

3計量系統(tong)模式選擇
雙孔(kong)闆計量與單孔(kǒng)闆計量的不同(tóng)是選擇的檢測(cè)元🏃件數量🐪增加(jia)一倍，所以除了(le)需要滿足精度(du)要求外，成🧑🏾‍🤝‍🧑🏼本及(jí)第三方鑒定也(ye)是需要着重考(kao)慮的問題。
計量(liang)系統的整個環(huán)節沒有人工參(can)與，僅僅是利用(yòng)🍓變送器、熱🔴電阻(zǔ)等相關設備實(shí)時檢測所涉及(ji)的各參數，通過(guò)預設在流量積(jī)算儀軟件的公(gong)式或在PLC中編程(chéng)來計算流量。随(sui)着🤩技術的🤞發展(zhan)，差壓流量計的(de)計量方法衆多(duō)，主要可分爲以(yi)下兩種模式:檢(jiǎn)測元件+PLC+HMI，檢測元(yuan)件♻️+流量積算儀(yi)🐉+工控機。
檢測元(yuan)件可以分爲多(duō)參量智能變送(sòng)器與單參變送(song)器❄️。多參量變送(sòng)器通過一個檢(jian)測器将溫度，壓(yā)力，差壓同時檢(jiǎn)測🍉，并在表頭♋進(jìn)行顯示。一般應(ying)用于沒有分段(duan)計量的👄模式，結(jié)算的依💃🏻據僅僅(jǐn)是流量的累積(ji)值，每月約定某(mǒu)一時間甲乙雙(shuang)方共同讀取數(shù)值。優點是第三(sān)方鑒定簡單🔴方(fang)便，變送器可以(yi)單獨校💋驗，也可(kě)以随流量計一(yī)起校驗;缺點是(shì)變送器本身沒(mei)有存儲數據的(de)功能，數💛據則需(xu)要送到HMI中進行(háng)存儲，而且累積(ji)流量需🐅要将通(tōng)信協議由Modbus485轉換(huan)成ModbusTCP/IP後傳輸給HMI，硬(yìng)件成本會相應(ying)✍️增加，且💃🏻數據容(rong)易丢失。
3.1檢測元(yuan)件+PLC+工控機
檢測(ce)元件将現場壓(yā)力、差壓、溫度等(deng)信号送入流量(liàng)計PLC的AI模塊，通過(guo)數據轉換後，在(zài)PLC内進行編程後(hòu)計算出氫氣瞬(shùn)時流量、累積流(liú)量，再通過HMI進行(hang)顯示。
這種計量(liàng)方式是屬于目(mu)前普遍采用的(de)模式，由于溫🚶‍♀️壓(ya)補償是🏃‍♀️由人工(gong)在PLC中編程實現(xian)，采用簡化版溫(wēn)壓補償公☎️式，有(you)些參數并💛沒有(yǒu)在公式中體現(xian)，這些參數會對(duì)計量精度有一(yī)些影響。這種模(mo)式采用硬♌件較(jiao)多，人❓工參與度(dù)較大，可靠性相(xiàng)對較差，信任度(du)較低;并且計量(liàng)系統需要第三(sān)方進行鑒定。
3.2檢(jiǎn)測元件+流量積(ji)算儀+工控機
檢(jiǎn)測元件采集到(dao)壓力、差壓、溫度(dù)後，輸入到流量(liàng)積算儀數據采(cǎi)集卡，由流量積(jī)算儀内部軟件(jiàn)進行溫壓補償(cháng)後，計算得出氫(qing)氣的瞬時流量(liang)、累積流量等信(xìn)号。
流量積算儀(yi)的計算軟件是(shi)固化在其CPU中，内(nei)部程序🔴無法人(rén)工😍更改，操作人(rén)員隻需在其自(zi)帶的觸摸屏上(shàng)設置相關參數(shù)，操作簡單方便(bian)。在流量計算時(shí)，會比在PLC人工開(kai)發🌈程序精度高(gāo)很多，整個系統(tong)的可靠性也提(tí)高很多。
采用流(liú)量積算儀的優(yōu)點在于它除了(le)能夠進行流量(liang)計算😄、溫壓⛹🏻‍♀️補償(chang)以外，還能夠實(shi)現流量的分段(duàn)計量，自動生成(chéng)日報表、月報表(biao)，減少了在工控(kòng)機上人工編程(chéng)實現分段計量(liang)😄所産生😄的誤差(cha)。與傳統的計量(liàng)模式相比較，流(liu)量計算及報表(biǎo)的生成都是在(zai)流量積算儀上(shàng)🈲實現的，也避免(mian)了在PLC上編程，工(gong)控機上顯示時(shí)兩設備時鍾不(bú)同步造成數據(ju)有差異的問題(tí)。
随着自動化技(ji)術快速發展，流(liu)量積算儀的功(gong)能也日益增強(qiang)，除了能夠實現(xian)流量的相關數(shu)據處理外‼️，還能(néng)夠實現簡單的(de)控制功能，适用(yong)于需要計量且(qiě)控制回路不多(duō)👨‍❤️‍👨的現場。
4雙孔闆(pan)偏差計算
如圖(tu)4所示爲孔闆運(yun)行曲線，12h内平均(jun1)偏差爲50.25Nm3，由此可(kě)以推算出一年(nián)的偏差約爲440190Nm3。
由(you)圖4可以看出如(ru)果兩塊孔闆偏(piān)差高出實際生(sheng)産需求🏒值時🏃‍♂️，會(huì)造成很大的經(jing)濟損失，需要及(jí)時查找原因，解(jiě)決問題🐉。

5雙孔闆(pǎn)流量計的優缺(que)點及應用
5.1雙孔(kong)闆流量計的優(yōu)點
1)孔闆結構簡(jian)單;
2)孔闆屬于标(biāo)準節流裝置，得(de)到國際組織的(de)認可，可以采🐅用(yòng)幾🏃何測量法，不(bu)需要實流标定(ding);
3)孔闆的壓損相(xiang)對較小;
4)可以與(yu)不同廠家的變(bian)送器配合使用(yòng);
5)兩塊孔闆的優(yōu)點在于當發現(xian)流量偏差很大(da)時，能夠及時發(fā)現問題，避免了(le)經濟損失。
5.2雙孔(kǒng)闆流量計的存(cún)在的問題
1)孔闆(pǎn)的精度在流量(liang)計中屬于中等(děng)水平，很多因素(sù)都🐕能🐪影響🥰其精(jing)度，在流量小于(yú)其量程30%時，尤爲(wei)突出;
2)壓力損失(shi)大;
3)測量範圍窄(zhai)，量程比小;
4)有較(jiao)長的直管段長(zhang)度要求，要求安(an)裝有足夠的空(kōng)間;
5)孔闆以内孔(kong)銳角線來保證(zheng)精度，對于腐蝕(shí)、磨損、結垢、髒污(wu)敏🈲感💔，長期使用(yong)精度難以保證(zhèng)，需每年拆下強(qiang)檢一次;
6)采用法(fa)蘭連接，易産生(shēng)跑、冒、滴、漏問題(ti)，大大增加了維(wéi)護工👅作🚩量🌈;
7)雙孔(kǒng)闆流量計在計(jì)量時需與客戶(hu)協商結算方法(fǎ)，以免引㊙️起異議(yì);
8)成本增加，維護(hù)量增加。
6總結
由(you)于計量站一般(bān)爲無人值守站(zhàn)，日常維護帶來(lai)一定的難度，所(suo)以在設計計量(liang)方案時要充分(fèn)考慮操作、維護(hu)的簡要性，操作(zuò)簡單，維護方便(biàn)，而且要非常可(ke)靠，所以雙孔闆(pan)能夠實現這🔞樣(yang)的目的。
雙孔闆(pan)流量計在實際(jì)應用中并不多(duo)見，主要其成🏃本(běn)🛀🏻提📧高而不被廣(guang)泛采用。但在貿(mao)易結算中，最重(zhòng)要的一條原則(ze)就是保證計量(liang)精度，無論偏差(chà)是正值還是負(fù)值，對買🍓賣雙方(fang)來說都是不公(gong)平的，所以兩🌂塊(kuài)孔闆偏差較大(da)時，應及時分析(xī)原因，解♌決問題(tí)，避免造成雙方(fang)的經濟損失🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。雖(suī)然一次性投入(ru)成本較高，但從(cong)長期、穩定的運(yun)行角度🍓來考慮(lü)，會比單孔闆更(gèng)有效率。

以上内(nèi)容源于網絡，如(ru)有侵權聯系即(jí)删除!