摘要:
孔(kǒng)闆流量(liang)計
是流(liú)量檢測(cè)領域較(jiao)爲傳統(tong)的方法(fa)，技術成(chéng)熟，應用(yong)行業廣(guang)泛，有較(jiào)高的可(ke)信度，由(you)于目前(qian)制造精(jīng)度的⛹🏻♀️提(tí)高，所以(yǐ)✔️無論在(zai)計量精(jing)度、可靠(kao)性、維修(xiu)護用等(děng)方面都(dōu)比其他(ta)計量器(qi)具有其(qi)自身的(de)優勢。針(zhen)對氫氣(qi)💃🏻體的生(sheng)産工藝(yi)，氫氣計(jì)量的特(te)💘點，介紹(shào)雙孔闆(pǎn)流量計(ji)
在氫氣(qì)計量系(xì)統中的(de)實際應(ying)用情況(kuang)，闡述了(le)氫氣計(jì)量系統(tǒng)中相關(guān)儀表選(xuǎn)型原則(ze)，過孔闆(pǎn)的安裝(zhuāng)及日常(chang)維護方(fāng)面🧑🏽🤝🧑🏻，運用(yòng)圖表計(ji)算分析(xī)雙孔闆(pan)在計量(liàng)氫氣時(shi)的經濟(jì)優勢和(hé)雙孔闆(pǎn)🐪在運行(háng)中及項(xiang)目前期(qi)投入上(shàng)的劣勢(shi);同時也(yě)對計♉量(liang)相關模(mó)式進行(hang)淺🥰析，不(bu)同計量(liang)組合會(hui)對計量(liàng)精度、穩(wěn)定💃🏻性及(ji)成本帶(dài)來很大(da)的影響(xiang)。
0引言
天(tiān)然氣制(zhì)氫生産(chan)工藝是(shi)以天然(rán)氣爲原(yuán)料生産(chǎn)氫氣，與(yu)水蒸💞汽(qi)進行重(zhong)整反應(ying)，得氫氣(qì)産品，然(ran)後通過(guo)管道輸(shu)送給客(kè)戶。氫氣(qì)相比其(qi)他氣體(tǐ)，價格偏(pian)貴，因此(cǐ)氫氣計(ji)量的準(zhǔn)确性不(bú)僅關系(xì)着供需(xu)雙方進(jìn)行公平(píng)的貿易(yì)結算，還(hái)關系到(dào)成本控(kòng)制，因此(ci)整個計(jì)✌️量系統(tong)受到各(gè)方的高(gao)度🤟重視(shi)。
1系統方(fāng)案
如圖(tu)1所示，整(zheng)個計量(liang)系統由(you)雙孔闆(pan)、
差壓變(biàn)送器
、
壓(yā)力變送(sòng)器
、
熱電(diàn)阻
、
流量(liang)積算儀(yi)
組成。孔(kong)闆與差(cha)壓變送(song)器組合(hé)采集差(chà)壓信号(hào)，壓力變(biàn)💁送器采(cai)集壓力(lì)信号與(yǔ)熱電阻(zu)采集溫(wen)度信号(hào)組合用(yòng)于溫🤞壓(yā)補👣償，經(jing)計算後(hou)在流量(liàng)積算儀(yí)中顯示(shì)。
兩塊孔(kǒng)闆可根(gēn)據實際(jì)生産需(xu)要串聯(lián)、并聯測(ce)量，但同(tong)一時刻(kè)隻用一(yi)塊孔闆(pan)的數值(zhi)用于貿(mao)易結算(suan)。當在運(yùn)行過🈚程(cheng)中發現(xian)兩塊孔(kǒng)闆有較(jiao)大的偏(pian)差時，操(cāo)作人員(yuán)會及時(shí)查看曆(lì)史趨勢(shi)，根據工(gōng)藝判斷(duàn)查找出(chū)有流量(liang)🏒突變的(de)一台，及(jí)時送第(dì)三方單(dan)位進行(háng)檢定。
這(zhè)種采用(yòng)雙孔闆(pǎn)的計量(liàng)方式，雖(suī)然在項(xiàng)目建設(she)初期投(tóu)✉️入🥵費用(yong)高一些(xiē)，但是如(rú)果有偏(piān)差出現(xian)而未及(jí)時進行(hang)幹預，會(hui)造成很(hěn)大⭕的經(jīng)濟損失(shī)。
1.1流量計(jì)選型
流(liu)量計采(cǎi)用EMEＲSON公司(si)的DANIEL品牌(pái)孔闆，孔(kǒng)闆原理(li)如圖2所(suo)示。根據(ju)伯努利(li)方程，流(liu)體在管(guan)道中流(liú)動，當接(jiē)近阻攔(lan)⛷️處時，有(you)一🙇♀️部分(fèn)流體的(de)勢能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，在孔(kǒng)闆的前(qián)入口端(duan)面壓力(li)增加;當(dāng)經過節(jie)流元件(jiàn)時，流體(ti)逐漸收(shōu)縮，流速(su)升高，壓(yā)力最小(xiao)，所以在(zài)孔闆上(shàng)下遊兩(liǎng)側産生(sheng)壓力差(chà)，流量越(yuè)大，壓差(chà)就越大(da)，孔闆即(ji)是通過(guo)測量壓(ya)差來體(ti)現流量(liàng)大小。其(qi)基本公(gong)式如下(xia):
式中:Q工(gōng)爲工況(kuang)下體積(jī)流量(m3/s);C爲(wei)流出系(xì)數;爲孔(kong)闆直❌徑(jìng)與管道(dào)内徑之(zhi)比;ε爲膨(peng)脹系數(shù)，默認爲(wèi)1;△P爲孔闆(pan)前後壓(ya)差(kPa);ρ1爲介(jie)質密度(du)(kg/m3)
1.2溫壓補(bǔ)償
由于(yú)氣體可(kě)以壓縮(suō)，随着壓(ya)力、溫度(du)的變化(huà)，體積也(yě)相應地(dì)發生變(biàn)化，因此(ci)需将工(gong)況下的(de)氣體流(liu)量換✌️算(suàn)成标況(kuang)下的體(tǐ)積🌈流量(liàng)‼️進行計(ji)量，即标(biāo)準狀态(tài)下1個标(biao)準物理(lǐ)大氣壓(ya)(0.101325MPa)、0℃(273.15K)時☔的流(liu)量，進行(háng)溫💰壓補(bǔ)償，公式(shi)如下:
式(shi)中:Q實爲(wei)實際測(cè)量流量(liàng);Q設爲設(she)計流量(liàng);P實爲實(shí)測壓力(li);P設爲設(shè)計壓力(lì);T實爲實(shí)測溫度(dù);T設爲設(she)計溫度(dù)。
1.3流量積(jī)算儀
流(liu)量積算(suan)儀采用(yòng)浙大中(zhōng)控的U6-200，IO模(mó)塊能夠(gòu)處理多(duō)種數據(jù)類型，4～20mA、1～5V、歐(ou)姆、開關(guān)量和脈(mo)沖量輸(shu)入以及(jí)模拟量(liang)、開關量(liàng)輸出等(děng)🔞，還能夠(gou)實現流(liú)量溫壓(yā)補償及(ji)流量⭐的(de)分段計(ji)量。根據(ju)合同🔞條(tiáo)款規定(ding)，在程序(xu)内設置(zhi)流量分(fèn)段值，可(ke)自動生(sheng)成日報(bao)表、月報(bào)表。操作(zuo)人員隻(zhi)💋需要選(xuan)擇要打(dǎ)印的報(bào)表日期(qī)，及日報(bào)或月報(bào)即可😄，不(bú)能人爲(wei)進行修(xiū)改任何(he)數據。
2雙(shuāng)孔闆安(ān)裝和使(shi)用
儀表(biǎo)的安裝(zhuang)是儀表(biǎo)運行的(de)重要部(bu)分，孔闆(pan)對安裝(zhuang)💚的要求(qiu)尤其高(gao)，它直接(jie)影響計(jì)量的誤(wù)差。雙孔(kǒng)闆的安(an)裝與單(dān)個孔闆(pan)相🔱比，要(yào)求更加(jiā)嚴格。
2.1孔(kong)闆安裝(zhuāng)方向
孔(kong)闆上下(xià)端面裝(zhuāng)反，流量(liang)會比實(shí)際流量(liàng)低，在安(ān)裝🔴初期(qi)🈲應😍檢查(cha)管道流(liú)向，在孔(kǒng)闆上也(ye)有箭頭(tou)标識，箭(jian)頭的方(fang)向🛀🏻要與(yǔ)介質流(liú)向一緻(zhì)。在取壓(ya)口附近(jin)标有“+”的(de)一端🚶♀️應(ying)與流⚽體(tǐ)上遊🔞管(guan)段連😍接(jie)，标有“－”的(de)一端應(ying)與流體(tǐ)下遊🔞管(guan)段連接(jiē)🐪。
2.2中心線(xiàn)
孔闆的(de)中心、法(fa)蘭中心(xīn)、管道中(zhōng)心應在(zai)同一軸(zhóu)線上。
2.3直(zhi)管段長(zhǎng)度
GB/T2624.2-2006表3(無(wú)流動調(diao)整器情(qing)況下孔(kong)闆與管(guan)徑之間(jiān)所需的(de)直管👅段(duàn))中對不(bu)同情況(kuàng)下孔闆(pǎn)直管段(duàn)做了詳(xiang)細分類(lei)，采用兩(liǎng)塊孔闆(pan)A和B，由于(yu)兩塊孔(kǒng)闆上遊(you)側存在(zai)的阻流(liu)件不同(tóng)，所以直(zhí)管段要(yào)求也不(bú)相同。
根(gen)據孔闆(pan)計算書(shū)得出β值(zhi)爲0.37572，A孔闆(pǎn)的上遊(yóu)側爲一(yī)個全孔(kǒng)球閥和(he)一個三(san)通，需要(yao)12D的直管(guan)段;B孔闆(pan)的流體(tǐ)質量較(jiao)差，在其(qi)上遊側(ce)有一個(ge)截止閥(fá)和一個(gè)90°彎頭，一(yi)個三🏃♀️通(tōng)，共需要(yào)28D的直🚶管(guan)段。
由于(yú)現場安(an)裝空間(jian)有限，不(bú)能滿足(zú)28D的直管(guan)段要求(qiu)，爲🔴了能(néng)夠實🧡現(xian)較好的(de)流體質(zhi)量，使測(ce)量滿足(zu)精度要(yao)求，因此(cǐ)在孔闆(pǎn)前面采(cai)用整流(liu)器。整流(liu)器安裝(zhuang)如圖3所(suo)示，采用(yòng)DANIEL整流器(qi)後⭕，直管(guan)段❄️要求(qiú)從28D變成(chéng)17D，解決了(le)現場安(ān)裝😘空間(jian)不足的(de)問題。
3計(jì)量系統(tǒng)模式選(xuan)擇
雙孔(kong)闆計量(liàng)與單孔(kong)闆計量(liang)的不同(tóng)是選擇(zé)的檢測(ce)元件數(shù)量增加(jiā)一倍，所(suǒ)以除了(le)需要滿(man)足精度(du)要求外(wài)，成本及(jí)第三🔞方(fang)鑒定也(ye)是需要(yao)着重考(kao)慮的問(wen)題。
計量(liàng)系統的(de)整個環(huán)節沒有(you)人工參(cān)與，僅僅(jin)是利用(yòng)變😘送器(qì)、熱電阻(zǔ)等相關(guān)設備實(shi)時檢測(cè)所涉及(jí)的各☁️參(cān)數，通過(guo)預設在(zài)流量積(ji)算儀軟(ruan)件的公(gong)式或在(zai)PLC中編程(chéng)來♍計算(suàn)流🔅量。随(sui)着技術(shù)的發展(zhǎn)，差壓流(liu)量計的(de)計量方(fang)法衆多(duō)，主要㊙️可(ke)分爲以(yǐ)下兩種(zhong)模式:檢(jian)測元件(jian)+PLC+HMI，檢測元(yuán)件+流量(liàng)積算儀(yi)+工控機(jī)。
檢測元(yuán)件可以(yi)分爲多(duō)參量智(zhì)能變送(song)器與單(dan)參變送(sòng)器。多參(cān)量🈚變送(sòng)器通過(guò)一個檢(jiǎn)測器将(jiāng)溫度，壓(ya)力，差壓(ya)同時檢(jiǎn)測，并在(zai)表頭進(jìn)行顯示(shi)。一般應(ying)用于沒(méi)🐉有分段(duan)計量的(de)模式，結(jié)算的依(yī)據僅僅(jin)是流量(liang)的累積(jī)值，每月(yuè)約定某(mou)一時間(jiān)甲乙雙(shuang)方共同(tóng)讀取數(shu)值。優點(dian)是第三(san)方鑒定(ding)簡單方(fang)便，變送(song)器可以(yi)單獨校(xiào)😍驗，也可(ke)以随流(liu)量計一(yī)起校驗(yan)♍;缺點是(shi)變送器(qì)本身沒(mei)有存儲(chu)數據的(de)功能，數(shu)據則需(xū)要送到(dào)HMI中進行(hang)存儲，而(ér)且累積(ji)流量需(xū)要将通(tong)信協議(yì)由Modbus485轉換(huan)成ModbusTCP/IP後傳(chuán)輸給HMI，硬(ying)件成本(běn)會相應(ying)✊增加，且(qie)數據容(rong)易丢失(shī)。
3.1檢測元(yuan)件+PLC+工控(kong)機
檢測(ce)元件将(jiang)現場壓(ya)力、差壓(yā)、溫度等(děng)信号送(song)入流量(liang)計PLC的AI模(mó)塊，通過(guò)數據轉(zhuan)換後，在(zài)PLC内進行(háng)編程後(hou)計算出(chū)氫氣瞬(shùn)🏃♀️時流✉️量(liàng)、累積流(liú)量，再通(tōng)過HMI進行(háng)顯示。
這(zhe)種計量(liàng)方式是(shì)屬于目(mu)前普遍(biàn)采用的(de)模式，由(yóu)于溫壓(yā)補償🎯是(shi)由人工(gōng)在PLC中編(biān)程實現(xiàn)，采用簡(jiǎn)化版溫(wen)壓補償(cháng)公式，有(yǒu)些參數(shu)并沒有(yǒu)在公式(shì)中體現(xiàn)，這些參(cān)數會對(dui)計量精(jīng)度有一(yi)些影🧡響(xiang)。這種模(mo)式采用(yong)硬件較(jiao)多，人🌍工(gong)參與度(dù)較大，可(kě)靠性相(xiàng)對較差(cha)，信任度(dù)👨❤️👨較低;并(bing)且計量(liang)系統需(xu)要第三(sān)方進行(háng)鑒定。
3.2檢(jiǎn)測元件(jiàn)+流量積(jī)算儀+工(gōng)控機
檢(jian)測元件(jiàn)采集到(dào)壓力、差(chà)壓、溫度(du)後，輸入(ru)到流量(liàng)積算儀(yi)數⭐據采(cai)集卡，由(yóu)流量積(ji)算儀内(nèi)部軟件(jiàn)進行溫(wēn)🛀壓補償(cháng)後，計算(suàn)得出氫(qing)氣🔞的瞬(shun)時流量(liang)、累積流(liú)量等💃🏻信(xin)号。
流量(liang)積算儀(yi)的計算(suan)軟件是(shi)固化在(zài)其CPU中，内(nèi)部程序(xu)無法人(rén)工💘更改(gai)，操作人(ren)員隻需(xu)在其自(zi)帶的觸(chù)摸屏上(shàng)設置相(xiang)關參數(shu)，操作簡(jian)單方便(bian)。在流量(liang)計算時(shí)，會比在(zài)PLC人工開(kai)發🌈程序(xu)精度高(gāo)很多，整(zhěng)個系統(tong)的可靠(kào)性也提(tí)高很多(duo)。
采用流(liu)量積算(suan)儀的優(yōu)點在于(yu)它除了(le)能夠進(jìn)行流量(liang)計算☂️、溫(wen)壓補償(chang)以外，還(hai)能夠實(shí)現流量(liàng)的分段(duan)計👣量，自(zì)動生⛷️成(cheng)日報表(biǎo)、月報表(biǎo)，減少了(le)在工控(kòng)機上人(ren)工編程(cheng)實現分(fen)段計量(liang)所産生(shēng)的誤差(chà)。與傳統(tong)的計量(liàng)模式相(xiang)比較，流(liu)量計算(suàn)及報表(biao)的生成(cheng)都是在(zài)流🛀🏻量積(jī)算儀上(shang)實現的(de)，也避🧑🏽🤝🧑🏻免(miǎn)了在PLC上(shàng)編程，工(gōng)控機上(shang)顯示時(shí)兩設👣備(bei)時鍾不(bu)同步造(zào)成數據(jù)有差異(yi)🚶♀️的問🔞題(tí)。
随着自(zì)動化技(jì)術快速(sù)發展，流(liu)量積算(suan)儀的功(gong)能也日(rì)益增強(qiang)，除💋了能(néng)夠實現(xian)流量的(de)相關數(shu)據處理(li)外，還能(néng)夠實現(xian)簡💋單的(de)控制功(gōng)能，适用(yòng)于需要(yao)計量且(qie)👉控制回(huí)路不多(duō)的現場(chang)。
4雙孔闆(pǎn)偏差計(ji)算
如圖(tú)4所示爲(wei)孔闆運(yun)行曲線(xiàn)，12h内平均(jun1)偏差爲(wei)50.25Nm3，由此可(kě)以推算(suàn)出一年(nián)的偏差(chà)約爲440190Nm3。
由(yóu)圖4可以(yǐ)看出如(rú)果兩塊(kuài)孔闆偏(piān)差高出(chu)實際生(sheng)産需🥵求(qiu)值時，會(hui)造成很(hěn)大的經(jing)濟損失(shi)，需要及(ji)時查找(zhao)🌈原因，解(jie)決🐪問題(ti)。
5雙孔闆(pan)流量計(ji)的優缺(que)點及應(ying)用
5.1雙孔(kǒng)闆流量(liàng)計的優(yōu)點
1)孔闆(pan)結構簡(jiǎn)單;
2)孔闆(pǎn)屬于标(biao)準節流(liu)裝置，得(de)到國際(ji)組織的(de)認可，可(kě)以采用(yong)幾何測(ce)量法，不(bú)需要實(shi)流标定(ding);
3)孔闆的(de)壓損相(xiàng)對較小(xiao);
4)可以與(yu)不同廠(chǎng)家的變(biàn)送器配(pei)合使用(yong);
5)兩塊孔(kǒng)闆的優(yōu)點在于(yu)當發現(xian)流量偏(piān)差很大(dà)時，能夠(gòu)及時發(fa)現問題(ti)，避免了(le)經濟損(sun)失。
5.2雙孔(kǒng)闆流量(liàng)計的存(cún)在的問(wèn)題
1)孔闆(pan)的精度(dù)在流量(liang)計中屬(shǔ)于中等(děng)水平，很(hěn)多因素(su)🐆都能影(yǐng)響其精(jing)度，在流(liú)量小于(yú)其量程(cheng)30%時，尤爲(wèi)突出;
2)壓(yā)力損失(shī)大;
3)測量(liang)範圍窄(zhǎi)，量程比(bi)小;
4)有較(jiào)長的直(zhi)管段長(zhang)度要求(qiu)，要求安(ān)裝有足(zu)夠的空(kōng)間;
5)孔闆(pan)以内孔(kong)銳角線(xian)來保證(zhèng)精度，對(duì)于腐蝕(shi)、磨損、結(jie)垢、髒污(wu)敏✌️感，長(zhǎng)期使用(yòng)精度難(nán)以保證(zhèng)，需每年(nián)拆下強(qiang)檢一次(ci);
6)采用法(fǎ)蘭連接(jiē)，易産生(sheng)跑、冒、滴(di)、漏問題(ti)，大大增(zeng)加了維(wéi)護工作(zuo)量🔴;
7)雙孔(kong)闆流量(liàng)計在計(ji)量時需(xū)與客戶(hu)協商結(jié)算方法(fa)，以免引(yǐn)起異議(yì);
8)成本增(zeng)加，維護(hu)量增加(jia)。
6總結
由(yóu)于計量(liang)站一般(ban)爲無人(rén)值守站(zhan)，日常維(wéi)護帶來(lai)一定的(de)難度🏃🏻，所(suo)以在設(shè)計計量(liang)方案時(shi)要充分(fèn)考慮操(cāo)作、維護(hù)的簡要(yào)性，操作(zuo)簡單，維(wéi)護方便(biàn)，而且要(yao)非常🌂可(kě)靠，所以(yi)雙孔闆(pan)能夠實(shi)現這樣(yang)的目的(de)。
雙孔闆(pan)流量計(jì)在實際(jì)應用中(zhōng)并不多(duo)見，主要(yào)其成本(běn)提高而(ér)不被廣(guǎng)泛采用(yòng)。但在貿(mao)易結算(suan)中，最重(zhòng)要的一(yī)條原則(ze)就是保(bao)證計量(liang)精度，無(wú)論偏差(cha)是正值(zhí)還是負(fù)值，對買(mǎi)賣雙方(fang)來說都(dōu)是不公(gōng)平的，所(suǒ)以兩塊(kuài)孔闆偏(piān)差較大(dà)時，應及(ji)時分析(xi)原因，解(jie)決問題(ti)，避👈免造(zao)成雙方(fāng)的經濟(ji)損失。雖(sui)然一次(cì)性投入(ru)成本較(jiào)高，但從(cóng)長期、穩(wěn)👌定的運(yùn)行角度(dù)💃🏻來考慮(lü)，會比單(dan)孔闆更(geng)有效率(lü)。
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