0 引言
   天(tian)然氣制(zhi)氫生産(chan)工藝是(shi)以天然(ran)氣爲原(yuan)料生産(chan)氫🥵氣，與(yu)水蒸☔汽(qi)進行重(zhong)整反應(ying)，得氫氣(qi)産品，然(ran)後通過(guo)☁️管道💋輸(shu)送給客(ke)戶。氫氣(qi)相比其(qi)他氣體(ti)，價格偏(pian)貴，因此(ci)氫氣計(ji)量的準(zhun)确性不(bu)僅關📧系(xi)着供需(xu)雙方進(jin)行公平(ping)的貿易(yi)結算，還(hai)關系到(dao)成本控(kong)制，因此(ci)整個計(ji)量系統(tong)受到🔞各(ge)方的高(gao)度重視(shi)。帶溫壓(ya)🌏補償孔(kong)闆流量(liang)計在氫(qing)氣計量(liang)中的應(ying)用
1 系統(tong)方案
   如(ru)圖 1 所示(shi)，整個計(ji)量系統(tong)由雙孔(kong)闆、 差壓(ya)變送器(qi) 、 壓力變(bian)送器 、 熱(re)電阻 、流(liu)量積算(suan)儀組成(cheng)。孔闆與(yu)差壓變(bian)送器組(zu)合采集(ji)差壓信(xin)🌈号，壓力(li)變送器(qi)采集壓(ya)力信号(hao)與熱電(dian)阻采集(ji)👄溫度信(xin)号組合(he)用于溫(wen)壓補償(chang)，經計算(suan)後在流(liu)量積算(suan)儀中🌈顯(xian)示。
   兩塊(kuai)孔闆可(ke)根據實(shi)際生産(chan)需要串(chuan)聯、并聯(lian)測量，但(dan)同一時(shi)🙇🏻刻隻📧用(yong)一塊孔(kong)闆的數(shu)值用于(yu)貿易結(jie)算。當在(zai)運行過(guo)✨程中發(fa)現兩塊(kuai)孔闆有(you)較大的(de)偏差時(shi)，操作人(ren)員🏃🏻會及(ji)時⭐查看(kan)曆史趨(qu)勢，根據(ju)工藝判(pan)斷查找(zhao)出有流(liu)量突的(de)一台，及(ji)時送第(di)三方單(dan)位進行(hang)檢定。
這(zhe)種采用(yong)雙孔闆(pan)的計量(liang)方式，雖(sui)然在項(xiang)目建設(she)初期投(tou)入🧡費用(yong)高一些(xie)，但是如(ru)果有偏(pian)差出現(xian)而未及(ji)時進行(hang)幹預，會(hui)造成很(hen)大的經(jing)濟損失(shi)。

   孔闆(pan)原理如(ru)圖2 所示(shi)。根據伯(bo)努利方(fang)程，流體(ti)在管道(dao)⛷️中流💃🏻動(dong)，當接💛近(jin)阻攔處(chu)時，有一(yi)部分流(liu)體的勢(shi)能轉換(huan)成動能(neng)，在孔闆(pan)的前入(ru)口端面(mian)壓力增(zeng)加; 當經(jing)過節流(liu)元件時(shi)，流體逐(zhu)漸收縮(suo)，流速升(sheng)高，壓力(li)最小，所(suo)☔以在孔(kong)闆上下(xia)遊兩側(ce)産生壓(ya)力差，流(liu)量越大(da)，壓差就(jiu)越大，孔(kong)闆即是(shi)通過測(ce)量壓差(cha)來體現(xian)流量大(da)小。其基(ji)本公式(shi)如下:


1． 2 溫壓(ya)補償
   由(you)于氣體(ti)可以壓(ya)縮，随着(zhe)壓力、溫(wen)度的變(bian)化，體積(ji)也相應(ying)地發🌈生(sheng)變化，因(yin)此需将(jiang)工況下(xia)的氣體(ti)流量換(huan)算成标(biao)況下的(de)💛體積流(liu)量進行(hang)計量，即(ji)标準狀(zhuang)态下🔴 1 個(ge)标準物(wu)理大氣(qi)壓( 0． 101 325 MPa) 、0 ℃( 273． 15 K) 時的(de)流量，進(jin)行溫壓(ya)補償，公(gong)式如下(xia):

1． 3 流量積(ji)算儀
   流(liu)量積算(suan)儀采用(yong)浙大中(zhong)控的 U6-200，IO 模(mo)塊能夠(gou)處理多(duo)種數據(ju)類型，4 ～20 mA、1 ～5 V、歐(ou)姆、開關(guan)量和脈(mo)沖量輸(shu)入以及(ji)模拟量(liang)、開關量(liang)輸出等(deng)，還能夠(gou)實🔞現流(liu)量溫壓(ya)補償及(ji)流量的(de)分段計(ji)量。根🛀🏻據(ju)合同條(tiao)款規定(ding)，在程序(xu)内設置(zhi)流量分(fen)段值，可(ke)自動生(sheng)成日報(bao)表、月報(bao)表。操作(zuo)人員隻(zhi)需要選(xuan)擇要打(da)印的報(bao)表日期(qi)，及日報(bao)或月報(bao)即可，不(bu)能人爲(wei)進行修(xiu)改任何(he)數據。
2 雙(shuang)孔闆安(an)裝和使(shi)用
   儀表(biao)的安裝(zhuang)是儀表(biao)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(ji)量的誤(wu)差。雙孔(kong)闆的安(an)裝與單(dan)個孔闆(pan)相比，要(yao)✊求更加(jia)嚴格。
2． 1 孔(kong)闆安裝(zhuang)方向
   孔(kong)闆上下(xia)端面裝(zhuang)反，流量(liang)會比實(shi)際流量(liang)低，在安(an)裝初期(qi)應檢☎️查(cha)管道流(liu)向，在孔(kong)闆上也(ye)有 箭頭(tou)标識，箭(jian)頭的方(fang)向要與(yu)介質流(liu)向🐕一緻(zhi)。在取壓(ya)口附近(jin)标有“+”的(de)一端💋應(ying)與流體(ti)上遊🔞管(guan)段連⁉️接(jie)，标有“－”的(de)一端應(ying)與流體(ti)下遊管(guan)段連接(jie)💃🏻。
2． 2 中心線(xian)
   孔闆的(de)中心、法(fa)蘭中心(xin)、管道中(zhong)心應在(zai)同一軸(zhou)線上。
2． 3 直(zhi)管段長(zhang)度
   GB / T 2624． 2-2006 表 3( 無(wu)流動調(diao)整器情(qing)況下孔(kong)闆與管(guan)徑之間(jian)所需的(de)直管段(duan)) 中對不(bu)同情況(kuang)下孔闆(pan)直管段(duan)做了詳(xiang)細分類(lei)，在本項(xiang)目中，采(cai)用兩塊(kuai)孔闆 A 和(he)B，由于兩(liang)塊孔闆(pan)上⛱️遊側(ce)存在的(de)阻流件(jian)不同，所(suo)以直管(guan)段要求(qiu)也不相(xiang)同。
   根據(ju)孔闆計(ji)算書得(de)出 β 值爲(wei) 0． 375 72，A 孔闆的(de)上遊側(ce)爲一個(ge)全🙇🏻孔球(qiu)閥和一(yi)個三通(tong)，需要 12D 的(de)直管段(duan); B 孔闆的(de)流體質(zhi)量較差(cha)，在其✍️上(shang)遊側有(you)🌈一個截(jie)止閥和(he)一個 90°彎(wan)頭，一個(ge)三通，共(gong)需要 28D 的(de)直管段(duan)。由于現(xian)場安裝(zhuang)空間有(you)限，不能(neng)滿👄足 28D 的(de)直管段(duan)要求，爲(wei)了能夠(gou)實現較(jiao)好的流(liu)體質量(liang)，使測量(liang)滿足精(jing)度要求(qiu)，因此📧在(zai)孔闆前(qian)面💯采用(yong)整流器(qi)。整💞流器(qi)安裝如(ru)圖3 所示(shi)，采用 DANIEL 整(zheng)流器後(hou)，直管段(duan)要求從(cong) 28D 變成 17D，解(jie)決❓了現(xian)場安裝(zhuang)空間不(bu)足的問(wen)題 。

3 計(ji)量系統(tong)模式選(xuan)擇
   雙孔(kong)闆計量(liang)與單孔(kong)闆計量(liang)的不同(tong)是選擇(ze)的檢測(ce)元件數(shu)量增加(jia)一倍，所(suo)以除了(le)需要滿(man)足精度(du)要求外(wai)，成本及(ji)第三方(fang)鑒定也(ye)是需要(yao)着重考(kao)慮的問(wen)題。
   計量(liang)系統的(de)整個環(huan)節沒有(you)人工參(can)與，僅僅(jin)是利用(yong)變🏃‍♂️送器(qi)、熱電阻(zu)等相關(guan)設備實(shi)時檢測(ce)所涉及(ji)的各參(can)數，通過(guo)預設在(zai)流量積(ji)算儀軟(ruan)件的公(gong)式或在(zai) PLC 中編程(cheng)來計算(suan)流㊙️量。随(sui)着技術(shu)的發展(zhan)，差壓流(liu)量計的(de)計量方(fang)法衆多(duo)，主要可(ke)分爲以(yi)下兩種(zhong)模式: 檢(jian)測元件(jian)+PLC+HMI，檢測元(yuan)件+流量(liang)積算儀(yi)+工控機(ji)。
   檢測元(yuan)件可以(yi)分爲多(duo)參量智(zhi)能變送(song)器與單(dan)參變🧑🏽‍🤝‍🧑🏻送(song)器。多參(can)㊙️量變送(song)器通過(guo)一個檢(jian)測器将(jiang)溫度，壓(ya)力🌐，差壓(ya)同時檢(jian)測，并在(zai)表頭😘進(jin)行顯示(shi)。一般應(ying)用于沒(mei)有分段(duan)🐪計量的(de)模式，結(jie)算的依(yi)據僅僅(jin)是流量(liang)的累積(ji)值，每月(yue)約定某(mou)一時間(jian)甲乙雙(shuang)方共同(tong)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(xiao)🥰驗，也可(ke)以随流(liu)量計一(yi)起校驗(yan)😍; 缺點是(shi)變送器(qi)本身😍沒(mei)有存儲(chu)數據的(de)功能，數(shu)據則需(xu)要送到(dao) HMI 中進行(hang)存儲，而(er)且累積(ji)流量需(xu)要将通(tong)信協議(yi)由 Modbus485 轉換(huan)成 Modbus TCP/IP 後傳(chuan)輸給HMI，硬(ying)件成本(ben)會相應(ying)增加，且(qie)💃數據容(rong)易丢失(shi)。因此😘，在(zai)本項目(mu)中沒有(you)采用多(duo)參量變(bian)送器。
3． 1 檢(jian)測元件(jian)+PLC+工控機(ji)
   檢測元(yuan)件将現(xian)場壓力(li)、差壓、溫(wen)度等信(xin)号送入(ru)流量計(ji) PLC 的 AI 模塊(kuai)，通⁉️過數(shu)據轉換(huan)後，在 PLC 内(nei)進行編(bian)程後計(ji)算出氫(qing)氣瞬♈時(shi)流量、累(lei)積流😄量(liang)，再通過(guo) HMI 進行顯(xian)示。
   這種(zhong)計量方(fang)式是屬(shu)于目前(qian)普遍采(cai)用的模(mo)式，由于(yu)溫🈚壓補(bu)🌐償是由(you)人工在(zai) PLC 中編程(cheng)實現，采(cai)用簡化(hua)版溫壓(ya)補償公(gong)式，有些(xie)參💋數并(bing)沒有在(zai)公式中(zhong)體現，這(zhe)些參數(shu)會對計(ji)量精度(du)有一些(xie)影響。這(zhe)種模式(shi)采用硬(ying)🐆件較多(duo)，人工參(can)與度較(jiao)大，可靠(kao)性相對(dui)較差，信(xin)任度較(jiao)低; 并且(qie)計🥰量系(xi)統需要(yao)第三方(fang)進行鑒(jian)定。
3． 2 檢測(ce)元件+流(liu)量積算(suan)儀+工控(kong)機
   檢測(ce)元件采(cai)集到壓(ya)力、差壓(ya)、溫度後(hou)，輸入到(dao)流量積(ji)算儀數(shu)據⚽采集(ji)卡，由流(liu)量積算(suan)儀内部(bu)軟件進(jin)行溫壓(ya)補償後(hou)👉，計算㊙️得(de)出氫氣(qi)的瞬時(shi)流量、累(lei)積流量(liang)等信号(hao)。流⛹🏻‍♀️量積(ji)算儀的(de)計算軟(ruan)件是固(gu)化在其(qi) CPU 中，内部(bu)程序無(wu)法人工(gong)更改，操(cao)作人員(yuan)隻需在(zai)其自帶(dai)的觸摸(mo)屏上設(she)置相關(guan)參數，操(cao)作簡單(dan)方便。在(zai)流量計(ji)算時，會(hui)比在 PLC 人(ren)🏃🏻‍♂️工開發(fa)程序精(jing)度高很(hen)多，整個(ge)系統的(de)可靠性(xing)也提高(gao)很📱多。
   采(cai)用流量(liang)積算儀(yi)的優點(dian)在于它(ta)除了能(neng)夠進行(hang)流量計(ji)算、溫💋壓(ya)補償以(yi)外，還能(neng)夠實現(xian)流量的(de)分段計(ji)量，自動(dong)生成日(ri)報表、月(yue)報🈚表，減(jian)少了在(zai)工控機(ji)上人🈲工(gong)編程實(shi)現分段(duan)計量所(suo)産生的(de)誤差。與(yu)傳統的(de)計量模(mo)式相比(bi)較，流量(liang)計算及(ji)報表的(de)生成都(dou)是在流(liu)🤟量積算(suan)儀上實(shi)現的，也(ye)避免了(le)在 PLC 上編(bian)🤟程，工控(kong)機上⁉️顯(xian)示時兩(liang)設備時(shi)鍾不同(tong)步造成(cheng)數據有(you)差異的(de)問題。随(sui)着自動(dong)化技術(shu)快速發(fa)展，流量(liang)🔴積算儀(yi)的功能(neng)也日益(yi)增強，除(chu)了能夠(gou)實現流(liu)量的相(xiang)關數據(ju)處理外(wai)，還能夠(gou)實現簡(jian)單的控(kong)制功能(neng)，适用于(yu)需要計(ji)量且控(kong)制回路(lu)不多的(de)現場。
4 雙(shuang)孔闆偏(pian)差計算(suan)

如圖(tu)4 所示爲(wei)孔闆運(yun)行曲線(xian)，12 h 内平均(jun)偏差爲(wei)50．25Nm3，由此可(ke)以推算(suan)♈出一年(nian)的偏差(cha)約爲440 190 Nm3。
由(you)圖 4 可以(yi)看出如(ru)果兩塊(kuai)孔闆偏(pian)差高出(chu)實際生(sheng)産需🈚求(qiu)值時，會(hui)造成很(hen)大的經(jing)濟損失(shi)，需要及(ji)時查找(zhao)原因，解(jie)決問題(ti)💯 。
圖 4 流量(liang)曲線圖(tu)
5 帶溫壓(ya)補償孔(kong)闆流量(liang)計的優(you)缺點及(ji)應用
5． 1 帶(dai)溫壓補(bu)償孔闆(pan)流量計(ji)的優點(dian)
1) 孔闆結(jie)構簡單(dan);
2) 孔闆屬(shu)于标準(zhun)節流裝(zhuang)置，得到(dao)國際組(zu)織的認(ren)
可，可以(yi)采用幾(ji)何測量(liang)法，不需(xu)要實流(liu)标定;
3) 孔(kong)闆的壓(ya)損相對(dui)較小;
4) 可(ke)以與不(bu)同廠家(jia)的變送(song)器配合(he)使用;
5) 兩(liang)塊孔闆(pan)的優點(dian)在于當(dang)發現流(liu)量偏差(cha)很大時(shi)，能夠及(ji)時發現(xian)問題 ，避(bi)免了經(jing)濟損失(shi)。
5． 2 帶溫壓(ya)補償孔(kong)闆流量(liang)計的存(cun)在的問(wen)題
1) 孔闆(pan)的精度(du)在流量(liang)計中屬(shu)于中等(deng)水平，很(hen)多因素(su)都能影(ying)響其精(jing)度，在流(liu)量小于(yu)其量程(cheng) 30% 時，尤爲(wei)突出;
2) 壓(ya)力損失(shi)大;
3) 測量(liang)範圍窄(zhai)，量程比(bi)小;
4) 有較(jiao)長的直(zhi)管段長(zhang)度要求(qiu)，要求安(an)裝有足(zu)夠的空(kong)間;
5) 孔闆(pan)以内孔(kong)銳角線(xian)來保證(zheng)精度，對(dui)于腐蝕(shi)、磨損、結(jie)❄️垢🈲、髒🥵污(wu)敏⚽感💚，長(zhang)期使用(yong)精度難(nan)以保證(zheng)，需每年(nian)拆下強(qiang)檢一次(ci)👄;
6) 采用法(fa)蘭連接(jie)，易産生(sheng)跑、冒、滴(di)、漏問題(ti)，大大增(zeng)加了👌維(wei)護工作(zuo)量;
7) 帶溫(wen)壓補償(chang)孔闆流(liu)量計在(zai)計量時(shi)需與客(ke)戶協商(shang)結⛷️算方(fang)法，以免(mian)引起異(yi)議;
8) 成本(ben)增加，維(wei)護量增(zeng)加。
6 總結(jie)
由于計(ji)量站一(yi)般爲無(wu)人值守(shou)站，日常(chang)維護帶(dai)來一定(ding)的難度(du)，所🌈以在(zai)設計計(ji)量方案(an)時要充(chong)分考慮(lü)操作、維(wei)護的簡(jian)要📧性，操(cao)作簡🛀單(dan)，維護方(fang)便，而且(qie)要非常(chang)可靠，所(suo)💔以雙孔(kong)❓闆能夠(gou)🔅實現這(zhe)樣的目(mu)的。帶溫(wen)壓補💘償(chang)孔闆流(liu)量計在(zai)實際應(ying)用中并(bing)不多見(jian)❗，主要其(qi)成本提(ti)高而不(bu)被廣泛(fan)采用💘。但(dan)在貿易(yi)結算中(zhong)，最重要(yao)的一條(tiao)原則就(jiu)是保證(zheng)計量精(jing)度，無論(lun)偏差是(shi)正值還(hai)是負值(zhi)，對買賣(mai)雙方來(lai)說都是(shi)不公平(ping)的，所以(yi)兩塊🈲孔(kong)闆偏差(cha)較大時(shi)，應及時(shi)分析原(yuan)因🈲，解決(jue)問題，避(bi)免造成(cheng)雙方的(de)經濟損(sun)♻️失。雖然(ran)一次性(xing)投入成(cheng)本較❄️高(gao)，但從長(zhang)期、穩定(ding)的運行(hang)角度來(lai)考慮，會(hui)比單孔(kong)闆👌更有(you)效率 。

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