摘(zhāi)要：某冶(ye)煉企業(ye)每年用(yòng)氧氣量(liàng)約4億立(li)方米，流(liu)量計量(liang)稍有偏(pian)差，每年(nián)可能造(zào)成上百(bǎi)萬的損(sǔn)失。故對(dui)🏃幾種可(kě)應用于(yu)大口徑(jìng)管道氣(qi)體流量(liàng)計 進行(háng)了對比(bǐ)分析，發(fa)現 平衡(héng)流量計(jì) 有良好(hǎo)的正确(que)率和穩(wěn)定性，項(xiàng)目最終(zhōng)采用了(le)平衡流(liú)量計作(zuò)✔️爲貿易(yi)計量器(qì)具。
國内(nèi)冶煉企(qi)業配套(tào)空分項(xiàng)目大多(duō)是企業(yè)内部運(yun)🏃‍♂️營管理(li)。随着👨‍❤️‍👨制(zhi)氧技術(shu)的發展(zhan)和人力(li)物力成(chéng)本的上(shàng)升⭐，冶煉(liàn)企業越(yuè)來越傾(qing)向于将(jiang)制氧系(xì)統通過(guo)BOO(Building-Owning-Operation)的方式(shì)交‼️給專(zhuan)業團隊(duì)來建設(shè)運營，再(zài)通過購(gòu)買氣體(tǐ)的方式(shì)獲🐉得氧(yang)氣，這就(jiu)涉及到(dao)供氣方(fang)與用氣(qi)方之間(jiān)的貿易(yi)計量。企(qǐ)業正常(chang)生産時(shi)對純度(dù)爲99．6%的高(gao)純👨‍❤️‍👨氧需(xu)量爲47000Nm3/h，最(zuì)大⛷️需量(liàng)爲54000Nm3/h，最小(xiǎo)需🚶‍♀️量爲(wèi)10000Nm3/h，氧氣輸(shū)送管道(dao)通徑達(dá)1200mm。通過對(duì)杭🏃氧等(deng)國内空(kōng)分廠家(jia)調查發(fa)現，其🔴計(jì)量儀表(biǎo)多采用(yong) 标準孔(kong)闆流量(liang)計 ，少量(liàng)采用巴(bā)類等均(jun1)速管流(liú)量計。而(ér)法國液(ye)化空氣(qi)‼️、德國林(lín)德🐕等國(guó)外廠家(jia)中熱式(shi)氣體質(zhi)量流量(liàng)計也廣(guang)泛使用(yòng)，并開始(shi)嘗試使(shǐ)用新型(xíng)平衡流(liú)量計用(yòng)于貿易(yì)結算。
　　雖(suī)然巴類(lèi)流量計(ji)采用的(de)子彈頭(tóu)截面傳(chuán)感器，實(shi)驗室測(ce)量🧡精度(du)提高到(dào)0．72%，但工業(ye)現場影(yǐng)響其測(ce)量精度(dù)☂️的因素(sù)過多，此(ci)處隻對(duì)标準孔(kǒng)闆流量(liàng)計、熱式(shi)氣體質(zhì)量流量(liang)計和平(ping)衡流量(liang)計進行(háng)比較。
1流(liu)量計的(de)特點
1．1标(biāo)準孔闆(pǎn)流量計(jì)
　　标準孔(kong)闆流量(liàng)計是一(yi)種廣泛(fan)使用的(de)流量計(ji)，孔闆📱的(de)特征尺(chǐ)寸和加(jiā)工工藝(yi)按照國(guo)家标準(zhun)GB/T2624．2-2006執行，檢(jian)定按JJG640-2016執(zhi)行。标準(zhǔn)孔闆流(liu)量計的(de)優點是(shì)制造簡(jiǎn)單，一般(ban)不需要(yao)🆚實流标(biao)定就可(ke)直接投(tou)入使用(yong)⭕。缺點較(jiào)多，标準(zhun)孔闆有(yǒu)一個銳(ruì)角，長期(qi)使用存(cun)在“銳角(jiǎo)磨損”問(wèn)題🌐，測量(liang)精度随(sui)時間推(tuī)移越來(lai)越低。其(qi)次計量(liàng)院對标(biāo)準孔闆(pan)一般采(cai)用物理(lǐ)檢定，也(ye)就是測(ce)量幾何(he)尺寸🌈和(he)銳角偏(pian)差，有特(te)殊要求(qiú)時才用(yong)水❗進行(háng)實流檢(jian)定，測✌️量(liàng)誤差在(zai)±(1%～5%)之間。同(tong)時标準(zhun)孔闆壓(yā)損大，量(liàng)程比小(xiǎo)👄(爲3∶1)，安裝(zhuāng)要求直(zhi)管段滿(man)足前10D後(hòu)5D［1］。

　　盡管标(biao)準孔闆(pǎn)有如此(ci)多的缺(quē)點，但其(qí)制造、檢(jian)定過程(cheng)均按國(guo)家标準(zhun)執行，故(gù)在貿易(yi)計量中(zhong)仍被大(dà)量使用(yong)⚽。要求💋量(liàng)程比至(zhi)🔴少達到(dao)6∶1，标準孔(kong)闆流量(liàng)計無法(fǎ)滿足使(shǐ)用要求(qiú)。
1．2熱式氣(qì)體質量(liang)流量計(ji)
　　熱式氣(qì)體質量(liàng)流量計(jì) 是基于(yú)金氏定(ding)律的一(yi)種插入(rù)式流量(liàng)計，适合(he)大管道(dao)流體測(ce)量，FCI、Sierra、Kurz這3個(gè)品牌的(de)熱式氣(qi)體質量(liàng)流量計(ji)已有幾(ji)十年的(de)曆史。熱(re)式氣體(tǐ)質量流(liu)量計理(lǐ)論模型(xíng)爲:
H=ΔTCpM(1)
式中(zhōng)
Cp———定壓比(bǐ)熱容，與(yǔ)氣體種(zhǒng)類有關(guān);
H———加熱電(diàn)功率;
M———質(zhi)量流量(liang);
ΔT———兩個探(tan)頭的溫(wen)差。
　　式(1)可(kě)以引出(chu)兩種類(lèi)型的産(chǎn)品:恒溫(wen)差型和(he)恒功率(lǜ)型。兩類(lei)傳感器(qi)都由兩(liǎng)個并排(pai)的 熱電(dian)阻 組成(cheng)，其中一(yī)個普通(tong)熱電阻(zu)測量管(guan)道内氣(qi)體的溫(wen)度，另一(yī)個熱電(diàn)阻帶加(jiā)熱絲由(you)電流進(jin)行加熱(re)，當氣體(tǐ)流經熱(rè)♉電阻，就(jiu)會有冷(lěng)卻效應(yīng)帶走熱(re)量。由式(shì)(1)可知，對(dui)于恒溫(wen)差型流(liu)量計溫(wēn)差ΔT恒定(dìng)，當質量(liang)流量M增(zēng)加時，冷(lěng)卻效應(ying)就增🌈加(jia)，爲保持(chí)兩個熱(re)電阻的(de)溫差恒(heng)定所需(xū)的加熱(re)功率H增(zeng)加，而加(jia)在加熱(re)電阻上(shang)的功率(lü)H與質量(liàng)流量M成(chéng)正比，測(cè)量功率(lü)H的大小(xiao)可以計(jì)算出流(liú)過管道(dào)的氣體(tǐ)質量。對(dui)于恒功(gong)率型，加(jia)在加熱(rè)電阻上(shang)的功率(lǜ)H始🔞終保(bǎo)持恒定(dìng)，在介😄質(zhì)靜止時(shí)溫差最(zuì)大，随着(zhe)介質流(liu)動🛀🏻溫差(cha)減✉️小，溫(wen)差ΔT與質(zhì)量流量(liang)M成反比(bǐ)，通過測(ce)量🌈溫差(cha)的👉變化(hua)來獲取(qǔ)流量的(de)變化［2］。恒(heng)溫差型(xing)響☔應速(su)度快，在(zai)流速低(dī)到0．1Nm/s時都(dōu)能保持(chi)很好的(de)線性，随(suí)着速度(du)增大，精(jing)度降低(di)。而恒功(gong)率型适(shì)合高速(sù)介🔅質，流(liú)速高達(da)400Nm/s以上還(hai)可測量(liang)，但兩種(zhǒng)類型的(de)熱式流(liú)量計對(dui)于導熱(rè)性極好(hao)的氫氣(qi)等介質(zhi)都不适(shi)用。
熱式(shi)氣體質(zhì)量流量(liang)計測量(liàng)的是質(zhì)量流量(liàng)，無需溫(wēn)壓💃🏻補償(cháng)，響應快(kuài)［3］，高性能(néng)型号實(shi)驗室測(ce)量誤差(chà)爲±0．1%ＲS±0．5%FS，在要(yào)求高精(jing)度時多(duo)采用網(wǎng)格法來(lai)确認安(an)裝的最(zuì)佳📱插入(rù)深度，同(tóng)時可在(zài)管道同(tong)一截面(miàn)不同位(wei)置安裝(zhuang)多支傳(chuan)感器取(qu)平均值(zhí)作爲最(zui)終流體(tǐ)流量，現(xiàn)在FCI某📞系(xi)列的流(liú)量計上(shang)帶有2～3對(duì)傳感器(qì)。
1．3平衡流(liú)量計
　　A+K平(píng)衡流量(liang)計最早(zao)是NASA針對(duì)航天飛(fēi)機的主(zhu)發動機(jī)液氧測(ce)量而🐉發(fa)明的一(yi)種流量(liang)計。它相(xiang)當于一(yi)個帶整(zheng)流器的(de)多孔孔(kong)闆，每個(ge)孔的尺(chi)寸和分(fen)布基于(yu)獨特🌍的(de)公式㊙️和(he)測試數(shù)據定制(zhì)，數量一(yī)般爲4～26個(gè)，開孔數(shu)量🔅、分布(bu)及大小(xiao)等參數(shu)都在美(mei)國計算(suan)，國内按(àn)照計算(suan)⭕結果加(jia)工制作(zuò)。當流體(ti)從多個(ge)孔中流(liú)過時，渦(wō)流明顯(xiǎn)減少，形(xing)成的是(shi)平衡穩(wen)定的㊙️流(liú)場，通過(guo)取壓裝(zhuang)置可獲(huò)得穩定(dìng)的壓差(chà)信号，根(gen)據伯努(nu)🤩利方程(cheng)計算出(chū)體積流(liu)量，溫壓(ya)補償後(hou)得到最(zui)終流量(liang)🔴。常規量(liang)程比爲(wèi)10∶1～7∶1，最大可(kě)以做到(dao)30∶1，無銳角(jiǎo)，可雙向(xiàng)測量，永(yong)久壓力(lì)損👅失爲(wei)标準孔(kǒng)闆的1/3～1/2，由(yóu)于降低(di)了渦流(liú)、振動和(hé)信号噪(zao)聲，流場(chǎng)穩定㊙️，測(cè)量精度(du)比标⭐準(zhǔn)孔闆流(liú)量計高(gao)5～10倍，穩👣定(ding)性更好(hǎo)［4］。缺點是(shì)爲非标(biāo)産品⁉️。爲(wèi)保證現(xiàn)場測量(liang)精🙇🏻度和(he)便于計(jì)量院檢(jiǎn)定，一般(bān)采用管(guan)道式平(ping)衡流量(liang)🈲計，質量(liang)大，安裝(zhuāng)運輸不(bú)方便。
2流(liú)量計檢(jian)定
2．1标準(zhun)孔闆流(liú)量計
　　标(biāo)準孔闆(pǎn)流量計(ji)的檢定(ding)在第1．1節(jiē)已提及(jí)，此處不(bu)再🌈贅述(shu)。
2．2熱式氣(qì)體質量(liàng)流量計(jì)
　　熱式氣(qi)體質量(liang)流量計(ji)出廠時(shi)要進行(háng)實溫實(shi)壓實流(liu)标🛀🏻定，可(kě)溯♌源到(dào)NIST。目前隻(zhī)有美國(guo)本土有(yǒu)實流标(biāo)定🔱實驗(yàn)室。在國(guó)内省級(ji)計量院(yuan)一般進(jìn)行N2、O2、CO及NO等(deng)接近理(li)想氣體(ti)雙原子(zi)氣體檢(jian)定時，不(bú)進行實(shí)流檢定(dìng)，而是🏃🏻直(zhi)接用空(kong)氣作爲(wei)介質，根(gen)據下式(shì)進行計(jì)算:
H=ΔTCpM=ΔTCpρVt(2)
式中(zhōng)
t———時間;
V———流(liu)速;
ρ———密度(dù)。
　　根據式(shì)(2)可知測(ce)量出某(mǒu)一時間(jiān)段t内管(guǎn)道的空(kōng)氣平均(jun1)流速🧡V，得(de)到空氣(qì)的質量(liàng)流量，再(zai)通過空(kong)氣和氧(yang)氣定壓(ya)比熱❤️容(rong)關系換(huan)‼️算爲氧(yang)氣的質(zhì)量流量(liang)。轉換過(guò)㊙️程中一(yi)般有±1%ＲS±1%FS的(de)誤差。
2．3平(ping)衡流量(liang)計
　　平衡(héng)流量計(ji)不是标(biāo)準件，使(shǐ)用前需(xu)要送至(zhì)計量院(yuan)對測量(liàng)精㊙️度和(he)重複性(xing)進行檢(jian)定，流通(tōng)介質爲(wei)水，送檢(jiǎn)前設備(bei)廠家會(huì)以氧氣(qi)和水的(de)雷諾數(shu)爲橋梁(liáng)出✊一份(fèn)介質爲(wei)水的計(jì)算書，給(gěi)計量院(yuàn)作爲參(can)考。爲避(bi)🥰免安裝(zhuang)過程對(dui)測量精(jing)度造成(chéng)過大幹(gan)擾，選用(yong)管道式(shi)平衡流(liú)量計，通(tong)徑1200mm，在東(dong)南地區(qū)能實流(liu)檢定1000mm以(yǐ)上孔闆(pan)的計量(liang)院僅有(you)開封市(shì)的國家(jia)水大流(liú)量計量(liàng)站和常(chang)州市計(jì)量測試(shi)技術研(yan)究所，而(er)且檢定(ding)周期長(zhang)。
　　檢定過(guo)程遵照(zhào)JJG640-2016［5］采用标(biāo)定流出(chū)系數的(de)方法，流(liu)出系數(shu)公式爲(wèi)🙇‍♀️:

式中
Cij———第(di)i檢定點(diǎn)第j次檢(jiǎn)測的流(liu)出系數(shu)值;
D———管道(dào)内徑，mm;m———節(jie)流面積(jī)比;
(qs)ij———第i檢(jian)定點第(dì)j次檢測(ce)标準流(liu)量值，m3/h;
Δpij———第(dì)i檢定點(diǎn)第j次檢(jian)測标準(zhun)壓差值(zhí)，kPa;
ρ1———水的密(mi)度，kg/m3。
　　根據(jù)式(3)可知(zhi)，隻要測(cè)出第i檢(jian)定點第(dì)j次标準(zhun)流量值(zhí)和第i檢(jian)定點第(di)j次壓差(chà)值就可(ke)得到流(liu)出系數(shu)，标準流(liu)量值可(kě)通過㊙️标(biao)準電磁(ci)🌈流量計(ji)讀出，壓(yā)差值可(kě)通過平(píng)衡流量(liang)計🍓上安(an)裝的标(biao)準差壓(ya)變送器(qì)讀出。檢(jiǎn)定過程(cheng)中選取(qu)Qmax、3/4Qmax、1/2Qmax、1/4Qmax、Qmin共計5個(gè)點，每個(ge)點測量(liang)4次♋。标準(zhǔn)流量值(zhí)和壓差(cha)值由計(ji)算機系(xì)統自動(dong)采集，得(de)到平衡(héng)流量計(jì)的Cij。
各檢(jian)測點流(liu)出系數(shù)Ci爲:

3對比(bǐ)結論
　　從(cóng)功能特(tè)點對比(bǐ)3種類型(xing)的流量(liang)計可以(yi)發現，标(biāo)準孔闆(pan)流量⭐計(jì)爲标準(zhǔn)件，精度(du)不高、重(zhong)複性差(chà)、價格低(dī)，量程比(bi)3∶1，不能滿(man)足目的(de)要求。熱(rè)式氣體(ti)質量流(liú)量計量(liàng)程比可(ke)達100∶1，直接(jie)測量㊙️氣(qì)體質量(liang)流量，無(wu)需溫壓(ya)補償，但(dan)是對測(ce)量氣體(tǐ)組分要(yao)求較高(gāo)，氣體内(nèi)不能含(han)⭐水，且組(zu)分不能(neng)有變化(hua)，否則會(huì)嚴重影(yǐng)響測量(liàng)精度🐉。同(tong)時直管(guǎn)段要求(qiú)較高，一(yi)般爲前(qián)20D後5D，對于(yú)前方有(yǒu)兩個不(bú)同向的(de)彎頭💔時(shi)，要求前(qian)50D後5D。A+K平衡(héng)流量計(jì)基于壓(yā)差測量(liàng)流量原(yuan)理，可靠(kao)性高，量(liàng)程比在(zài)10∶1左右，重(zhòng)複性❓和(hé)長期穩(wen)定性好(hao)，所需前(qián)後直管(guǎn)段短(前(qian)2D後2D)，永久(jiǔ)壓損較(jiào)低，節約(yue)能源。但(dàn)需要溫(wēn)壓補償(cháng)，計量精(jīng)度爲整(zhěng)個系統(tǒng)的精度(du)，價格也(ye)随管🧑🏾‍🤝‍🧑🏼徑(jing)的增大(da)而增大(da)，大管徑(jìng)流量計(jì)價格更(geng)是成倍(bèi)增加。
　　從(cóng)檢定角(jiao)度對比(bi)，标準孔(kǒng)闆流量(liàng)計一般(ban)進行幾(jǐ)何檢定(dìng)，可☁️信度(du)♉低。熱式(shi)氣體質(zhi)量流量(liàng)計省級(jí)計量院(yuan)可用标(biāo)流速的(de)方法進(jin)行檢定(ding)，拆下檢(jiǎn)修或标(biāo)定期間(jian)可不停(tíng)氣，不影(ying)響生産(chǎn)，但是計(jì)量院檢(jian)定誤差(chà)較大。A+K平(ping)衡流量(liàng)計需通(tong)水進行(háng)檢定，檢(jian)定結論(lùn)可信度(du)高，但大(da)管徑流(liu)量計檢(jian)定比較(jiao)困難，東(dong)南地區(qū)僅兩家(jiā)計量院(yuan)可檢🐪定(dìng)。綜上所(suǒ)述，除檢(jiǎn)定困難(nán)以外⛷️，A+K平(píng)衡流量(liàng)計更能(néng)滿足企(qǐ)業對計(jì)量準确(que)性和長(zhǎng)期穩定(ding)性的需(xū)求，加上(shang)檢定周(zhōu)期爲兩(liǎng)年甚至(zhì)更長，不(bú)需要頻(pín)繁檢定(dìng)⚽。
4結束語(yu)
　　兩套同(tong)批次同(tong)類型的(de)平衡流(liu)量計分(fen)别安裝(zhuāng)在供氣(qi)方🈲和用(yong)氣📱方廠(chǎng)區交界(jiè)處，計量(liang)院檢定(dìng)結果顯(xiǎn)示，其中(zhōng)🧡一套平(píng)衡流量(liàng)計精确(què)度爲±0．6031%，另(lìng)一套精(jīng)度爲±0．5538%，重(zhong)複性均(jun)優于0．01%。實(shi)際運行(háng)👄過程中(zhong)，兩套流(liu)量計最(zuì)大示值(zhí)偏差遠(yuǎn)低于1%，優(you)于合同(tóng)中商定(dìng)的允許(xu)最大3%的(de)偏🏃差。

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