0 引言(yan)
   天然氣制氫(qing)生産工藝是(shì)以天然氣爲(wèi)原料生産氫(qīng)氣，與水蒸🈲汽(qì)進行重整反(fǎn)應，得氫氣産(chǎn)品，然後通過(guo)管道輸送給(gei)客戶。氫氣相(xiàng)比其他氣體(tǐ)，價格偏貴，因(yin)此氫氣🔴計量(liang)的💰準确性不(bu)僅關系着供(gong)需雙方進行(háng)公平的貿易(yi)結算，還關系(xi)到成本控制(zhì)，因此整個計(jì)量系統受到(dao)各方的高度(dù)重視。帶溫壓(ya)補償孔闆流(liu)☎️量計在氫氣(qi)計🔴量中的應(ying)用
1 系統方案(an)
   如圖 1 所示，整(zheng)個計量系統(tǒng)由雙孔闆、 差(chà)壓變送器 、 壓(yā)力變送器 、 熱(rè)電阻 、流量積(ji)算儀組成。孔(kǒng)闆與差壓變(biàn)送器組合采(cǎi)集差壓信号(hao)，壓力變送器(qì)采集壓力信(xìn)号與熱電阻(zu)采集溫度信(xin)号組合用于(yu)溫壓補償，經(jing)計算後在流(liu)量積👅算儀中(zhong)顯示。
   兩塊孔(kong)闆可根據實(shí)際生産需要(yào)串聯、并聯測(cè)量，但同一時(shi)刻隻用一塊(kuai)孔闆的數值(zhi)用于貿易結(jie)算。當在運㊙️行(hang)過🏃‍♀️程中🔞發現(xiàn)💯兩塊孔闆有(yǒu)較大的偏差(chà)時，操作人員(yuán)‼️會及時查看(kan)曆史趨勢，根(gen)據工藝判斷(duàn)查找♈出有流(liu)量突的一台(tái)，及時送第三(san)方單位進行(háng)檢定。
這種采(cǎi)用雙孔闆的(de)計量方式，雖(suī)然在項目建(jiàn)設初期投🌈入(ru)費用🤩高一些(xie)，但是如果有(yǒu)偏差出現而(er)未及時進💋行(hang)幹預，會造成(cheng)很大的經濟(ji)損失。

   孔闆原(yuan)理如圖2 所示(shì)。根據伯努利(li)方程，流體在(zài)管道中📱流動(dòng)，當接近阻攔(lán)處時，有一部(bù)分流體的勢(shì)能轉換成動(dòng)能，在孔闆的(de)前入口端面(miàn)壓力增加; 當(dang)經過節流元(yuán)件時，流體逐(zhu)漸♍收縮，流速(su)升高，壓力最(zuì)小，所以在孔(kǒng)闆上下遊兩(liǎng)側産生壓力(lì)差，流量💘越大(da)，壓差就越大(da)，孔闆即是通(tong)過測量壓差(chà)來體😘現流量(liang)大小💃🏻。其基本(ben)公式如下:


1． 2 溫壓補(bǔ)償
   由于氣體(ti)可以壓縮，随(sui)着壓力、溫度(dù)的變化，體積(jī)也相應地發(fā)生👄變化，因此(ci)需将工況下(xia)的氣體流量(liang)換算成标況(kuang)下的🆚體積☂️流(liu)量🈲進行計量(liàng)，即标準狀态(tài)下 1 個标準物(wù)理大🏃氣壓( 0． 101 325 MPa) 、0 ℃( 273． 15 K) 時(shí)的流量，進行(hang)溫壓補償，公(gong)式如下:

1． 3 流量(liàng)積算儀
   流量(liang)積算儀采用(yòng)浙大中控的(de) U6-200，IO 模塊能夠處(chu)理多種數據(jù)❓類型，4 ～20 mA、1 ～5 V、歐姆、開(kai)關量和脈沖(chòng)量輸入以及(ji)模拟量、開關(guan)量輸🈲出等，還(hái)能夠實現流(liu)量溫壓補償(chang)及流量的分(fèn)段計量。根據(ju)合同條款規(gui)定，在程序内(nei)設置流量分(fèn)段值👣，可自動(dòng)生成日報表(biao)、月報表。操作(zuò)人員隻需要(yào)選擇要㊙️打印(yìn)的報表日期(qi)，及日報或月(yue)報即可，不能(neng)人爲進行修(xiū)改任何數據(jù)⛷️。
2 雙孔闆安裝(zhuāng)和使用
   儀表(biǎo)的安裝是儀(yí)表運行的重(zhong)要部分，孔闆(pǎn)對安裝的要(yào)求尤🔱其高，它(ta)直接影響計(ji)量的誤差。雙(shuāng)孔闆的安裝(zhuāng)與單個孔闆(pan)相比，要求更(geng)加嚴格。
2． 1 孔闆(pǎn)安裝方向
   孔(kong)闆上下端面(miàn)裝反，流量會(hui)比實際流量(liang)低，在安裝初(chū)期🌏應🍓檢查管(guan)道流向，在孔(kong)闆上也有 箭(jiàn)頭标識，箭頭(tou)的方向要與(yu)介質流向一(yī)緻。在取壓口(kǒu)附近标有“+”的(de)一端☀️應與流(liú)體上遊☁️管段(duàn)連接，标有“－”的(de)一端應與流(liú)體下遊管段(duan)連接。
2． 2 中心線(xian)
   孔闆的中心(xīn)、法蘭中心、管(guǎn)道中心應在(zài)同一軸線上(shàng)。
2． 3 直管段長度(dù)
   GB / T 2624． 2-2006 表 3( 無流動調(diào)整器情況下(xia)孔闆與管徑(jing)之間所需的(de)直管❤️段) 中對(duì)不同情況下(xia)孔闆直管段(duàn)做了詳細分(fen)類，在本項目(mù)中，采用🌈兩塊(kuai)孔闆 A 和B，由于(yú)兩塊孔闆上(shàng)遊側存在的(de)阻⁉️流件不同(tóng)，所以🈚直管段(duàn)要求也不相(xiang)同。
   根據孔闆(pǎn)計算書得出(chu) β 值爲 0． 375 72，A 孔闆的(de)上遊側爲一(yī)個全孔🚶球閥(fa)和一個三通(tong)，需要 12D 的直管(guan)段; B 孔闆的流(liu)體♻️質量較差(cha)，在其上遊側(cè)有一個截止(zhǐ)閥和一個 90°彎(wan)頭，一個三通(tōng)，共需要 28D 的直(zhi)管段。由于現(xian)場安裝空間(jiān)有限，不能滿(man)足 28D 的直管段(duan)要求，爲了能(néng)夠實現較好(hǎo)的流體質量(liang)，使測量滿足(zu)精度要求，因(yin)此在孔闆前(qian)面采用整流(liú)器。整流器安(an)裝如圖3 所示(shì)，采用 DANIEL 整流器(qì)後，直管段要(yao)求從 28D 變❤️成 17D，解(jiě)決了現場安(an)裝空間不足(zú)的問題 。

3 計量系統(tong)模式選擇
   雙(shuang)孔闆計量與(yu)單孔闆計量(liang)的不同是選(xuǎn)擇的檢測元(yuán)件㊙️數量💯增加(jia)一倍，所以除(chú)了需要滿足(zu)精度要求外(wài)，成本及第三(san)方鑒定也是(shi)需要着重考(kǎo)慮的問題。
   計(jì)量系統的整(zhěng)個環節沒有(you)人工參與，僅(jin)僅是利用變(biàn)送器、熱電❄️阻(zǔ)等相關設備(bei)實時檢測所(suǒ)涉及的各參(can)數，通過預設(shè)在流量積算(suan)儀軟件的公(gōng)式或在 PLC 中編(biān)程來計算流(liu)量。随着技術(shù)的發展，差壓(ya)流量計的計(ji)量方法衆多(duo)，主要🧑🏾‍🤝‍🧑🏼可分爲(wèi)以下兩種模(mó)式: 檢測元🏃件(jian)+PLC+HMI，檢測元件+流(liú)量積算儀+工(gōng)控機。
   檢測元(yuán)件可以分爲(wei)多參量智能(néng)變送器與單(dan)參變送器。多(duo)⭕參量變送器(qì)通過一個檢(jian)測器将溫度(du)，壓力，差壓同(tong)時檢測☁️，并在(zài)表頭進行顯(xian)示。一般應用(yong)于沒有分段(duàn)計量的模式(shì)，結算的依據(jù)僅僅是流量(liàng)的累積值，每(mei)月約定某一(yī)時間甲乙雙(shuāng)方共同讀取(qǔ)數值。優點是(shi)第三方鑒定(ding)簡單方便，變(bian)送器可以單(dān)獨校♉驗，也可(kě)以随流量計(jì)一起校驗; 缺(quē)點是變送器(qì)本身沒有存(cún)儲數據的💚功(gōng)能，數據則需(xū)要💃送到 HMI 中進(jin)行存儲🐕，而且(qiě)累積流量需(xū)要将通信協(xie)議由 Modbus485 轉換成(chéng) Modbus TCP/IP 後傳輸給HMI，硬(ying)件成本會相(xiang)應💰增加，且數(shù)據容易丢失(shī)。因此🔆，在本項(xiang)目中沒有👨‍❤️‍👨采(cai)用多參量變(biàn)送器。
3． 1 檢測元(yuán)件+PLC+工控機
   檢(jian)測元件将現(xian)場壓力、差壓(yā)、溫度等信号(hao)送入流量💯計(ji) PLC 的🌈 AI 模塊，通過(guo)數據轉換後(hòu)，在 PLC 内進行編(bian)程後計算👌出(chu)氫💘氣瞬時流(liu)⛱️量、累積流量(liàng)，再通過 HMI 進行(hang)顯示。
   這種計(jì)量方式是屬(shu)于目前普遍(bian)采用的模式(shì)，由于🥰溫壓補(bu)💜償是由人工(gōng)在 PLC 中編程實(shi)現，采用簡化(hua)版溫壓補🤞償(cháng)公式，有些參(can)數并沒有在(zai)公式中體現(xiàn)，這些參數會(huì)對計量精度(dù)有一些影響(xiǎng)。這種模式采(cǎi)用硬件較多(duō)，人工參與度(dù)較大，可靠❌性(xìng)相對較差，信(xin)任度🈲較低; 并(bìng)且計🔞量系統(tong)需要🈲第三方(fang)進行鑒定。
3． 2 檢(jiǎn)測元件+流量(liang)積算儀+工控(kòng)機
   檢測元件(jian)采集到壓力(lì)、差壓、溫度後(hou)，輸入到流量(liàng)積算儀數據(ju)采集卡，由流(liu)量積算儀内(nèi)部軟件進行(háng)溫壓補償後(hou)🧡，計算得出氫(qīng)氣的瞬時流(liu)量、累積流量(liang)等信号。流✔️量(liàng)積算儀的計(ji)👣算軟件是固(gù)化在其 CPU 中，内(nèi)部程序無法(fǎ)人工更改，操(cāo)作人員隻需(xu)在其自帶的(de)觸摸屏上設(shè)置相關參數(shu)，操作簡單方(fāng)便。在流量計(jì)算時，會比在(zài) PLC 人工開發程(chéng)序精度高很(hen)多，整個系統(tǒng)的可靠性也(yě)提高很🚶多。
   采(cǎi)用流量積算(suan)儀的優點在(zài)于它除了能(neng)夠進行流量(liàng)計算、溫壓🏃🏻補(bǔ)償以外，還能(néng)夠實現流量(liang)的分段計量(liang)，自動生成日(ri)報表、月報表(biǎo)，減少了在工(gōng)控機上人工(gong)編程實現分(fen)段計量所産(chan)生的誤差。與(yǔ)傳統的計量(liàng)模式相比較(jiào)，流量計算及(jí)報表的生成(chéng)都是在流量(liang)積算儀上實(shi)現的，也避免(miǎn)了在 PLC 上編程(cheng)，工控機上💔顯(xiǎn)示時兩設備(bèi)時鍾不同步(bù)造成數據有(you)差異的問🙇🏻題(tí)。随着自動化(huà)技術快速💋發(fa)展，流量❌積算(suàn)儀的功能也(yě)日益增強，除(chú)了能🌈夠實現(xian)流量的相⭐關(guan)數據處理外(wai)，還能夠實現(xiàn)簡單的控制(zhì)功能，适用于(yú)需要計量且(qie)控制回路不(bú)多的現場🤩。
4 雙(shuang)孔闆偏差計(jì)算

如圖4 所示(shì)爲孔闆運行(háng)曲線，12 h 内平均(jun)偏差爲50．25Nm3，由此(ci)可以推算出(chū)一年的偏差(cha)約爲440 190 Nm3。
由圖 4 可(ke)以看出如果(guo)兩塊孔闆偏(piān)差高出實際(ji)生産需求值(zhí)時，會造成很(hěn)大的經濟損(sun)失，需要及時(shí)查找原因，解(jiě)決問題🐆 。
圖 4 流(liu)量曲線圖
5 帶(dai)溫壓補償孔(kong)闆流量計的(de)優缺點及應(yīng)用
5． 1 帶溫壓補(bu)償孔闆流量(liàng)計的優點
1) 孔(kong)闆結構簡單(dan);
2) 孔闆屬于标(biao)準節流裝置(zhi)，得到國際組(zu)織的認
可，可(kě)以采用幾何(hé)測量法，不需(xu)要實流标定(dìng);
3) 孔闆的壓損(sun)相對較小;
4) 可(kě)以與不同廠(chǎng)家的變送器(qi)配合使用;
5) 兩(liǎng)塊孔闆的優(you)點在于當發(fā)現流量偏差(chà)很大時，能夠(gou)及時發現問(wèn)題 ，避免了經(jing)濟損失。
5． 2 帶溫(wēn)壓補償孔闆(pan)流量計的存(cun)在的問題
1) 孔(kong)闆的精度在(zai)流量計中屬(shu)于中等水平(píng)，很多因素都(dōu)能影✂️響其🔱精(jing)度，在流量小(xiao)于其量程 30% 時(shí)，尤爲突出;
2) 壓(yā)力損失大;
3) 測(cè)量範圍窄，量(liang)程比小;
4) 有較(jiào)長的直管段(duan)長度要求，要(yào)求安裝有足(zú)夠的空間💋;
5) 孔(kǒng)闆以内孔銳(ruì)角線來保證(zhèng)精度，對于腐(fu)蝕、磨損、結垢(gou)、髒污敏感，長(zhǎng)期使用精度(du)難以保證，需(xū)每年拆下強(qiang)檢一次;
6) 采用(yòng)法蘭連接，易(yi)産生跑、冒、滴(di)、漏問題，大大(dà)增加了維護(hù)工作量;
7) 帶溫(wen)壓補償孔闆(pǎn)流量計在計(jì)量時需與客(kè)戶協商結算(suan)方法，以免引(yin)起異議;
8) 成本(běn)增加，維護量(liàng)增加。
6 總結
由(yóu)于計量站一(yi)般爲無人值(zhi)守站，日常維(wéi)護帶來一定(dìng)的🙇🏻難💃度，所以(yi)在設計計量(liang)方案時要充(chong)分考慮操作(zuo)、維護的簡要(yào)性，操作簡單(dān)，維護方便，而(er)且要非常可(kě)靠，所💋以雙孔(kong)闆能夠實現(xian)這樣的目的(de)。帶溫壓補償(cháng)孔闆流量計(jì)在實🌏際應用(yòng)中并不多見(jian)，主要其成🌈本(ben)提高而不被(bèi)廣泛采用。但(dàn)在貿易結算(suan)中，最重要的(de)一條原則就(jiu)是保證計量(liang)精度，無論偏(pian)差是正值還(hai)是負值，對買(mai)賣雙方來說(shuō)都是不公平(píng)的，所以兩塊(kuài)孔闆偏差較(jiào)大時，應及時(shi)分析原因‼️，解(jiě)決問題，避免(mian)造成雙方的(de)經濟損失。雖(sui)然一次性投(tóu)入成本較高(gao)，但從長期、穩(wěn)定的運行🙇‍♀️角(jiao)度來考慮，會(huì)🏃‍♀️比單孔闆更(gèng)有效率 。

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