摘要(yào)：供需雙方(fāng)貿易交接(jiē)計量以富(fù)氫氣體中(zhong)的純氫量(liàng)爲準，由于(yú)測量的富(fu)氫氣體中(zhong)含有飽和(he)水蒸氣，随(sui)着溫度的(de)變化，其中(zhong)的水蒸氣(qi)與氫的體(tǐ)積分數均(jun1)會發生變(biàn)化，導緻氫(qing)的平均相(xiàng)對🏃‍♀️分子質(zhì)量不停變(biàn)化，爲測量(liàng)帶來困難(nán)。針對㊙️該問(wèn)題，對⛷️比分(fèn)析了 渦街(jiē)流量計 方(fāng)法、科氏力(lì)質量流量(liang)計方法、 孔(kong)闆流量計(jì) 方法三種(zhong)測量方案(àn)，最後選取(qu)孔闆流量(liàng)計結合熱(re)導式🈚氫分(fèn)✏️析儀測量(liàng)氫的體積(jī)分數，通過(guò)在流量演(yan)算器中進(jìn)🛀行密度補(bǔ)💜償、幹氣部(bu)分計算、純(chún)氫流量計(jì)算，實現了(le)準确💃🏻測量(liàng)、數據可信(xìn)。
　　某化工廠(chǎng)從附近的(de)氯堿廠輸(shu)入純度爲(wèi)98％的氫氣，用(yòng)于生産氫(qing)🏃體積分數(shu)φＨ2爲70％～90％的富氫(qing)氣體，再經(jīng)1根内徑爲(wei)📐468ｍｍ的管道返(fǎn)送回氯堿(jian)📞廠，混合氣(qì)中的水蒸(zheng)氣達到飽(bao)和狀态，通(tong)過熱導式(shi)氫分析儀(yí)測量混合(hé)氣中的氫(qing)體積分數(shù)，測量範圍(wei)爲50％～100％。該分析(xi)儀測量出(chū)的是幹氣(qi)體中的氫(qing)體積分數(shù)，而工藝要(yao)求測量的(de)是濕氣體(tǐ)幹部分流(liu)量，并⚽與氫(qīng)體積分數(shu)一起計算(suàn)純氫的體(tǐ)積流量，因(yīn)此文中所(suo)述是👣一個(gè)變組📞分氣(qi)體的濕氣(qi)體幹部分(fen)流量測量(liàng)⁉️問題。
1測量(liàng)方案的确(què)定
1．1渦街流(liú)量計方法(fa)
1）該方法信(xin)号處理較(jiào)爲簡單。渦(wo)街流量計(jì)是一種體(ti)😄積流量計(ji)，即🈲輸出信(xìn)号僅與流(liú)過旋渦發(fa)生體處的(de)👄流體平均(jun1)🐉流速成正(zhèng)比，而與物(wù)料的密度(du)、黏度等無(wú)關。如果能(neng)用渦😘街流(liú)量👣計測量(liang)某種氣體(tǐ)的體積流(liu)量，則信号(hào)經下面的(de)🏃‍♂️處理後，就(jiù)可得到純(chun)氫體積流(liu)量。
ａ）将濕氣(qi)體中的水(shui)汽量扣除(chu)。
B）将濕氣體(tǐ)的幹部分(fèn)流量換算(suan)爲标準狀(zhuang)态流量。
ｃ）将(jiāng)測量到的(de)幹氣體中(zhong)氫體積分(fèn)數值與濕(shī)氣體的幹(gàn)部分體積(jī)流量相乘(chéng)，即得到純(chun)氫的體積(jī)流量。
由于(yú)測量對象(xiang)具有管徑(jing)大、流速低(di)、靜壓低、流(liu)體密度小(xiao)的特點，用(yong)渦街流量(liàng)計測量是(shi)否可行，須(xū)經分析和(hé)具體🌍驗算(suan)才可确定(ding)。
2）已知條件(jiàn)。該測量對(duì)象與最低(di)可測流速(su)有關的參(cān)數包括：管(guan)🌈道内徑D20＝468ｍｍ，最(zuì)高壓力爲(wèi)70Kpa，常用壓力(li)爲40Kpa，最低壓(ya)力爲20Kpa，幹部(bu)分最大體(ti)👄積流量爲(wèi)1×104ｍ3/ｈ，幹部分常(chang)用體積流(liu)量爲7×103ｍ3/ｈ，最小(xiǎo)體積流量(liang)爲2．8×103ｍ3/ｈ，介質溫(wen)度爲21．0～63．5℃（常用(yòng)50℃），常用工況(kuàng)流體密度(dù)🌐ρ1＝0．4138KG/ｍ3。由于工況(kuàng)條件下的(de)流體密度(dù)小于0．5KG/ｍ3，使用(yong)渦街流量(liang)計測量将(jiāng)受到流體(tǐ)密度的限(xian)制，因此根(gen)據上述數(shù)據計算得(de)到常用工(gong)況條件下(xia)最小體積(ji)流量對應(yīng)♍的流速爲(wei)3．57ｍ/ｓ。
3）最低可測(cè)流速驗算(suan)［1－2］。提供了大(da)口徑渦街(jiē)流量計最(zui)低可測流(liu)速公式：

式(shi)中：ｖ———最低可(ke)測流速，ｍ/ｓ；ρ———流(liu)體密度，KG/ｍ3。
将(jiang)ρ＝0．4138KG/ｍ3代入式（1）得(de)到最低可(ke)測流速爲(wei)8．73ｍ/ｓ，顯然比最(zui)小體積流(liu)量對應📱的(de)最低流速(su)大得多。
4）縮(suō)小管徑的(de)可行性。縮(suō)徑前後的(de)管徑與縮(suō)徑流速的(de)關系可用(yòng)式（2）計算：

　　式(shì)中：D2———縮小後(hòu)的管徑，ｍｍ；D1———縮(suo)小前的管(guan)徑，ｍｍ；ｖ2———縮小後(hou)的流速，ｍ/ｓ；ｖ1———縮(suo)小前的流(liu)速，ｍ/ｓ。
　　将D1＝468ｍｍ，ｖ1＝3．57ｍ/ｓ，ｖ2＝8．73ｍ/ｓ代入(rù)式（2），得D2＝299．3ｍｍ，即要(yào)選DＮ300渦街流(liú)量計才能(néng)将最小可(ke)測流量覆(fu)蓋，如💃果混(hun)合氣中的(de)氫體積分(fèn)數高于常(chang)用值或流(liu)體壓力低(di)于常用值(zhí)，流體密度(dù)減小時将(jiang)導☎️緻最小(xiao)流量無法(fa)測量；而且(qie)管✌️道流通(tong)截面積縮(suō)徑後隻有(you)縮徑前的(de)41％，縮徑導緻(zhì)流速增高(gao)，最大流量(liang)時的流速(sù)高達31ｍ/ｓ，遠高(gao)于規程規(gui)定的安全(quán)流速［3］。因此(cǐ)，渦🥰街流量(liàng)計不适❓用(yong)富氫氣體(ti)積流量的(de)測量。
1．2科氏(shi)力質量流(liu)量計方法(fǎ)
　　用科氏力(lì)質量流量(liang)計直接測(cè)量變組分(fèn)氣體的質(zhì)量流量，是(shi)個既省力(li)又準确的(de)方案，但要(yào)求被測氣(qì)體靜壓在(zai)100Kpa以上，以便(bian)測量管内(nei)氣體達到(dào)必要的流(liú)速。但在該(gai)案例中，靜(jing)壓最低時(shi)🈚僅20Kpa，而且流(liu)速較高，也(yě)不符合安(an)全流速的(de)規定。
1．3孔闆(pǎn)流量計方(fang)法
　　隻要雷(lei)諾數大于(yú)5×103，采用該方(fang)法就能保(bao)證測量的(de)精确度，不(bu)受下限流(liú)速的約束(shu)。但對于組(zu)分變化的(de)氣體，在溫(wēn)度、壓力不(bú)變的情況(kuang)下，其密度(dù)會随組分(fen)的變化而(ér)變化，從而(er)産生誤差(cha)，爲此必須(xu)針對組分(fèn)變化對測(cè)量的影響(xiang)進行補償(cháng)。
2孔闆流量(liàng)計方法的(de)實施

1. 孔闆(pan)流量計基(jī)本公式：

孔(kong)闆流量計(jì)的基本公(gōng)式如式（3）所(suo)示［4－6］：

　　式中：ｑm———質(zhì)量流量，kg/s；Ｃ———流(liú)出系數；β———直(zhí)徑比，β＝D/D；ε1———節流(liu)件正端取(qu)壓口平面(mian)上的可膨(péng)脹性系數(shù)；D———工作條件(jian)下節流件(jiàn)的開孔🌍直(zhí)徑，ｍ；D———管道内(nèi)徑，ｍ；ΔP———差壓，Pａ；ρ1———節(jie)流件正端(duān)取壓口平(ping)面上的流(liú)體密度，KG/ｍ3。
當(dāng)流量用體(ti)積流量表(biao)示時，式（3）轉(zhuǎn)換爲式（4）：

式(shi)中：ｑＶ———體積流(liú)量，ｍ3/ｓ。
2．2混合氣(qì)密度計算(suàn)公式
1）标準(zhun)狀态下濕(shī)氣體幹部(bu)分的密度(dù)ρgn用式（5）計算(suan)［7－8］：

　　式中：φｉ———幹部(bu)分各組分(fen)的體積分(fen)數，％；ρGｎｉ———幹部分(fen)各組分的(de)密度，KG/ｍ3．
　　由于(yu)氫體積分(fèn)數較大，該(gai)案例中隻(zhi)測量濕氣(qi)體幹👨‍❤️‍👨部分(fen)🏃‍♂️中的氫體(tǐ)積分數，即(ji)認爲除氫(qīng)之外的幾(jǐ)種其👨‍❤️‍👨他氣(qi)體的體積(ji)☁️分數恒定(dìng)不變，則式(shì)（5）簡化成式(shì)（6）：

　　式中：φＨ2———氫體(ti)積分數，％；ρＨ2———标(biao)準狀态下(xia)的氫氣密(mì)度，KG/ｍ3；ρＮｎ———标準狀(zhuang)✨态下✉️氫之(zhī)👅外🔴其他氣(qi)體的平均(jun)密度，KG/ｍ3。
2）工作(zuo)狀态下濕(shi)氣體幹部(bù)分密度ρG的(de)計算如式(shì)（7）所示［7－8］：

　　式中(zhong)：P1———工作狀态(tài)下差壓裝(zhuāng)置正端取(qu)壓口絕對(dui)壓力，Pａ；1———濕氣(qi)體🔴相對濕(shi)度，取1＝100％；Pｓ1ｍａｘ———工作(zuò)狀态下飽(bao)和水蒸氣(qi)的分‼️壓，Pａ；Pｎ———标(biao)準狀态下(xia)氣體絕對(duì)☔壓力，Pａ；Tｎ，Tｆ———标準(zhǔn)狀态和工(gōng)作狀态下(xià)氣體的熱(rè)🈲力學溫度(dù)，K；Zｎ，Zｆ———标準💯狀态(tài)和工作狀(zhuang)态下🛀🏻氣體(tǐ)的壓縮系(xì)數，取☁️Zｎ＝Zｆ＝1。其中(zhōng)Pｓ1ｍａｘ由表1查得(de).。

3）工作狀态(tài)下濕氣體(ti)密度ρ1的計(ji)算如式（8）所(suo)示：

　　式中：ｑＶ1———工(gōng)作狀态下(xia)混合氣幹(gàn)部分體積(jī)流量，ｍ3/ｈ；ｑＶｎ———标準(zhǔn)狀态下混(hùn)合氣幹部(bu)分體積流(liú)量，通常由(yóu)測量任務(wu)書給出，包(bāo)括🈲刻度🎯最(zui)大流量ｑＶｎｍａｘ，常(chang)用流量ｑＶｎｃｏｍ和(he)最小流量(liang)ｑＶｎｍｉｎ，ｍ3/ｈ。
2．4差壓裝置(zhì)的計算
　　求(qiú)得ｑＶ1和ρ1後，可(kě)按GB/T2624—2006設計計(ji)算差壓裝(zhuang)置。
3溫度壓(yā)力及ε1的補(bu)償
3．1溫度壓(yā)力補償氫(qing)體積分數(shu)的補償公(gong)式
　　氣體溫(wēn)度、壓力偏(pian)離設計值(zhí)時，氫體積(ji)分數也會(hui)偏離設計(jì)值，此時濕(shi)氣體幹部(bu)分流量可(ke)用式（11）進行(hang)補🏃‍♀️償［10］：

式中(zhong)：帶“′”的物理(lǐ)量爲實際(ji)使用工況(kuàng)條件下的(de)參數，不帶(dai)“′”的物♋理量(liàng)爲設計工(gong)況所對應(ying)的參數，在(zai)差壓裝置(zhi)計算書中(zhōng)🔴可以獲得(dé)。
式（9）中，由于(yú)工況變化(huà)，ρ1已經從式(shi)（8）所表示的(de)值變成式(shi)🍉（12）所表示的(de)值：

3．2流量示(shi)值的可膨(péng)脹性系數(shu)補償
　　爲了(le)提高濕氣(qì)體幹部分(fen)流量測量(liàng)的精确度(du)，必須進💞行(hang)⭐氣體可✍️膨(péng)脹性系數(shù)（ｅｘPａｎｓｉBｉｌｉTｙ）的補償，并(bing)按GB/T2624—2006中的公(gōng)式Ｃ＝ｆ（β，RｅD）進行雷(lei)諾數💚補償(cháng)，具體操作(zuo)方法詳見(jiàn)參考文獻(xian)［10－11］。
3．3補償公式(shi)的實現
　　式(shi)（15）中有一半(ban)的物理量(liang)是已知的(de)，隻需按儀(yi)表說明書(shū)的要求填(tián)入菜單，其(qí)餘的則是(shì)測量值或(huo)計算值，具(jù)體見表2所(suǒ)列。


3．4結構上(shang)的處理
　　由(you)于混合氣(qì)中的水蒸(zheng)氣體積分(fen)數總是達(da)到飽和程(chéng)度，爲✂️防止(zhi)冷凝水在(zài)孔闆前、 三(san)閥組 内、 差(cha)壓變送器(qi) 高低壓室(shì)内的聚積(ji)對測量的(de)精确度産(chan)生影響，該(gai)項目儀💋表(biao)采用偏心(xīn)孔闆，并将(jiāng)差壓變送(sòng)器布置在(zai)水平管道(dào)❓上方，而且(qiě)👅棄用針形(xing)閥三閥組(zu)，改用不鏽(xiu)鋼球閥，從(cong)而杜😍絕了(le)積水。
　　爲便(biàn)于清理差(cha)壓信号導(dao)壓管内可(ke)能生成的(de)污物，差壓(yā)🌏裝置采用(yòng)徑距取壓(yā)方法。
4純氫(qīng)流量的計(jì)算
　　孔闆流(liu)量計經密(mi)度補償測(cè)得的濕氣(qì)體幹部分(fen)體積流量(liang)，換算爲标(biao)準狀态下(xia)的體積流(liu)量後，乘上(shang)幹氣體中(zhong)的氫體積(jī)分💯數，就得(de)到純氫的(de)體積流量(liàng)。
5結束語
1）文(wen)中計算是(shi)變組分氣(qì)體流量測(ce)量問題，組(zǔ)分的變化(huà)🚶‍♀️源自混合(he)氣中氫體(ti)積分數的(de)變化和氣(qi)體溫度變(biàn)化引起🙇🏻的(de)水汽體積(jī)分數的變(bian)化。介質溫(wen)度冬季最(zui)低達😍21℃，夏季(jì)最高達63．5℃，水(shui)汽體積分(fen)數相差9倍(bèi)之多，因此(cǐ)混合氣密(mì)度變化很(hěn)大。
2）該案例(lì)中采用熱(rè)導式氫分(fen)析儀測量(liang)氣體幹部(bù)分的氫體(ti)積分數，并(bìng)根據氣體(ti)中飽和水(shuǐ)蒸氣壓力(lì)與🌈飽和⛷️水(shuǐ)蒸氣密度(du)表💋，扣除水(shui)汽體積分(fen)數，計算得(dé)到純氫體(ti)積流量。
3）該(gāi)案例中采(cǎi)用流量演(yǎn)算器實現(xiàn)各項計算(suan)，由于使用(yòng)📧的是彙☂️編(biān)語言，所以(yǐ)杜絕了病(bing)毒的侵擾(rao)，運行安全(quán)可🈚靠。
4）該案(àn)例中的系(xì)統在東北(bei)某化工企(qi)業投運6ａ以(yi)來，運行可(ke)靠，未發生(sheng)過故障。測(ce)量結果與(yǔ)産品産量(liang)一起計算(suàn)得到的氫(qīng)單耗不受(shòu)季節影響(xiang)，因此作爲(wei)貿易交接(jiē)手❄️段得到(dào)了雙方認(rèn)可，從而解(jie)決了經營(yíng)管理中的(de)難題。

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