摘要:文章通過對(duì)比主流氫氣流量計(jì)的測(cè)量原理,分析流量計(jì)在測(cè)量介質(zhì)為氫氣時(shí)產(chǎn)生的誤差原因,有針對(duì)性的提出合理的解決方案,提高氫氣計(jì)量精度。
0引言
　　氫氣具有能量密度高.熱轉(zhuǎn)化效率高、無污染,故氫能的發(fā)展前景十分光明,受到了各行各業(yè)的廣泛關(guān)注和應(yīng)用,例如用于高能燃料、石化工業(yè)原料、冶金工業(yè)還原劑及金屬高溫加工中的保護(hù)氣等。氫氣既是石油煉制和石油化工的副產(chǎn)品,又是石油煉制和石油化工加氫工藝過程的重要原料資源。當(dāng)前重質(zhì)原油、高含硫原油對(duì)石油煉化公司的渣油加氫及加氫裂化的裝置處理能力不斷提高,在油品市場(chǎng)對(duì)質(zhì)量的不斷升級(jí)要求下，進(jìn)一步推動(dòng)高耗氫的加氫裝置全面發(fā)展,使得煉化公司對(duì)氫氣的需求量和品質(zhì)逐年提升,氫氣的生產(chǎn)管理逐漸成為影響煉油廠效益的主要因素之-凹。
1流量計(jì)的選擇及計(jì)量誤差分析
　　由于氫氣在元素周期表中分子量最小，密度低,要準(zhǔn)確計(jì)量就非常不容易。要正確的選擇達(dá)到計(jì)量要求的流量計(jì),不僅要熟悉各種流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理,還應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用情況考慮以下幾個(gè)方面:流量計(jì)的性能、測(cè)量介質(zhì)的特性、現(xiàn)場(chǎng)安裝要求環(huán)境因素、流量計(jì)的價(jià)格。才能選取合適的流量計(jì)進(jìn)行氫氣計(jì)量。
1.1節(jié)流式流量計(jì)
　　節(jié)流式流量計(jì)是一種典型的差壓式流量計(jì),是目前工業(yè)生產(chǎn)中用來測(cè)量氣體、液體和蒸氣流量的最常用的一種流量?jī)x表D。由安裝在管道中的節(jié)流件和測(cè)量差壓并顯示流量的差壓變送器組成。優(yōu)點(diǎn)在于:(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝方便,工作可靠,成本低,能滿足工程測(cè)量的需要。(2)使用歷史長(zhǎng),有豐富的、可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)加工標(biāo)準(zhǔn)化,不需要進(jìn)行實(shí)際標(biāo)定,也能在已知的不確定的范圍內(nèi)進(jìn)行流量測(cè)量凹。
　　以節(jié)流式流量計(jì)應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)件一標(biāo)準(zhǔn)孔板為例,在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),需要提供測(cè)量介質(zhì)氫氣的工況壓力.工況溫度、最大流量、最小流量、常用流量、介質(zhì)粘度值、密度值等參數(shù),而實(shí)際工況與設(shè)計(jì)工況發(fā)生變化,一-般做法是進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償進(jìn)行校正。氣體節(jié)流式流量計(jì)補(bǔ)償公式:

　　式中:V實(shí)為實(shí)際工況的介質(zhì)標(biāo)況體積流量(Nm3/h);V設(shè)為設(shè)計(jì)工況的介質(zhì)標(biāo)況體積流量Nm/h);P矢為設(shè)計(jì)工況的介質(zhì)密度(kg/m3);ρ設(shè)為設(shè)計(jì)工況的介質(zhì)密度(kg/m3);ρ實(shí)為實(shí)際工況的介質(zhì)絕對(duì)壓力(MPa);ρ實(shí)為設(shè)計(jì)工況的介質(zhì)絕對(duì)壓力(MPa);T實(shí)為實(shí)際工況的介質(zhì)溫度(K);T設(shè)為設(shè)計(jì)工況的介質(zhì)溫度(K)。
　　由(1)式得,實(shí)際測(cè)量必須對(duì)測(cè)量流量值進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償,否則直接影響節(jié)流式流量計(jì)的準(zhǔn)確性。
　　但即便經(jīng)過溫度壓力補(bǔ)償后的流量值,其應(yīng)用也不理想，主要表現(xiàn)在:(1)量程比小,測(cè)量準(zhǔn)確度不高,一般為3%。(2)節(jié)流件在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)介質(zhì)參數(shù)是固定值,在實(shí)際使用的介質(zhì)參數(shù)卻因與設(shè)計(jì)值不同,而形成較大的差異,數(shù)據(jù)可信度不高。(3)在被測(cè)氣體組份發(fā)生變化，實(shí)際密度偏離設(shè)計(jì)密度,而產(chǎn)生流量測(cè)量誤差。
上述因素都直接影響到流量計(jì)的準(zhǔn)確性,實(shí)際應(yīng)用是達(dá)不到計(jì)量精度要求的。
1.2速度式流量計(jì)
　　速度式流量計(jì)是基于與流體流速有關(guān)的各種物理現(xiàn)象,儀表的輸出與流速有確定的關(guān)系，即可知流體的體積流量。常用氣體計(jì)量的流量計(jì)有:渦輪流量計(jì)、旋進(jìn)式渦輪流量計(jì)、旋進(jìn)式漩渦流量計(jì).超聲波流量計(jì)等。渦輪流量計(jì)因有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件,且渦輪轉(zhuǎn)速高,維修量大而應(yīng)用逐漸減少。漩渦流量計(jì)也因?yàn)榻橘|(zhì)組份.溫度和壓力補(bǔ)償?shù)鹊纫蛩赜绊�，�?yīng)用效果也不理想,其測(cè)量精度也基本不能滿足計(jì)量的要求。
　　旋進(jìn)式漩渦流量計(jì)和旋進(jìn)式渦輪流量計(jì)具有信號(hào)強(qiáng)、低流速特性好的優(yōu)勢(shì),測(cè)量氫氣工況流量的同時(shí)還能測(cè)量工況溫度和壓力,直接采集溫度和壓力信號(hào),在流量計(jì)內(nèi)進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償轉(zhuǎn)換為標(biāo)況流量。相關(guān)數(shù)據(jù)不僅可就地指示還能通過(4~20)mA模擬信號(hào)和RS485通訊到DCS機(jī)柜室進(jìn)行顯示和積算。在量程范圍的20%~80%可以正常工作,但在實(shí)際使用中還是有很多因素制約著流量計(jì)的準(zhǔn)確度，如流量計(jì)是用壓縮空氣進(jìn)行的檢定,用于溫度壓力補(bǔ)償測(cè)量的傳感器的檢定則被忽視，使用中的雜質(zhì)和含水的影響，低流量的小信號(hào)切除等問題，高流量下的共振問題等,都使無故障運(yùn)行周期得不到保障，最終應(yīng)用效果也不理想。
超聲波流量計(jì)因氫氣密度小的原因,測(cè)量精度不能滿足要求而應(yīng)用較少。
1.3質(zhì)量流量計(jì)
　　質(zhì)量流量計(jì)有直接式和間接式二種,本文只討論科里奧利質(zhì)量流量計(jì)�？评飱W利質(zhì)量流量計(jì)是利用流動(dòng)的介質(zhì)與振蕩管之間的相互作用而產(chǎn)生的科氏力,使振蕩管出入口安裝的檢測(cè)線圈檢測(cè)產(chǎn)生的相位差來直接測(cè)量質(zhì)量流量的儀表。一般由振動(dòng)管與轉(zhuǎn)換器組成,振動(dòng)管(測(cè)量管道)是敏感器件,有U形、S2形、環(huán)形、直管形及螺旋形等幾種形狀凹。
質(zhì)量流量計(jì)不僅可直接測(cè)量通過流量計(jì)的介質(zhì)質(zhì)量,還可測(cè)量介質(zhì)的密度溫度,具有測(cè)量精度高,受介質(zhì)物性影響小，無上下游直管段的優(yōu)點(diǎn),輸出信號(hào)多樣,在能源、石油化工產(chǎn)業(yè).化學(xué)等行業(yè)的應(yīng)用越來越廣,不論是氣體還是液體測(cè)量,尤其在裝車和貿(mào)易交接提供了非常好的解決方案。
　　質(zhì)量流量計(jì)在測(cè)量混合氣的氫氣質(zhì)量時(shí),非氫氣的介質(zhì)所帶來的誤差不容忽視。在氫氣貿(mào)易交接中常以純氫的標(biāo)況體積數(shù)據(jù)結(jié)算,若由測(cè)量的質(zhì)量直接轉(zhuǎn)換為純氫標(biāo)況體積,將產(chǎn)生超出氣體貿(mào)易交接的質(zhì)量流量計(jì)精度的計(jì)量誤差,以氫氣1氮?dú)怏w積比為例，氫氣體積濃度每降低0.1%,純氫的質(zhì)量比數(shù)據(jù)將降低1.3%,應(yīng)根據(jù)在線分析數(shù)據(jù)及時(shí)修正計(jì)量交接修正系數(shù),減少需方經(jīng)濟(jì)損失。
2應(yīng)用和建議
2.1節(jié)流式流量計(jì)在實(shí)際使用中應(yīng)關(guān)注的事項(xiàng)
(1)定期排空節(jié)流式流量計(jì)的膜盒中積液。
(2)標(biāo)定的差壓值對(duì)應(yīng)的流量量程與積算量程設(shè)置是否--致。
(3)定期修正因氫氣組份變化對(duì)工況密度的造成的影響。
2.2速度式流量計(jì)
　　旋進(jìn)式漩渦流量計(jì)和旋進(jìn)式渦輪流量計(jì)在離線標(biāo)定的同.時(shí),對(duì)溫度和壓力變送器進(jìn)行檢定校準(zhǔn)，并將修正值輸入積算放大器中。因氫氣質(zhì)量小，需合理設(shè)置零點(diǎn)切除值，避免無流量有干擾小流量和切除值過大而小流量缺失計(jì)量的發(fā)生。增加現(xiàn)場(chǎng)維護(hù),定期對(duì)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)軸承加油,減小渦輪始動(dòng)的系統(tǒng)誤差。
2.3質(zhì)量流量計(jì)
　　在實(shí)際應(yīng)用中,必須及時(shí)零點(diǎn)標(biāo)定操作,以消除環(huán)境溫度變化和安裝產(chǎn)生的管線應(yīng)力,消除零點(diǎn)漂移。另外還需要定期計(jì)量比對(duì)核查,計(jì)量數(shù)據(jù)偏小就要考慮旁路閥內(nèi)漏的影響，其必須研磨打壓測(cè)試閥門的密封性直至更換。貿(mào)易交接的氫氣質(zhì)量流量計(jì),應(yīng)根據(jù)在線或離線氣體分析儀測(cè)量的體積百分比和組成,折算純氫質(zhì)量比進(jìn)行修正,再換算成標(biāo)況體積進(jìn)行貿(mào)易計(jì)量結(jié)算。
3結(jié)語
　　氫氣計(jì)量在實(shí)際使用中,應(yīng)根據(jù)對(duì)計(jì)量精度的要求,本著經(jīng)濟(jì)合理的原則,選用流量計(jì),對(duì)裝置內(nèi)部物料供需的企業(yè)內(nèi)部計(jì)量,可采用一體化溫度壓力補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì),現(xiàn)場(chǎng)分析氫氣組成,定期修正密度系數(shù),降低計(jì)量誤差;對(duì)貿(mào)易交接計(jì)量的氫氣流量計(jì)。

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