摘要(yao)：某冶煉企(qǐ)業每年用(yong)氧氣量約(yue)4億立方米(mi)，流量🈲計量(liang)稍有偏差(chà)，每年可能(néng)造成上百(bai)萬的損失(shī)。故對幾種(zhǒng)可應用于(yú)大口徑管(guǎn)道氣體流(liú)量計 進行(hang)了對比分(fèn)析，發現 平(píng)衡流量計(jì) 有良好的(de)正确率和(he)穩定性，項(xiang)目最終采(cǎi)用了平衡(heng)流量計作(zuò)爲🌈貿易計(ji)量器具。
國(guo)内冶煉企(qǐ)業配套空(kōng)分項目大(dà)多是企業(ye)内部運營(ying)🈲管理。随着(zhe)制氧技術(shù)的發展和(he)人力物力(lì)成本的上(shang)升，冶煉企(qǐ)業越來越(yue)傾向于将(jiang)制氧系統(tong)通過BOO(Building-Owning-Operation)的🏒方(fāng)式交給專(zhuan)業團隊來(lai)建設運營(ying)，再通🛀🏻過購(gou)買氣體的(de)方式獲得(dé)氧氣，這就(jiù)涉及到供(gòng)氣方與用(yòng)氣方之間(jiān)的貿易計(jì)量。企業正(zhèng)常生産時(shí)對純度爲(wèi)99．6%的高純氧(yǎng)需量爲47000Nm3/h，最(zui)大🎯需量爲(wei)54000Nm3/h，最小需量(liang)爲10000Nm3/h，氧氣輸(shu)送管道通(tōng)徑達1200mm。通過(guò)對杭氧等(deng)國内空分(fen)廠家調查(cha)發現，其計(jì)量儀表多(duo)采用 标準(zhun)孔闆流量(liang)計 ，少量采(cai)用巴類等(deng)均速管流(liú)量計。而法(fǎ)國液化空(kong)氣、德國林(lin)🌈德等國外(wai)廠家中熱(re)式氣體質(zhi)量流量計(jì)也廣泛使(shǐ)用🤞，并開始(shi)嘗試使用(yong)新型平衡(heng)流量計用(yòng)于👅貿易結(jié)算。
　　雖然巴(bā)類流量計(ji)采用的子(zi)彈頭截面(mian)傳感器，實(shi)驗☎️室測量(liang)精度提高(gao)到0．72%，但工業(ye)現場影響(xiang)其測量精(jīng)度的因🈲素(sù)過多，此處(chù)隻🈚對标準(zhǔn)孔闆流量(liàng)計、熱式氣(qi)體🧑🏾‍🤝‍🧑🏼質量流(liú)量計和平(ping)衡流量計(ji)進行比較(jiào)。
1流量計的(de)特點
1．1标準(zhun)孔闆流量(liàng)計
　　标準孔(kong)闆流量計(ji)是一種廣(guang)泛使用的(de)流量計，孔(kǒng)闆的特征(zheng)尺寸和加(jia)工工藝按(àn)照國家标(biao)準GB/T2624．2-2006執行，檢(jian)定按JJG640-2016執行(hang)。标🈲準孔🔆闆(pan)流量計的(de)優點是制(zhì)造簡單，一(yi)般💁不需要(yào)實流标🏃定(ding)就可💞直接(jie)投🈲入使用(yòng)。缺點較多(duō)，标準孔闆(pan)有一個銳(rui)角，長期使(shǐ)用🛀🏻存在“銳(rui)角磨損”問(wèn)題，測量精(jing)度随時間(jian)推移越來(lai)越低。其次(ci)👣計量院對(dui)标🐆準孔闆(pan)一般💋采🛀🏻用(yong)物理檢定(ding)，也🔞就是測(ce)量幾何📐尺(chi)寸和銳角(jiǎo)偏差，有特(tè)殊要求時(shi)才用水進(jin)行實流檢(jian)定，測量誤(wu)差在±(1%～5%)之間(jian)。同時标準(zhǔn)孔闆壓損(sun)大，量程比(bi)小(爲3∶1)，安裝(zhuāng)要求直管(guǎn)段滿足前(qian)10D後5D［1］。

　　盡管标(biāo)準孔闆有(you)如此多的(de)缺點，但其(qi)制造、檢定(ding)過程🍉均按(an)國家标準(zhun)執行，故在(zai)貿易計量(liàng)中仍被大(da)量🛀🏻使用。要(yao)求量程比(bi)至少達到(dào)6∶1，标準孔闆(pan)流量計無(wu)法滿足使(shi)用要求。
1．2熱(re)式氣體質(zhì)量流量計(ji)
　　熱式氣體(tǐ)質量流量(liàng)計 是基于(yu)金氏定律(lǜ)的一種插(chā)入式流量(liàng)計，适合大(dà)管道🔞流體(tǐ)🈲測量，FCI、Sierra、Kurz這3個(ge)品牌的熱(rè)式氣體質(zhi)量流量計(ji)已㊙️有幾十(shi)年的曆史(shǐ)。熱式氣體(tǐ)質量流量(liàng)計理論模(mo)型爲:
H=ΔTCpM(1)
式中(zhong)
Cp———定壓比熱(rè)容，與氣體(tǐ)種類有關(guan);
H———加熱電功(gong)率;
M———質量流(liú)量;
ΔT———兩個探(tàn)頭的溫差(cha)。
　　式(1)可以引(yǐn)出兩種類(lèi)型的産品(pǐn):恒溫差型(xing)和恒功率(lü)型📞。兩類傳(chuán)感器都由(yóu)兩個并排(pai)的 熱電阻(zu) 組成，其中(zhong)一個普通(tōng)熱電阻測(ce)量管道内(nei)氣體的溫(wēn)🌈度，另一個(gè)熱電阻帶(dài)加熱絲由(you)電流進行(hang)加熱，當氣(qì)體流經熱(rè)電阻，就會(hui)有冷🌏卻效(xiao)應帶走熱(rè)量。由式(1)可(ke)知，對于恒(héng)溫差型流(liú)量計溫差(chà)ΔT恒定，當✌️質(zhì)量流量M增(zeng)加時，冷卻(què)效應就增(zeng)加，爲保持(chi)兩個熱電(diàn)阻的溫差(chà)☎️恒定所需(xū)的加熱功(gong)率H增加，而(er)加在加熱(re)電阻上的(de)功率H與質(zhi)量♊流量M成(cheng)正比，測量(liang)功率H的大(dà)小可以計(ji)算出流過(guo)🥵管道的氣(qì)體質🍉量。對(dui)于恒功率(lǜ)型，加在加(jiā)熱電阻上(shang)的功率H始(shǐ)🛀終保持恒(heng)定，在介🌈質(zhì)靜止時溫(wen)差最大，随(sui)着介質流(liu)動溫差減(jian)小，溫差ΔT與(yǔ)質量🆚流量(liàng)M成反比，通(tōng)過測量溫(wēn)差的變化(huà)來獲取流(liú)量的變化(huà)［2］。恒溫差型(xíng)響應速度(dù)快，在流速(sù)低到0．1Nm/s時都(dōu)能保持很(hen)😘好的線性(xing)，随着速度(du)增大，精度(du)🐇降低。而恒(héng)功率型适(shì)🔞合高速介(jie)質，流速高(gao)達400Nm/s以上還(hái)可測量，但(dan)兩種類型(xing)的熱式流(liú)量計🏃🏻對于(yu)導熱性極(ji)好的氫氣(qì)等介質都(dou)不适用。
熱(rè)式氣體質(zhi)量流量計(jì)測量的是(shi)質量流量(liang)，無需溫👌壓(ya)補☁️償，響應(yīng)📧快［3］，高性能(néng)型号實驗(yàn)室測量誤(wù)差爲±0．1%ＲS±0．5%FS，在🤞要(yào)求🐇高精度(dù)時多采用(yong)網格法來(lai)确認安裝(zhuāng)的最佳插(chā)入深度，同(tong)時可在管(guǎn)道同一截(jié)面不同位(wèi)置安裝多(duō)支傳感器(qi)取平均♌值(zhi)作爲最終(zhong)流體流量(liàng)，現在FCI某系(xi)列的流量(liang)計上帶有(yǒu)2～3對傳感器(qi)。
1．3平衡流量(liang)計
　　A+K平衡流(liú)量計最早(zao)是NASA針對航(háng)天飛機的(de)主發動機(jī)液氧測🔴量(liang)而發✍️明的(de)一種流量(liang)計。它相當(dang)于一個帶(dai)整💘流器的(de)多孔孔闆(pǎn)，每個孔的(de)尺寸和分(fèn)布基于獨(dú)特的公式(shi)和測試數(shu)據定制，數(shu)量一般爲(wei)4～26個，開孔數(shù)量、分布及(jí)大小等參(can)數都在美(mei)國計算，國(guo)内按照計(jì)算😘結果加(jiā)工制作。當(dāng)流體從多(duō)個孔中流(liú)✌️過時，渦流(liu)明顯減少(shao)，形成的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻是(shi)平衡穩定(ding)的流場，通(tōng)過取壓裝(zhuāng)置可獲得(dé)穩定的壓(yā)差信号，根(gēn)據伯努利(lì)方程計算(suan)出❗體積流(liu)量，溫壓補(bu)償後得到(dào)最終流量(liàng)。常🌈規量程(chéng)比爲10∶1～7∶1，最大(dà)可以做到(dào)30∶1，無銳角，可(kě)雙向測量(liàng)，永久壓力(lì)損🧡失爲标(biāo)準孔闆的(de)1/3～1/2，由于降低(di)了渦流、振(zhen)動👣和信号(hao)噪聲，流場(chǎng)穩定，測量(liàng)精度比标(biāo)準孔闆流(liu)量計高5～10倍(bei)，穩‼️定性♈更(gèng)好［4］。缺點是(shi)爲非标🌈産(chǎn)品🈲。爲保證(zheng)現場測量(liàng)精度和便(biàn)于計量院(yuan)檢定，一般(bān)采用🤩管道(dao)式平衡流(liú)量計，質量(liang)大，安裝運(yun)輸不方便(bian)。
2流量計檢(jiǎn)定
2．1标準孔(kong)闆流量計(jì)
　　标準孔闆(pǎn)流量計的(de)檢定在第(di)1．1節已提及(ji)，此處不再(zai)贅述。
2．2熱式(shì)氣體質量(liàng)流量計
　　熱(rè)式氣體質(zhì)量流量計(ji)出廠時要(yao)進行實溫(wēn)實壓實🔞流(liú)标定，可溯(sù)源到NIST。目前(qián)隻有美國(guo)本土有實(shi)流标定實(shi)驗室。在國(guo)内省級計(ji)量院一般(ban)進行N2、O2、CO及NO等(deng)接近理想(xiang)氣體雙原(yuan)子氣體檢(jian)定時，不進(jìn)行實流檢(jian)定，而是直(zhí)接用空氣(qì)作爲介質(zhì)，根據下式(shi)進行計算(suan):
H=ΔTCpM=ΔTCpρVt(2)
式中
t———時間(jian);
V———流速;
ρ———密度(du)。
　　根據式(2)可(ke)知測量出(chu)某一時間(jian)段t内管道(dào)的空氣平(píng)均流速V，得(dé)到👣空氣的(de)質量流量(liàng)，再通過空(kōng)氣和氧氣(qi)定壓比熱(rè)容關系換(huàn)算爲氧氣(qi)的質量流(liú)量。轉換過(guò)程中一般(ban)有±1%ＲS±1%FS的🍓誤差(cha)。
2．3平衡流量(liàng)計
　　平衡流(liú)量計不是(shi)标準件，使(shǐ)用前需要(yao)送至計量(liàng)院對測🏃🏻‍♂️量(liàng)精🥰度和重(zhòng)複性進行(hang)檢定，流通(tong)介質爲水(shui)，送檢前設(she)備廠家會(huì)以氧氣和(hé)水的雷諾(nuo)數爲橋梁(liáng)出一份介(jie)質爲水💋的(de)計算書，給(gei)計量院作(zuò)爲參考。爲(wèi)避免安裝(zhuang)過🈲程對測(cè)量精度造(zao)成過大幹(gàn)擾，選用管(guǎn)道式平衡(heng)流量計，通(tong)徑1200mm，在東南(nan)地區能實(shi)😘流檢定1000mm以(yǐ)上孔闆的(de)計量院僅(jǐn)有開封市(shì)的國家水(shuǐ)大流量計(jì)量站和常(chang)州市計量(liàng)測試技術(shu)研究所，而(ér)且檢定周(zhou)期長。
　　檢定(dìng)過程遵照(zhào)JJG640-2016［5］采用标定(ding)流出系數(shu)的方法，流(liu)出系數公(gong)式爲:

式中(zhong)
Cij———第i檢定點(diǎn)第j次檢測(cè)的流出系(xi)數值;
D———管道(dao)内徑，mm;m———節流(liu)面積比;
(qs)ij———第(dì)i檢定點第(dì)j次檢測标(biao)準流量值(zhí)，m3/h;
Δpij———第i檢定點(diǎn)第j次檢測(cè)标準壓差(cha)值，kPa;
ρ1———水的密(mi)度，kg/m3。
　　根據式(shì)(3)可知，隻要(yào)測出第i檢(jiǎn)定點第j次(ci)标準流量(liang)值和第i檢(jian)定點第j次(cì)壓差值就(jiu)可得到流(liú)出系數，标(biao)準流量值(zhi)可通過标(biao)準電磁流(liú)量計讀出(chu)，壓差值可(kě)通過平衡(héng)♍流量計上(shang)安裝的标(biāo)準差壓變(bian)送器讀出(chū)。檢定過程(cheng)中❗選取Qmax、3/4Qmax、1/2Qmax、1/4Qmax、Qmin共(gòng)計💰5個點，每(mei)個點測量(liàng)4次。标準流(liu)量值和壓(ya)差值由計(ji)算機系統(tǒng)自動采集(ji)，得到平衡(héng)流✍️量計的(de)Cij。
各檢測點(diǎn)流出系數(shù)Ci爲:

3對比結(jié)論
　　從功能(néng)特點對比(bǐ)3種類型的(de)流量計可(ke)以發現，标(biao)準孔🌐闆流(liú)量計爲标(biao)準件，精度(du)不高、重複(fu)性差、價格(gé)低，量程比(bi)3∶1，不能滿足(zu)目的要求(qiu)。熱式氣體(ti)質量流量(liàng)計量程比(bi)可達100∶1，直接(jie)測量氣體(tǐ)質量流量(liang)，無需溫壓(yā)補償，但是(shi)對測量氣(qì)體組分要(yao)求較高，氣(qi)體🌈内不能(neng)含水，且組(zu)分不能有(you)變化，否則(ze)會嚴重影(ying)響測量精(jīng)度☀️。同時直(zhi)管段🧑🏽‍🤝‍🧑🏻要求(qiú)較高，一般(ban)爲前20D後5D，對(dui)于前方有(yǒu)兩個不同(tong)向的彎頭(tóu)⭐時，要求前(qián)50D後5D。A+K平衡流(liú)量計基于(yú)壓差測量(liang)流量原理(li)，可靠性高(gao)，量程比在(zài)10∶1左右，重複(fu)性和長期(qī)穩定性好(hao)，所需前後(hòu)直管段短(duǎn)(前2D後2D)，永🏃‍♀️久(jiǔ)壓損較低(dī)，節約能源(yuan)💃🏻。但需要🏃🏻溫(wen)壓補償，計(jì)量精度爲(wèi)整個系統(tǒng)的精度，價(jia)格也随🌍管(guan)徑的增大(da)而增大，大(da)管徑流量(liàng)計價格更(gèng)是成倍增(zeng)加。
　　從檢定(dìng)角度對比(bǐ)，标準孔闆(pan)流量計一(yī)般進行幾(jǐ)何檢定，可(ke)信度🤞低。熱(re)式氣體質(zhì)量流量計(jì)省級計量(liang)院可用标(biao)流速的方(fang)法進行檢(jian)定，拆下檢(jian)修或标定(ding)期間可不(bú)停氣，不影(yǐng)響生📧産，但(dan)是🥰計量院(yuàn)檢定誤差(cha)較大。A+K平衡(heng)流量計需(xū)通水進行(hang)檢定，檢定(dìng)結論可信(xìn)度🈲高，但大(dà)管徑流量(liàng)計檢定比(bi)較困難，東(dong)南地區僅(jǐn)兩家計量(liàng)院可檢定(dìng)。綜上所述(shu)，除檢定困(kun)難以外，A+K平(ping)衡流量計(jì)更能滿足(zú)企業對㊙️計(ji)量準确性(xing)和長期穩(wěn)定👄性💞的需(xū)求，加上檢(jian)定⁉️周期爲(wèi)兩年甚至(zhi)更長，不需(xū)要頻繁檢(jiǎn)定。
4結束語(yǔ)
　　兩套同批(pi)次同類型(xíng)的平衡流(liú)量計分别(bie)安裝在供(gòng)氣❌方和用(yòng)氣方廠區(qū)交界處，計(ji)量院檢定(ding)結果顯示(shì)，其中一套(tao)平衡🏃流量(liàng)計精确度(du)爲±0．6031%，另一套(tao)精度爲±0．5538%，重(zhong)複性均優(yōu)于0．01%。實際運(yùn)行🍓過程中(zhōng)，兩套流量(liàng)計最大示(shi)🌈值偏差遠(yuan)低于1%，優于(yú)合同中商(shāng)定的允許(xǔ)最大3%的偏(pian)⁉️差。

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