帶溫壓補償孔板流量計在氫氣計量中的應用 發布時間：2016-11-21
0 引言 天然氣制氫生產工藝是以天然氣為原料生產氫氣，與水蒸汽進行重整反應，得氫氣產品，然后通過管道輸送給客戶。氫氣相比其他氣體，價格偏貴，因此氫氣計量的準確性不僅關系著供需雙方進行公平的貿易結算，還關系到成本控制，因此整個計量系統受到各方的高度重視。帶溫壓補償孔板流量計在氫氣計量中的應用 1 系統方案 如圖 1 所示，整個計量系統由雙孔板、差壓變送器、壓力變送器、熱電阻、流量積算儀組成。孔板與差壓變送器組合采集差壓信號，壓力變送器采集壓力信號與熱電阻采集溫度信號組合用于溫壓補償，經計算后在流量積算儀中顯示。 兩塊孔板可根據實際生產需要串聯、并聯測量，但同一時刻只用一塊孔板的數值用于貿易結算。當在運行過程中發現兩塊孔板有較大的偏差時，操作人員會及時查看歷史趨勢，根據工藝判斷查找出有流量突的一臺，及時送第三方單位進行檢定。 這種采用雙孔板的計量方式，雖然在項目建設初期投入費用高一些，但是如果有偏差出現而未及時進行干預，會造成很大的經濟損失。 孔板原理如圖2 所示。根據伯努利方程，流體在管道中流動，當接近阻攔處時，有一部分流體的勢能轉換成動能，在孔板的前入口端面壓力增加; 當經過節流元件時，流體逐漸收縮，流速升高，壓力最小，所以在孔板上下游兩側產生壓力差，流量越大，壓差就越大，孔板即是通過測量壓差來體現流量大小。其基本公式如下: 1． 2 溫壓補償 由于氣體可以壓縮，隨著壓力、溫度的變化，體積也相應地發生變化，因此需將工況下的氣體流量換算成標況下的體積流量進行計量，即標準狀態下 1 個標準物理大氣壓( 0． 101 325 MPa) 、0 ℃( 273． 15 K) 時的流量，進行溫壓補償，公式如下: 1． 3 流量積算儀 流量積算儀采用浙大中控的 U6-200，IO 模塊能夠處理多種數據類型，4 ～20 mA、1 ～5 V、歐姆、開關量和脈沖量輸入以及模擬量、開關量輸出等，還能夠實現流量溫壓補償及流量的分段計量。根據合同條款規定，在程序內設置流量分段值，可自動生成日報表、月報表。操作人員只需要選擇要打印的報表日期，及日報或月報即可，不能人為進行修改任何數據。 2 雙孔板安裝和使用 儀表的安裝是儀表運行的重要部分，孔板對安裝的要求尤其高，它直接影響計量的誤差。雙孔板的安裝與單個孔板相比，要求更加嚴格。 2． 1 孔板安裝方向 孔板上下端面裝反，流量會比實際流量低，在安裝初期應檢查管道流向，在孔板上也有 箭頭標識，箭頭的方向要與介質流向一致。在取壓口附近標有“+”的一端應與流體上游管段連接，標有“－”的一端應與流體下游管段連接。 2． 2 中心線 孔板的中心、法蘭中心、管道中心應在同一軸線上。 2． 3 直管段長度 GB / T 2624． 2-2006 表 3( 無流動調整器情況下孔板與管徑之間所需的直管段) 中對不同情況下孔板直管段做了詳細分類，在本項目中，采用兩塊孔板 A 和B，由于兩塊孔板上游側存在的阻流件不同，所以直管段要求也不相同。 根據孔板計算書得出 β 值為 0． 375 72，A 孔板的上游側為一個全孔球閥和一個三通，需要 12D 的直管段; B 孔板的流體質量較差，在其上游側有一個截止閥和一個 90°彎頭，一個三通，共需要 28D 的直管段。由于現場安裝空間有限，不能滿足 28D 的直管段要求，為了能夠實現較好的流體質量，使測量滿足精度要求，因此在孔板前面采用整流器。整流器安裝如圖3 所示，采用 DANIEL 整流器后，直管段要求從 28D 變成 17D，解決了現場安裝空間不足的問題 。 3 計量系統模式選擇 雙孔板計量與單孔板計量的不同是選擇的檢測元件數量增加一倍，所以除了需要滿足精度要求外，成本及第三方鑒定也是需要著重考慮的問題。 計量系統的整個環節沒有人工參與，僅僅是利用變送器、熱電阻等相關設備實時檢測所涉及的各參數，通過預設在流量積算儀軟件的公式或在 PLC 中編程來計算流量。隨著技術的發展，差壓流量計的計量方法眾多，主要可分為以下兩種模式: 檢測元件+PLC+HMI，檢測元件+流量積算儀+工控機。 檢測元件可以分為多參量智能變送器與單參變送器。多參量變送器通過一個檢測器將溫度，壓力，差壓同時檢測，并在表頭進行顯示。一般應用于沒有分段計量的模式，結算的依據僅僅是流量的累積值，每月約定某一時間甲乙雙方共同讀取數值。優點是第三方鑒定簡單方便，變送器可以單獨校驗，也可以隨流量計一起校驗; 缺點是變送器本身沒有存儲數據的功能，數據則需要送到 HMI 中進行存儲，而且累積流量需要將通信協議由 Modbus485 轉換成 Modbus TCP/IP 后傳輸給HMI，硬件成本會相應增加，且數據容易丟失。因此，在本項目中沒有采用多參量變送器。 3． 1 檢測元件+PLC+工控機 檢測元件將現場壓力、差壓、溫度等信號送入流量計 PLC 的 AI 模塊，通過數據轉換后，在 PLC 內進行編程后計算出氫氣瞬時流量、累積流量，再通過 HMI 進行顯示。 這種計量方式是屬于目前普遍采用的模式，由于溫壓補償是由人工在 PLC 中編程實現，采用簡化版溫壓補償公式，有些參數并沒有在公式中體現，這些參數會對計量精度有一些影響。這種模式采用硬件較多，人工參與度較大，可靠性相對較差，信任度較低; 并且計量系統需要第三方進行鑒定。 3． 2 檢測元件+流量積算儀+工控機 檢測元件采集到壓力、差壓、溫度后，輸入到流量積算儀數據采集卡，由流量積算儀內部軟件進行溫壓補償后，計算得出氫氣的瞬時流量、累積流量等信號。流量積算儀的計算軟件是固化在其 CPU 中，內部程序無法人工更改，操作人員只需在其自帶的觸摸屏上設置相關參數，操作簡單方便。在流量計算時，會比在 PLC 人工開發程序精度高很多，整個系統的可靠性也提高很多。 采用流量積算儀的優點在于它除了能夠進行流量計算、溫壓補償以外，還能夠實現流量的分段計量，自動生成日報表、月報表，減少了在工控機上人工編程實現分段計量所產生的誤差。與傳統的計量模式相比較，流量計算及報表的生成都是在流量積算儀上實現的，也避免了在 PLC 上編程，工控機上顯示時兩設備時鐘不同步造成數據有差異的問題。隨著自動化技術快速發展，流量積算儀的功能也日益增強，除了能夠實現流量的相關數據處理外，還能夠實現簡單的控制功能，適用于需要計量且控制回路不多的現場。 4 雙孔板偏差計算 如圖4 所示為孔板運行曲線，12 h 內平均偏差為50．25Nm3，由此可以推算出一年的偏差約為440 190 Nm3。 由圖 4 可以看出如果兩塊孔板偏差高出實際生產需求值時，會造成很大的經濟損失，需要及時查找原因，解決問題 。 圖 4 流量曲線圖 5 帶溫壓補償孔板流量計的優缺點及應用 5． 1 帶溫壓補償孔板流量計的優點 1) 孔板結構簡單; 2) 孔板屬于標準節流裝置，得到國際組織的認 可，可以采用幾何測量法，不需要實流標定; 3) 孔板的壓損相對較小; 4) 可以與不同廠家的變送器配合使用; 5) 兩塊孔板的優點在于當發現流量偏差很大時，能夠及時發現問題 ，避免了經濟損失。 5． 2 帶溫壓補償孔板流量計的存在的問題 1) 孔板的精度在流量計中屬于中等水平，很多因素都能影響其精度，在流量小于其量程 30% 時，尤為突出; 2) 壓力損失大; 3) 測量范圍窄，量程比小; 4) 有較長的直管段長度要求，要求安裝有足夠的空間; 5) 孔板以內孔銳角線來保證精度，對于腐蝕、磨損、結垢、臟污敏感，長期使用精度難以保證，需每年拆下強檢一次; 6) 采用法蘭連接，易產生跑、冒、滴、漏問題，大大增加了維護工作量; 7) 帶溫壓補償孔板流量計在計量時需與客戶協商結算方法，以免引起異議; 8) 成本增加，維護量增加。 6 總結 由于計量站一般為無人值守站，日常維護帶來一定的難度，所以在設計計量方案時要充分考慮操作、維護的簡要性，操作簡單，維護方便，而且要非常可靠，所以雙孔板能夠實現這樣的目的。帶溫壓補償孔板流量計在實際應用中并不多見，主要其成本提高而不被廣泛采用。但在貿易結算中，最重要的一條原則就是保證計量精度，無論偏差是正值還是負值，對買賣雙方來說都是不公平的，所以兩塊孔板偏差較大時，應及時分析原因，解決問題，避免造成雙方的經濟損失。雖然一次性投入成本較高，但從長期、穩定的運行角度來考慮，會比單孔板更有效率 。 本文金屬轉子流量計，西安仕樂克渦街流量計廠為您提供，轉載請注明出處！！
