摘要:文(wen)章通(tong)過對(dui)比主(zhu)流氫氣流(liu)量計 的測量原(yuan)理,分析流(liu)量計在測(ce)量介質爲(wei)氫氣時産(chan)生的誤差(cha)原(yuan)因,有針(zhen)對性的提(ti)出合(he)理的(de)解決(jue)方案(an),提高氫氣(qi)計量(liang)精度(du)。
0引言
　　氫氣(qi)具有能(neng)量(liang)密度高.熱(re)轉化效率(lü)高、無污染,故氫能的(de)發展前景(jing)十分光明,受到(dao)了各(ge)行各(ge)業的(de)廣泛(fan)關(guan)注(zhu)和應(ying)用,例(li)如(ru)用于高(gao)能燃料、石化工業原(yuan)料(liao)、冶(ye)金工(gong)業還原(yuan)劑及金屬高溫加工中(zhong)的保(bao)護氣等。氫(qing)氣既(ji)是石油煉(lian)制和石(shi)油(you)化工(gong)的副(fu)産(chan)品,又是(shi)石油煉(lian)制(zhi)和石(shi)油化(hua)工加氫工(gong)藝過程的重要原料(liao)資(zi)源(yuan)。當前(qian)重質原油、高含(han)硫原(yuan)油(you)對(dui)石油(you)煉化公司(si)的渣油加(jia)氫及(ji)加氫(qing)裂化的裝置處(chu)理能(neng)力不斷提(ti)高,在油品市場(chang)對質(zhi)量的(de)不斷(duan)升級(ji)要(yao)求下，進(jin)一步(bu)推動高耗(hao)氫的加氫(qing)裝置(zhi)全面(mian)發(fa)展,使得(de)煉化公(gong)司(si)對氫(qing)氣的需(xu)求量和(he)品質(zhi)逐年(nian)提升(sheng),氫氣(qi)的生(sheng)産管(guan)理逐(zhu)漸成(cheng)爲影(ying)響煉油廠(chang)效益(yi)的主要因(yin)素之(zhi)-凹。
1流量計的選(xuan)擇及(ji)計量(liang)誤差(cha)分析(xi)
　　由于氫氣(qi)在元(yuan)素周(zhou)期表(biao)中分(fen)子量(liang)最小(xiao)，密度低(di),要(yao)準确(que)計量就非(fei)常不(bu)容易。要(yao)正确的選擇達到計量(liang)要求的流(liu)量計(ji),不僅(jin)要熟(shu)悉各(ge)種流量計(ji)的結(jie)構原理(li),還(hai)應根(gen)據實際(ji)使用情(qing)況考慮以下幾(ji)個方面(mian):流量計(ji)的性能、測量介(jie)質的(de)特性、現場安裝要求(qiu)環境(jing)因素(su)、流量計的(de)價格。才能選取(qu)合适的流量計(ji)進行(hang)氫氣(qi)計量(liang)。
1.1節流(liu)式(shi)流(liu)量計(ji)
　　節流(liu)式流量計(ji)是一種典(dian)型的(de) 差壓(ya)式流量計(ji) ,是目前(qian)工業生(sheng)産中(zhong)用來(lai)測量(liang)氣體、液(ye)體和蒸(zheng)氣流(liu)量的最常(chang)用的(de)一種流量(liang)儀表D。由(you)安(an)裝在(zai)管道(dao)中(zhong)的節流(liu)件和測量(liang)差壓(ya)并顯示(shi)流(liu)量的(de) 差壓(ya)變送器 組(zu)成。優(you)點在(zai)于:(1)結(jie)構簡單,安裝方(fang)便,工作可(ke)靠,成(cheng)本低,能(neng)滿足工(gong)程測量的需要。(2)使用曆史(shi)長,有(you)豐富的、可靠的(de)實驗(yan)數(shu)據,設計(ji)加工标(biao)準(zhun)化,不(bu)需要(yao)進行實際(ji)标定(ding),也能(neng)在已知的(de)不确(que)定的(de)範圍内進行流量測量凹。
　　以節(jie)流式流(liu)量計應(ying)用最(zui)廣泛的标(biao)準件(jian)一(yi)标準孔闆爲例,在設計(ji)計算(suan)時,需(xu)要提供測量(liang)介(jie)質氫(qing)氣的(de)工(gong)況(kuang)壓力(li).工況(kuang)溫度、最大(da)流量、最(zui)小流量(liang)、常用流量(liang)、介質(zhi)粘度(du)值、密(mi)度值等參數(shu),而實際(ji)工況(kuang)與設(she)計工(gong)況發生(sheng)變化,一(yi)-般做法是(shi)進行(hang)溫度(du)壓力補償(chang)進行(hang)校正。氣體節流(liu)式流量計(ji)補償公式(shi):

　　式中(zhong):V實爲(wei)實際工況(kuang)的介質(zhi)标況體(ti)積流量(Nm3/h);V設(she)爲設(she)計工況的(de)介質(zhi)标況(kuang)體積(ji)流量(liang)Nm/h);P矢爲設(she)計工況(kuang)的介質密(mi)度(kg/m3);ρ設(she)爲設計工(gong)況的(de)介質(zhi)密(mi)度(kg/m3);ρ實爲(wei)實際工況(kuang)的介質絕(jue)對(dui)壓(ya)力(MPa);ρ實(shi)爲設計工況的(de)介質(zhi)絕對(dui)壓力(li)(MPa);T實爲(wei)實際(ji)工況的介(jie)質溫(wen)度(K);T設(she)爲設計(ji)工(gong)況的(de)介質(zhi)溫度(K)。
　　由(1)式(shi)得,實(shi)際測(ce)量必須對測量流量(liang)值進(jin)行(hang)溫(wen)度壓(ya)力補償,否(fou)則直(zhi)接影響節(jie)流式(shi)流量(liang)計的(de)準确(que)性。
　　但即便經過(guo)溫度壓力(li)補償(chang)後的流量(liang)值,其(qi)應用(yong)也(ye)不理想(xiang)，主要表(biao)現(xian)在:(1)量(liang)程比(bi)小(xiao),測量準(zhun)确度不高(gao),一般(ban)爲3%。(2)節(jie)流件在設(she)計計算(suan)時(shi)介質(zhi)參數(shu)是固(gu)定值(zhi),在實際使(shi)用的(de)介質(zhi)參數(shu)卻因(yin)與設計值不同(tong),而形成(cheng)較大的(de)差異(yi),數據可信度不高。(3)在被測(ce)氣體(ti)組(zu)份發生(sheng)變化(hua)，實(shi)際(ji)密度(du)偏離(li)設計(ji)密度,而産(chan)生流量測(ce)量誤(wu)差。
上(shang)述因素都(dou)直接影響(xiang)到流量(liang)計的準(zhun)确性(xing),實際應用(yong)是達不到計量(liang)精度(du)要(yao)求的。
1.2速(su)度式流量(liang)計
　　速度式(shi)流量計是(shi)基于與流體流(liu)速有(you)關的各種(zhong)物理現(xian)象(xiang),儀表的輸(shu)出與流速(su)有确定的(de)關系，即可(ke)知流體的(de)體積流量。常用(yong)氣體(ti)計(ji)量的流(liu)量計(ji)有: 渦(wo)輪流(liu)量計(ji) 、旋進式 渦(wo)輪流(liu)量(liang)計(ji) 、 旋進(jin)式漩(xuan)渦(wo)流(liu)量計(ji) . 超聲波流量計(ji) 等。渦輪(lun)流量計(ji)因有機械(xie)轉動部件(jian),且渦(wo)輪轉(zhuan)速高,維修(xiu)量大(da)而應(ying)用逐漸減(jian)少。漩渦流(liu)量計也因(yin)爲(wei)介質組(zu)份.溫(wen)度和壓力補償等等因素(su)影響，應用(yong)效果(guo)也不理想(xiang),其測(ce)量精(jing)度也基本不能(neng)滿(man)足計量(liang)的要求。
　　旋(xuan)進式(shi)漩渦(wo)流(liu)量計和(he)旋進式渦輪流(liu)量計(ji)具有(you)信号(hao)強、低流速(su)特性好的(de)優勢,測量(liang)氫氣工況流量的同時還能測(ce)量工(gong)況(kuang)溫(wen)度和壓力(li),直接(jie)采集(ji)溫度和壓(ya)力信号,在(zai)流量(liang)計内(nei)進行溫度壓力(li)補償(chang)轉(zhuan)換爲标(biao)況流(liu)量。相關數(shu)據不(bu)僅(jin)可就地(di)指示(shi)還(hai)能(neng)通過(4~20)mA模拟(ni)信号(hao)和RS485通(tong)訊到DCS機櫃(gui)室進行顯(xian)示(shi)和積算(suan)。在量程(cheng)範(fan)圍的20%~80%可以(yi)正常(chang)工作(zuo),但在實際(ji)使用(yong)中還(hai)是(shi)有很多(duo)因素(su)制約(yue)着流(liu)量計(ji)的(de)準(zhun)确度(du)，如流量(liang)計(ji)是用(yong)壓縮(suo)空氣(qi)進行(hang)的檢定(ding),用(yong)于溫度壓力(li)補償測(ce)量的傳感(gan)器的(de)檢定(ding)則被忽視(shi)，使用中(zhong)的(de)雜質和含(han)水的影響(xiang)，低流量的(de)小信号切(qie)除等(deng)問題(ti)，高流量下(xia)的共振問題等(deng),都使(shi)無故障運(yun)行周期得(de)不(bu)到(dao)保障(zhang)，最終應用效果也不理想。
超聲(sheng)波流量計因氫(qing)氣密度小的原(yuan)因,測量精(jing)度不能滿足要求而(er)應用(yong)較少(shao)。
1.3質量(liang)流量計(ji)
　　質(zhi)量流(liu)量計有(you)直(zhi)接式(shi)和間接式二種(zhong),本文(wen)隻(zhi)讨(tao)論科裏奧(ao)利質量流(liu)量計。科裏(li)奧利(li)質量(liang)流(liu)量(liang)計是(shi)利用流動的介(jie)質與(yu)振蕩管之(zhi)間的相互作用(yong)而産(chan)生(sheng)的科氏(shi)力,使振蕩(dang)管出(chu)入口(kou)安裝的檢(jian)測線(xian)圈(quan)檢(jian)測産(chan)生的(de)相位差來(lai)直接測(ce)量(liang)質量(liang)流量(liang)的儀表。一(yi)般由振動(dong)管與(yu)轉換(huan)器組成,振(zhen)動管(測(ce)量(liang)管道(dao))是敏感器件,有(you)U形、S2形、環(huan)形(xing)、直管(guan)形及螺(luo)旋形等(deng)幾種形(xing)狀凹。
質(zhi)量流量(liang)計不僅(jin)可直接測(ce)量通過流(liu)量計(ji)的介(jie)質質量,還可測(ce)量介(jie)質(zhi)的密度(du)溫度,具有(you)測量精度(du)高,受(shou)介質(zhi)物性(xing)影(ying)響(xiang)小，無(wu)上下遊(you)直管段(duan)的優(you)點,輸(shu)出信(xin)号多(duo)樣,在能源(yuan)、石油(you)化(hua)工産業.化學等(deng)行業的(de)應用越來(lai)越廣,不論(lun)是(shi)氣體還(hai)是液體(ti)測(ce)量,尤其在(zai)裝(zhuang)車和貿(mao)易交接(jie)提供了非常好的(de)解決(jue)方案。
　　質量(liang)流量(liang)計在(zai)測(ce)量混合(he)氣的(de)氫(qing)氣質量(liang)時,非(fei)氫(qing)氣的介(jie)質所帶(dai)來的誤(wu)差不容(rong)忽視。在(zai)氫氣貿(mao)易(yi)交接(jie)中常以純氫的(de)标況(kuang)體積(ji)數據(ju)結算(suan),若由測量(liang)的質(zhi)量直接轉(zhuan)換爲(wei)純氫标況(kuang)體積,将(jiang)産生超(chao)出氣(qi)體(ti)貿易交(jiao)接的質量(liang)流量計精(jing)度的計量(liang)誤差,以(yi)氫(qing)氣1氮氣體(ti)積(ji)比爲例(li)，氫氣(qi)體積(ji)濃度(du)每降(jiang)低(di)0.1%,純氫的(de)質量比數(shu)據将(jiang)降低(di)1.3%,應根據在(zai)線分(fen)析數據及(ji)時修(xiu)正計量交(jiao)接修正系(xi)數,減(jian)少需(xu)方經濟損(sun)失。
2應用(yong)和建議
2.1節流(liu)式流量計(ji)在實(shi)際使(shi)用中應關注的(de)事項(xiang)
(1)定期(qi)排空節流式流量計(ji)的膜(mo)盒中積(ji)液。
(2)标定(ding)的差壓(ya)值(zhi)對應(ying)的流量(liang)量(liang)程與(yu)積算量(liang)程(cheng)設置(zhi)是否--緻。
(3)定(ding)期修(xiu)正因(yin)氫氣組份(fen)變化對(dui)工(gong)況密(mi)度的造成的影(ying)響。
2.2速度(du)式流量(liang)計
　　旋進式漩渦(wo)流量計(ji)和旋進(jin)式渦(wo)輪流量計(ji)在離(li)線标定的(de)同.時(shi),對溫(wen)度和(he)壓力變送器進(jin)行檢定校準，并(bing)将修正(zheng)值(zhi)輸入積算放(fang)大器中(zhong)。因氫氣質量小(xiao)，需合理設置零(ling)點切(qie)除(chu)值，避免無流(liu)量有(you)幹擾(rao)小流量(liang)和(he)切除(chu)值過(guo)大而(er)小流(liu)量缺(que)失(shi)計(ji)量的發生。增加現場(chang)維護,定期(qi)對機(ji)械運(yun)轉(zhuan)軸承加(jia)油,減小渦(wo)輪始(shi)動的(de)系統誤差(cha)。
2.3質量流量計
　　在(zai)實際應用中,必(bi)須及時(shi)零(ling)點标(biao)定操作,以消除(chu)環境(jing)溫度變化(hua)和安裝産生的(de)管線應力(li),消除(chu)零點(dian)漂移(yi)。另外(wai)還需要定(ding)期計(ji)量比(bi)對(dui)核查,計(ji)量數(shu)據偏小就(jiu)要考慮旁(pang)路閥(fa)内漏的影(ying)響，其必須(xu)研(yan)磨打壓(ya)測試(shi)閥門(men)的密(mi)封性直至更換(huan)。貿易(yi)交接(jie)的氫氣質(zhi)量(liang)流量計(ji),應根據在(zai)線或離線(xian)氣(qi)體分析(xi)儀測量(liang)的(de)體積(ji)百分(fen)比和組成(cheng),折算純氫(qing)質量(liang)比進(jin)行修正,再(zai)換算成标況體(ti)積進(jin)行貿易計(ji)量結(jie)算。
3結語
　　氫(qing)氣計(ji)量在實際(ji)使用中,應(ying)根據(ju)對計(ji)量(liang)精度的(de)要求(qiu),本着經濟(ji)合理的(de)原則,選(xuan)用流量計,對裝置内(nei)部物料供(gong)需的企業内部(bu)計量(liang),可(ke)采用一(yi)體化(hua)溫度(du)壓力(li)補償(chang)的(de)标準噴(pen)嘴流量(liang)計,現場(chang)分析氫氣組成(cheng),定期修正(zheng)密度系數(shu),降(jiang)低計量(liang)誤差(cha);對(dui)貿(mao)易交(jiao)接計量的氫氣(qi)流量計。

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