0 引(yǐn)言
   天然氣(qi)制氫生産(chan)工藝是以(yǐ)天然氣爲(wei)原料生産(chǎn)氫氣，與水(shui)蒸🚶‍♀️汽👌進行(hang)重整反應(yīng)，得氫氣産(chǎn)品，然後通(tong)過管道輸(shu)送📧給客🚶‍♀️戶(hu)。氫氣相🧑🏾‍🤝‍🧑🏼比(bi)其他氣體(tǐ)，價格偏貴(guì)，因此氫氣(qì)計量的準(zhun)确性不僅(jin)關系着供(gòng)需雙方進(jìn)行公平的(de)貿易結算(suàn)，還關系到(dào)成本控制(zhì)，因此整個(gè)計量系統(tǒng)受到各方(fāng)的高度🤟重(zhong)視。帶溫壓(ya)補償孔闆(pan)流🈲量計在(zai)氫氣計😍量(liang)中的應用(yòng)
1 系統方案(an)
   如圖 1 所示(shi)，整個計量(liàng)系統由雙(shuang)孔闆、 差壓(ya)變送器 、 壓(yā)力變送器(qì) 、 熱電阻 、流(liú)量積算儀(yí)組成。孔闆(pǎn)與差壓變(bian)送器組合(hé)采集差壓(yā)信✂️号，壓力(lì)變送器采(cai)集壓力信(xin)号與熱電(dian)阻采集溫(wēn)度🚩信号🈲組(zǔ)合用于溫(wen)壓補償，經(jing)計算後在(zài)流量積算(suan)儀中顯示(shi)。
   兩塊孔闆(pan)可根據實(shi)際生産需(xū)要串聯、并(bìng)聯測量，但(dàn)同一🏃‍♀️時刻(ke)隻用一塊(kuai)孔闆的數(shu)值用于貿(mào)易結算。當(dang)⭐在運行過(guo)程中發現(xiàn)🍓兩塊孔闆(pǎn)有較大的(de)偏差時，操(cāo)作人員會(huì)及時查看(kàn)曆🔞史趨勢(shi)，根據工藝(yi)判斷查找(zhao)出有流量(liang)突的一台(tái)，及時送第(di)三方單位(wèi)👄進行檢定(ding)。
這種采用(yong)雙孔闆的(de)計量方式(shì)，雖然在項(xiang)目建設初(chū)期投入☀️費(fei)用高一些(xiē)，但是如果(guǒ)有偏差出(chu)現而未及(jí)時進行幹(gan)預，會造成(chéng)很大的經(jīng)濟損失。

   孔闆原(yuán)理如圖2 所(suǒ)示。根據伯(bó)努利方程(cheng)，流體在管(guan)道中流動(dong)，當接近阻(zu)攔處時，有(you)一部分流(liú)體的勢能(neng)轉換成動(dong)能，在孔闆(pǎn)的前入口(kou)端面壓力(li)增加; 當經(jing)過節流元(yuán)件時，流體(tǐ)逐漸收縮(suo)，流速升高(gao)，壓力最小(xiao)，所⭐以在孔(kǒng)闆上下遊(yóu)兩側産生(sheng)壓力差，流(liú)量越大，壓(yā)差♈就越大(dà)，孔闆即是(shi)通過測量(liàng)壓差來體(ti)現流量大(da)小。其基本(ben)公式如⛹🏻‍♀️下(xià):


1． 2 溫壓補償(chang)
   由于氣體(ti)可以壓縮(suō)，随着壓力(lì)、溫度的變(biàn)化，體積也(ye)相💃🏻應地發(fa)生變化，因(yin)此需将工(gong)況下的氣(qi)體流量換(huan)算成🤟标況(kuàng)下的體積(jī)♈流量進行(hang)計量，即标(biāo)準狀态下(xia) 1 個标準🛀🏻物(wu)理大氣壓(ya)( 0． 101 325 MPa) 、0 ℃( 273． 15 K) 時的流量(liang)，進行溫👅壓(ya)補償，公式(shì)🔞如下:

1． 3 流量(liàng)積算儀
   流(liu)量積算儀(yi)采用浙大(dà)中控的 U6-200，IO 模(mo)塊能夠處(chu)理多種數(shù)據類型，4 ～20 mA、1 ～5 V、歐(ōu)姆、開關量(liang)和脈沖量(liang)輸入以及(jí)模拟量、開(kai)關量輸出(chū)等🐆，還能✏️夠(gou)實現流量(liang)溫壓補償(chang)及流量🏃🏻的(de)分段計量(liàng)。根據合同(tong)條款規🔞定(dìng)，在程序内(nei)設置流🤩量(liang)分段值，可(kě)自動生成(cheng)日報表、月(yuè)報表。操作(zuò)人員隻需(xū)要選擇要(yao)打印的報(bao)表日期，及(jí)日報或月(yue)報即可🙇🏻，不(bu)能人爲進(jìn)行🐉修改任(ren)何數據。
2 雙(shuāng)孔闆安裝(zhuāng)和使用
   儀(yí)表的安裝(zhuāng)是儀表運(yùn)行的重要(yào)部分，孔闆(pǎn)對安裝🔱的(de)要✌️求✏️尤其(qi)🔅高，它直接(jiē)影響計量(liàng)的誤差。雙(shuang)孔闆的🔴安(ān)裝與單👣個(ge)孔闆相比(bǐ)，要求更加(jia)嚴格。
2． 1 孔闆(pǎn)安裝方向(xiang)
   孔闆上下(xia)端面裝反(fǎn)，流量會比(bǐ)實際流量(liàng)低，在安裝(zhuāng)✍️初期應檢(jiǎn)查管道流(liu)向，在孔闆(pǎn)上也有 箭(jiàn)頭标識，箭(jiàn)頭的方向(xiàng)要與介質(zhi)流向一緻(zhì)。在取壓口(kǒu)附近标有(yǒu)“+”的一端🌈應(yīng)與流📞體上(shàng)遊管段連(lian)接，标有“－”的(de)一端應與(yǔ)流體下遊(you)管段連接(jie)。
2． 2 中心線
   孔(kǒng)闆的中心(xin)、法蘭中心(xin)、管道中心(xin)應在同一(yī)軸線上✂️。
2． 3 直(zhí)管段長度(dù)
   GB / T 2624． 2-2006 表 3( 無流動(dong)調整器情(qing)況下孔闆(pan)與管徑之(zhī)間所需的(de)直❄️管段) 中(zhōng)☁️對不同情(qing)況下孔闆(pan)直管段做(zuo)了詳細分(fen)類，在🐅本項(xiàng)目中，采用(yong)兩塊孔闆(pǎn) A 和B，由于兩(liang)塊孔闆上(shàng)遊側存在(zài)的阻流件(jian)不同，所以(yi)直管段要(yao)求也不相(xiang)💋同。
   根據孔(kǒng)闆計算書(shu)得出 β 值爲(wei) 0． 375 72，A 孔闆的上(shàng)遊側爲一(yi)個全孔球(qiu)閥和一個(gè)三通，需要(yao) 12D 的直管段(duan); B 孔闆的流(liu)體⛱️質量較(jiao)差，在其上(shang)遊側有一(yī)個截止閥(fá)和一個 90°彎(wān)頭，一個三(sān)通，共需要(yào) 28D 的直管段(duàn)。由于現場(chang)安裝空間(jiān)有限，不能(neng)滿😍足 28D 的直(zhi)管㊙️段要求(qiú)，爲了能夠(gòu)實♈現較好(hao)的流體質(zhi)量，使🈲測量(liang)滿足精度(du)要求，因此(ci)在孔闆前(qián)面采用整(zheng)流器。整流(liu)器安裝如(rú)圖3 所示，采(cai)用 DANIEL 整流器(qi)後🔴，直管段(duan)要求從 28D 變(biàn)☁️成 17D，解決了(le)現場安裝(zhuāng)空間不足(zú)的問🤩題 。

3 計量系統(tong)模式選擇(ze)
   雙孔闆計(ji)量與單孔(kong)闆計量的(de)不同是選(xuan)擇的檢測(cè)元件數💜量(liàng)增加一倍(bèi)，所以除了(le)需要滿足(zu)精度要求(qiú)外，成本及(ji)第三❤️方鑒(jian)定也是需(xu)要着重考(kao)慮的問題(tí)。
   計量系統(tong)的整個環(huan)節沒有人(rén)工參與，僅(jǐn)僅是利用(yong)變送器、熱(rè)電💛阻等相(xiang)關設備實(shí)時檢測所(suo)涉及的各(gè)參數，通過(guò)❗預設在流(liu)量積算儀(yí)軟件的公(gōng)式或在 PLC 中(zhōng)編程來💜計(ji)算流量。随(suí)着🌈技術的(de)發展，差壓(ya)流量計的(de)㊙️計量方法(fa)衆多，主要(yao)☂️可分爲以(yǐ)下兩種模(mo)💰式: 檢測元(yuán)📞件+PLC+HMI，檢測元(yuán)件+流量積(jī)算儀+工控(kong)機。
   檢測元(yuan)件可以分(fèn)爲多參量(liang)智能變送(song)器與單參(can)變送器。多(duō)參🚶量變送(song)器通過一(yi)個檢測器(qi)将溫度，壓(ya)力😍，差壓同(tong)時檢測👈，并(bing)在表頭進(jìn)行顯示。一(yi)般應用于(yu)沒✂️有分段(duàn)計量的模(mó)式，結算的(de)依據僅僅(jin)是流量的(de)累積值，每(mei)月約定某(mǒu)一時間甲(jia)乙雙方共(gòng)同讀取數(shu)值🆚。優點是(shì)第三方鑒(jian)定簡單方(fang)便，變送器(qi)可以單獨(du)校驗，也可(kě)以随流🈲量(liàng)計一起校(xiao)驗; 缺點是(shì)變送器本(ben)身沒有存(cun)儲數據的(de)功能，數據(ju)則需要送(sòng)到 HMI 中進行(háng)存⛹🏻‍♀️儲，而且(qie)累積流量(liàng)需✉️要将通(tōng)信協議由(you) Modbus485 轉換成 Modbus TCP/IP 後(hòu)傳輸給HMI，硬(yìng)件成本會(hui)相應增加(jia)，且數據容(róng)易丢失⭕。因(yin)此，在本項(xiàng)目中沒有(you)采用多參(can)量變送器(qì)。
3． 1 檢測元件(jiàn)+PLC+工控機
   檢(jiǎn)測元件将(jiāng)現場壓力(lì)、差壓、溫度(dù)等信号送(song)入流量計(jì) PLC 的 AI 模塊，通(tong)過數據轉(zhuan)換後，在 PLC 内(nei)進行編程(cheng)後計算出(chū)氫氣瞬時(shi)流量、累♌積(ji)流量，再通(tōng)過 HMI 進行顯(xiǎn)示。
   這種計(ji)量方式是(shì)屬于目前(qian)普遍采用(yòng)的模式，由(you)于🏃溫🆚壓補(bu)償是由人(rén)工在 PLC 中編(bian)程實現，采(cai)用簡化版(ban)溫❗壓補償(chang)公式，有👈些(xie)參數并沒(mei)有在公式(shi)中體現，這(zhè)些🤞參數會(hui)對計量精(jīng)度有一些(xiē)影響。這種(zhong)模式采用(yòng)硬件較多(duo)，人工參與(yu)度較大，可(kě)靠性相對(duì)較差，信任(ren)度較低; 并(bing)且計量系(xì)統需要第(dì)三方進行(háng)鑒定。
3． 2 檢測(ce)元件+流量(liang)積算儀+工(gong)控機
   檢測(cè)元件采集(jí)到壓力、差(cha)壓、溫度後(hòu)，輸入到流(liú)量積算儀(yí)數據采集(jí)卡，由流量(liàng)積算儀内(nèi)部軟件進(jin)行溫壓補(bu)償後，計算(suàn)得出氫氣(qi)的瞬時流(liu)量、累積流(liú)量等信号(hao)。流💜量積算(suan)儀的計算(suàn)軟件🈲是固(gù)化在其 CPU 中(zhong)，内部程序(xu)無法人工(gong)更改🈲，操作(zuò)人員隻需(xū)在其自帶(dai)的觸摸屏(píng)上設置相(xiàng)關參數，操(cao)作簡單方(fāng)便。在流量(liàng)計算✂️時，會(hui)比在 PLC 人工(gong)開發程序(xù)精度✊高很(hěn)多，整個系(xì)統的可靠(kào)性也提高(gāo)很多。
   采用(yòng)流量積算(suan)儀的優點(dian)在于它除(chú)了能夠進(jìn)行流量計(ji)算🐆、溫壓補(bǔ)償以外，還(hai)能夠實現(xian)流量的分(fen)段計量，自(zì)動生💞成日(ri)🌍報表、月報(bao)表，減少了(le)在工控機(jī)上人工編(biān)程實現分(fèn)段計量所(suo)産生的誤(wu)差。與傳統(tong)的計量模(mo)式相比較(jiao)，流量計算(suàn)及報表的(de)生成都是(shi)在流量積(ji)算儀上實(shí)現的，也避(bi)🐆免了在 PLC 上(shàng)編程，工控(kòng)機上顯示(shì)時兩設💯備(bei)時鍾不同(tong)步造成數(shù)據有差異(yi)的問題。随(sui)着自動化(huà)技術快速(su)發展，流量(liang)積算儀的(de)功能也❗日(rì)益增強，除(chú)了能🏒夠實(shí)現流量的(de)相🔅關數據(jù)處理外，還(hái)能夠實現(xiàn)簡單的控(kòng)制功能，适(shì)用于需要(yao)計量且控(kong)制回路不(bú)多的現場(chang)。
4 雙孔闆偏(pian)差計算

如圖4 所(suǒ)示爲孔闆(pan)運行曲線(xian)，12 h 内平均偏(piān)差爲50．25Nm3，由此(ci)可🌈以推🤟算(suàn)出一年的(de)偏差約爲(wei)440 190 Nm3。
由圖 4 可以(yi)看出如果(guo)兩塊孔闆(pǎn)偏差高出(chū)實際生産(chan)❤️需求值時(shí)，會造成很(hěn)大的經濟(jì)損失，需要(yao)及時查找(zhao)原因，解決(jué)問題👄 。
圖 4 流(liú)量曲線圖(tu)
5 帶溫壓補(bǔ)償孔闆流(liu)量計的優(yōu)缺點及應(yīng)用
5． 1 帶溫壓(yā)補償孔闆(pǎn)流量計的(de)優點
1) 孔闆(pǎn)結構簡單(dan);
2) 孔闆屬于(yú)标準節流(liú)裝置，得到(dào)國際組織(zhī)的認
可，可(ke)以采用幾(jǐ)何測量法(fǎ)，不需要實(shí)流标定;
3) 孔(kong)闆的壓損(sǔn)相對較小(xiǎo);
4) 可以與不(bu)同廠家的(de)變送器配(pèi)合使用;
5) 兩(liǎng)塊孔闆的(de)優點在于(yu)當發現流(liú)量偏差很(hěn)大時，能夠(gòu)及時發現(xian)問題 ，避免(mian)了經濟損(sun)失。
5． 2 帶溫壓(ya)補償孔闆(pan)流量計的(de)存在的問(wen)題
1) 孔闆的(de)精度在流(liu)量計中屬(shu)于中等水(shuǐ)平，很多因(yīn)素都能影(yǐng)響其💚精度(du)，在流量小(xiǎo)于其量程(chéng) 30% 時，尤爲突(tū)出;
2) 壓力損(sun)失大;
3) 測量(liàng)範圍窄，量(liang)程比小;
4) 有(yǒu)較長的直(zhí)管段長度(du)要求，要求(qiú)安裝有足(zu)夠的空間(jiān);
5) 孔闆以内(nèi)孔銳角線(xian)來保證精(jing)度，對于腐(fu)蝕、磨損、結(jie)垢、髒污敏(mǐn)感，長期使(shǐ)用精度難(nan)以保證，需(xū)每年拆下(xià)強檢一次(cì);
6) 采用法蘭(lan)連接，易産(chǎn)生跑、冒、滴(di)、漏問題，大(dà)大增加了(le)維護工作(zuo)量;
7) 帶溫壓(yā)補償孔闆(pan)流量計在(zai)計量時需(xu)與客戶協(xié)商結算方(fang)⭕法✨，以免引(yin)起異議;
8) 成(cheng)本增加，維(wéi)護量增加(jia)。
6 總結
由于(yú)計量站一(yi)般爲無人(ren)值守站，日(ri)常維護帶(dai)來一定的(de)難度，所以(yi)在設計計(jì)量方案時(shí)要充分考(kǎo)慮操作、維(wéi)護的📞簡要(yào)性，操作簡(jiǎn)單，維護方(fāng)便，而且要(yao)非常可靠(kao)，所以雙孔(kǒng)闆能夠實(shi)現這📐樣的(de)目的。帶溫(wen)壓補償孔(kǒng)闆流量計(ji)在實際應(ying)用中🧑🏽‍🤝‍🧑🏻并不(bú)多見，主要(yào)其成本提(tí)高而不被(bèi)廣泛采用(yong)。但在貿易(yi)結算中，最(zuì)重要的一(yi)條原則就(jiù)🏃🏻是保證計(jì)量精度，無(wu)論偏差是(shì)正值還是(shì)負值🙇🏻，對買(mǎi)賣🌍雙方來(lai)說都是不(bu)公平的，所(suo)以兩塊🔞孔(kǒng)闆偏差較(jiào)大時，應及(ji)時分析原(yuán)因💋，解決問(wèn)題，避⭕免造(zao)成雙方的(de)經濟損👨‍❤️‍👨失(shi)。雖然一次(cì)性投入成(cheng)本較高，但(dàn)從長期、穩(wen)定💰的運行(háng)角度來考(kǎo)慮，會比單(dān)孔闆更有(yǒu)效率 。

以上(shàng)内容來源(yuan)于網絡，如(rú)有侵權請(qing)聯系即删(shān)除!