摘要(yao): 孔闆流量(liàng)計 是流量(liàng)檢測領域(yù)較爲傳統(tong)的方法，技(jì)術成熟，應(ying)用行🈲業🐆廣(guǎng)泛，有較高(gao)的可信度(du)，由于目前(qián)制造精度(dù)的🏃🏻提高😍，所(suǒ)以無論在(zài)計☀️量精度(dù)、可靠性、維(wéi)修護用等(děng)方面都比(bi)其他計量(liang)器具有其(qí)自身的優(you)勢。針對氫(qing)氣體的生(shēng)産工藝，氫(qīng)氣🌍計量的(de)特點，介紹(shào)雙孔闆流(liú)量計 在氫(qing)氣計量系(xi)統中的實(shí)際應用情(qíng)況，闡述了(le)氫氣計量(liàng)㊙️系統中相(xiàng)關儀表選(xuǎn)型原則，過(guo)孔闆的安(an)裝及日常(chang)維護方面(mian)，運用圖表(biǎo)計算分析(xī)雙孔闆在(zai)計量氫氣(qì)時的經濟(jì)優勢和雙(shuāng)孔闆在運(yùn)行中及項(xiàng)目前期投(tou)入上的劣(lie)勢;同時也(yě)對計😘量相(xiang)關模式進(jìn)行淺析，不(bú)同計量組(zu)合會對計(jì)量精度、穩(wěn)定性及成(chéng)本帶來很(hen)大的影🙇🏻響(xiǎng)🏃‍♀️。
0引言
天然(rán)氣制氫生(sheng)産工藝是(shi)以天然氣(qì)爲原料生(sheng)産氫氣，與(yu)🈲水蒸汽進(jin)行重整反(fan)應，得氫氣(qi)産品，然後(hòu)通過管道(dào)輸送給客(kè)戶。氫氣相(xiang)比其他氣(qi)體，價格偏(piān)貴，因此氫(qing)氣計量的(de)準确性不(bu)僅關系着(zhe)供需雙方(fang)進行公平(píng)的貿易結(jie)算，還關系(xì)到成本控(kòng)制，因此整(zhěng)個計量系(xi)統受到各(ge)方的高度(du)重視。
1系統(tong)方案
如圖(tu)1所示，整個(gè)計量系統(tǒng)由雙孔闆(pǎn)、 差壓變送(sòng)器 、 壓力變(biàn)送器 、 熱電(dian)阻 、 流量積(ji)算儀 組成(cheng)。孔闆與差(chà)壓變送器(qi)組合采集(ji)差壓信号(hào)，壓力變送(sòng)器采集壓(ya)力信号與(yǔ)熱電阻采(cǎi)集溫度信(xin)号組合用(yòng)于溫壓補(bu)償，經計算(suan)後在流量(liàng)積算儀中(zhōng)顯示。
兩塊(kuài)孔闆可根(gen)據實際生(sheng)産需要串(chuàn)聯、并聯測(ce)量，但同🈚一(yī)時🌐刻隻用(yong)一塊孔闆(pan)的數值用(yong)于貿易結(jie)算。當在運(yun)行過程中(zhong)發現兩塊(kuai)孔闆有較(jiào)大的偏差(cha)時，操作人(ren)員會及時(shí)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻查看曆💃史(shǐ)趨勢📐，根據(jù)工藝判斷(duan)查找出有(you)流量突變(bian)的一台，及(jí)時送第三(san)方單㊙️位進(jin)行檢👌定。
這(zhe)種采用雙(shuang)孔闆的計(ji)量方式，雖(sui)然在項目(mu)建設初期(qi)投入費✍️用(yong)高一些，但(dàn)是如果有(yǒu)偏差出現(xiàn)而未及時(shí)進📱行幹預(yù)，會造成很(hěn)大的經濟(jì)損失。

1.1流量(liang)計選型
流(liú)量計采用(yong)EMEＲSON公司的DANIEL品(pin)牌孔闆，孔(kong)闆原理如(rú)圖2所示♻️。根(gen)據伯努利(li)🏃🏻方程，流體(tǐ)在管道中(zhōng)流動，當接(jie)近阻攔處(chu)時，有一部(bù)分流體的(de)勢能轉換(huan)成動能，在(zai)孔闆的前(qián)入口端面(mian)壓力增加(jiā);當經過節(jiē)流元件時(shi)，流體逐漸(jian)收縮，流速(su)升高，壓力(lì)最小，所以(yǐ)在孔闆上(shàng)下遊兩側(cè)産生壓力(lì)差，流量越(yue)大，壓差就(jiu)越大⭐，孔闆(pǎn)即是通過(guo)測量壓差(cha)來體現流(liu)量大小。其(qi)基本公式(shi)如下:

式中(zhōng):Q工爲工況(kuàng)下體積流(liú)量(m3/s);C爲流出(chu)系數;爲孔(kǒng)闆直徑與(yǔ)管道内徑(jing)之比;ε爲膨(péng)脹系數，默(mo)認爲1;△P爲孔(kong)闆前後壓(yā)差(kPa);ρ1爲介質(zhì)密度💛(kg/m3)

1.2溫壓(ya)補償
由于(yu)氣體可以(yi)壓縮，随着(zhe)壓力、溫度(du)的變化，體(ti)積也相😄應(ying)地發生👉變(biàn)化，因此需(xū)将工況下(xià)的氣體流(liu)量換算成(cheng)标況下的(de)體積🔴流量(liang)進行計量(liàng)，即标準狀(zhuàng)态下👅1個标(biāo)準物理大(dà)氣壓(0.101325MPa)、0℃(273.15K)時的(de)流量，進行(hang)溫👌壓補償(cháng)，公式😄如下(xia):

式中:Q實爲(wèi)實際測量(liang)流量;Q設爲(wèi)設計流量(liàng);P實爲實測(cè)壓力;P設爲(wei)設計壓力(lì);T實爲實測(cè)溫度;T設爲(wèi)設計溫度(du)。
1.3流量積算(suan)儀
流量積(ji)算儀采用(yong)浙大中控(kong)的U6-200，IO模塊能(néng)夠處理多(duo)種數🐆據✏️類(lèi)型，4～20mA、1～5V、歐姆、開(kai)關量和脈(mo)沖量輸入(rù)以及模拟(nǐ)量、開關量(liang)輸🌈出等，還(hai)能夠實現(xian)流量溫壓(yā)補償及流(liú)量的分段(duàn)計量。根據(jù)合同條款(kuǎn)規定，在程(chéng)序内設置(zhi)流量分段(duàn)值，可自動(dòng)生成日報(bao)表、月報表(biǎo)。操作人員(yuan)隻需要選(xuan)擇要打印(yin)的報表日(rì)期，及日報(bao)或月報即(jí)可，不能人(rén)爲進行修(xiu)改任何數(shù)據。
2雙孔闆(pǎn)安裝和使(shi)用
儀表的(de)安裝是儀(yi)表運行的(de)重要部分(fèn)，孔闆對安(an)裝的㊙️要求(qiú)尤🚶‍♀️其高，它(ta)直接影響(xiǎng)計量的誤(wù)差。雙孔闆(pǎn)的🌍安裝與(yu)單個孔🌏闆(pǎn)相比，要求(qiú)更加嚴格(ge)。
2.1孔闆安裝(zhuāng)方向
孔闆(pan)上下端面(mian)裝反，流量(liang)會比實際(jì)流量低，在(zai)安裝初期(qi)❗應檢查管(guǎn)道流向，在(zai)孔闆上也(yě)有箭頭标(biao)識，箭頭的(de)方向要與(yǔ)😘介質流向(xiàng)一緻。在取(qǔ)壓口附近(jin)标有“+”的一(yī)端💞應與流(liu)體上遊管(guan)段連接，标(biāo)有🔴“－”的一端(duan)應與‼️流體(tǐ)下遊👣管段(duàn)連接。
2.2中心(xīn)線
孔闆的(de)中心、法蘭(lan)中心、管道(dào)中心應在(zai)同一軸線(xiàn)上☁️。
2.3直管段(duàn)長度
GB/T2624.2-2006表3(無(wú)流動調整(zheng)器情況下(xia)孔闆與管(guan)徑之間所(suǒ)需的❗直管(guǎn)段)中對不(bu)同情況下(xia)孔闆直管(guan)段做了詳(xiáng)細分💃🏻類，采(cǎi)用兩塊孔(kong)闆A和B，由于(yu)兩塊孔闆(pǎn)上遊側存(cún)在的阻流(liú)件㊙️不同，所(suo)以直管段(duan)要求也不(bu)相同。
根據(jù)孔闆計算(suàn)書得出β值(zhí)爲0.37572，A孔闆的(de)上遊側爲(wei)一個全孔(kong)球閥👉和一(yi)個三通，需(xū)要12D的直管(guǎn)段;B孔闆的(de)流體質量(liàng)🌈較差，在其(qi)上遊🏃🏻側有(yǒu)一個截止(zhǐ)閥和一個(ge)90°彎頭，一個(ge)三通，共需(xu)💋要28D的直管(guan)段。
由于現(xian)場安裝空(kong)間有限，不(bú)能滿足28D的(de)直管段要(yao)求，爲🛀了能(néng)夠實現較(jiào)好的流體(ti)質量，使測(cè)量滿足精(jīng)度要求，因(yīn)此在孔闆(pan)前❄️面采用(yong)整流器。整(zheng)流器安裝(zhuang)如✂️圖3所示(shì)，采用DANIEL整流(liú)器後，直管(guan)段要求從(cóng)28D變成17D，解決(jué)了現場安(an)裝空間不(bú)足的問題(tí)。

3計量系統(tong)模式選擇(ze)
雙孔闆計(jì)量與單孔(kǒng)闆計量的(de)不同是選(xuan)擇的檢測(cè)元件數量(liàng)增加一倍(bei)，所以除了(le)需要滿足(zú)精度要求(qiu)‼️外，成🈲本及(jí)第三方鑒(jian)定也是需(xu)要着重考(kao)慮的問題(ti)。
計量系統(tǒng)的整個環(huán)節沒有人(rén)工參與，僅(jǐn)僅是利用(yong)變送器、熱(re)電💰阻等相(xiang)關設備實(shi)時檢測所(suo)涉及的各(gè)參數，通過(guò)預設在流(liú)量積算儀(yi)軟件的公(gong)式或在PLC中(zhong)編程來⁉️計(jì)算流量。随(suí)着技術的(de)發展，差壓(ya)流量計的(de)計量方法(fǎ)衆多，主要(yao)可分爲以(yi)下兩種模(mó)式:檢測元(yuán)件+PLC+HMI，檢測元(yuán)件👉+流量積(ji)算儀+工控(kòng)機。
檢測元(yuán)件可以分(fen)爲多參量(liang)智能變送(sòng)器與單參(can)變送器。多(duō)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼參量變送(song)器通過一(yi)個檢測器(qì)将溫度，壓(yā)力，差壓同(tóng)時檢測，并(bìng)在表頭💚進(jin)行顯示。一(yī)般應用于(yu)沒有分段(duan)計量的模(mo)式，結算的(de)依據僅僅(jǐn)是流量的(de)累🍓積值，每(mei)月🚶‍♀️約定某(mou)一時間甲(jia)乙🐪雙方共(gòng)同讀取數(shu)值。優點是(shì)第三方鑒(jiàn)定簡單方(fang)便，變送器(qì)🤩可以單獨(du)校驗，也可(kě)以随流量(liang)計一起校(xiào)驗;缺點是(shi)變送器本(běn)身沒有存(cún)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(yóu)🙇‍♀️Modbus485轉換成ModbusTCP/IP後(hou)傳輸給HMI，硬(yìng)件成本會(hui)相應增加(jiā)，且數據容(róng)易丢失🐉。
3.1檢(jiǎn)測元件+PLC+工(gong)控機
檢測(cè)元件将現(xian)場壓力、差(cha)壓、溫度等(děng)信号送入(rù)流量計‼️PLC的(de)AI模㊙️塊，通☔過(guò)數據轉換(huan)後，在PLC内進(jin)行編程後(hòu)計算出氫(qīng)氣瞬時流(liu)量、累積流(liú)量，再通過(guo)HMI進行顯示(shì)。
這種計量(liàng)方式是屬(shǔ)于目前普(pǔ)遍采用的(de)模式，由于(yú)溫🙇‍♀️壓☁️補償(chang)是由人工(gong)在PLC中編程(chéng)實現，采用(yòng)簡化版溫(wen)壓補償公(gōng)式，有👈些參(can)👌數并沒有(you)在公式中(zhong)體現，這些(xie)參數會📐對(dui)計量精度(dù)有一些影(ying)響。這種模(mó)式采用硬(ying)件較多，人(ren)工參與度(du)較大，可靠(kao)性相對較(jiào)差，信任度(dù)較低;并且(qiě)計量系統(tong)需要第三(sān)方進行鑒(jiàn)定。
3.2檢測元(yuan)件+流量積(ji)算儀+工控(kòng)機
檢測元(yuán)件采集到(dao)壓力、差壓(yā)、溫度後，輸(shū)入到流量(liang)積算儀數(shù)據采集卡(ka)，由流量積(jī)算儀内部(bu)軟件進行(hang)溫壓補償(cháng)後，計算得(dé)出氫氣的(de)瞬時流量(liang)、累積流量(liang)等信号。
流(liú)量積算儀(yí)的計算軟(ruan)件是固化(hua)在其CPU中，内(nei)部程序無(wu)🐅法人工更(gèng)✏️改，操作人(ren)員隻需在(zai)其自帶的(de)觸摸屏上(shàng)設置相關(guān)參🌈數，操作(zuo)簡單方便(bian)。在流量計(ji)算時，會比(bi)在PLC人工開(kai)發程序精(jing)❌度高很多(duo)，整個系統(tǒng)的可靠性(xing)也提高很(hěn)多。
采用流(liú)量積算儀(yi)的優點在(zai)于它除了(le)能夠進行(háng)流量計算(suàn)、溫壓👉補償(cháng)以外，還能(neng)夠實現流(liú)量的分段(duàn)計量，自動(dong)生⁉️成日報(bào)表、月報表(biǎo)，減少了在(zài)工控機上(shàng)人工編程(chéng)實現分段(duàn)計量所産(chan)生的誤差(cha)。與傳統的(de)計量模式(shi)相比較，流(liú)量計算及(ji)報表的生(shēng)成都是在(zai)流量積算(suan)儀上實現(xiàn)的，也避免(mian)了在PLC上編(bian)程，工控機(jī)上顯示時(shí)兩設備時(shí)鍾不同步(bu)造成數據(jù)有差異的(de)問❗題。
随着(zhe)自動化技(ji)術快速發(fa)展，流量積(jī)算儀的功(gōng)能也日益(yi)增強，除了(le)能夠實現(xian)流量的相(xiàng)關數據處(chù)理外⛹🏻‍♀️，還能(neng)夠實現簡(jian)單的控制(zhì)功能，适用(yòng)于需要計(jì)量且控制(zhì)回路不多(duō)的現場。
4雙(shuang)孔闆偏差(cha)計算
如圖(tu)4所示爲孔(kǒng)闆運行曲(qǔ)線，12h内平均(jun)偏差爲50.25Nm3，由(yóu)此可以推(tui)算出一🛀🏻年(nián)的偏差約(yue)爲440190Nm3。
由圖4可(kě)以看出如(ru)果兩塊孔(kong)闆偏差高(gao)出實際生(shēng)産需求值(zhi)🏃‍♀️時，會造成(cheng)很大的經(jīng)濟損失，需(xū)要及時查(cha)找原因，解(jie)決問題。

5雙(shuāng)孔闆流量(liang)計的優缺(quē)點及應用(yong)
5.1雙孔闆流(liu)量計的優(you)點
1)孔闆結(jié)構簡單;
2)孔(kong)闆屬于标(biao)準節流裝(zhuang)置，得到國(guo)際組織的(de)認可，可🌈以(yǐ)采用幾何(he)測量法，不(bu)需要實流(liú)标定;
3)孔闆(pǎn)的壓損相(xiang)對較小;
4)可(ke)以與不同(tóng)廠家的變(biàn)送器配合(hé)使用;
5)兩塊(kuai)孔闆的優(yōu)點在于當(dang)發現流量(liang)偏差很大(dà)時，能夠及(jí)時發現問(wen)題，避免了(le)經濟損失(shī)。
5.2雙孔闆流(liu)量計的存(cun)在的問題(tí)
1)孔闆的精(jīng)度在流量(liàng)計中屬于(yú)中等水平(ping)，很多因素(su)都💚能影響(xiang)其精度，在(zai)流量小于(yú)其量程30%時(shi)，尤爲突出(chū);
2)壓力損失(shī)大;
3)測量範(fan)圍窄，量程(cheng)比小;
4)有較(jiào)長的直管(guǎn)段長度要(yao)求，要求安(an)裝有足夠(gou)的空間;
5)孔(kǒng)闆以内孔(kǒng)銳角線來(lái)保證精度(du)，對于腐蝕(shi)、磨損、結垢(gòu)、髒污敏感(gan)🤞，長期使用(yong)精度難以(yi)保證，需每(mei)年拆下⛹🏻‍♀️強(qiáng)檢一次;
6)采(cǎi)用法蘭連(lian)接，易産生(sheng)跑、冒、滴、漏(lòu)問題，大大(da)增加了維(wei)護工作量(liàng)⁉️;
7)雙孔闆流(liu)量計在計(ji)量時需與(yu)客戶協商(shāng)結算方法(fǎ)，以免引起(qǐ)👅異議;
8)成本(ben)增加，維護(hu)量增加。
6總(zong)結
由于計(ji)量站一般(ban)爲無人值(zhí)守站，日常(chang)維護帶來(lái)一定的難(nán)度，所以在(zai)設計計量(liàng)方案時要(yao)充分考慮(lǜ)操作、維護(hù)的簡要🌈性(xing)，操作簡單(dān)，維護方便(bian)，而且要非(fēi)常可靠，所(suo)以雙孔闆(pan)能夠實現(xian)這樣的目(mu)的。
雙孔闆(pǎn)流量計在(zài)實際應用(yong)中并不多(duo)見，主要其(qi)成🔞本提高(gāo)而不🌈被廣(guǎng)泛采用。但(dàn)在貿易結(jie)算中，最重(zhòng)要的一☎️條(tiao)原則就是(shi)保證計量(liàng)精度，無論(lun)偏差是正(zhèng)值還是負(fù)🙇‍♀️值，對買賣(mài)雙方📱來說(shuo)都是不公(gong)平的，所以(yǐ)兩塊孔闆(pǎn)偏差較大(da)時，應及時(shi)分析原因(yin)，解決問題(tí)，避免造成(cheng)雙方的經(jīng)濟損失。雖(suī)然一次性(xìng)投入成本(běn)較🈲高，但從(cóng)長期🚶、穩定(dìng)的運行角(jiao)度來考慮(lǜ)，會比單孔(kong)闆更有效(xiao)率。

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