簡單介紹空分廠供氣系統(tǒng)氣體計量常用的幾種氣體流量計的優(yōu)缺點和使用情況，論述熱式氣體質(zhì)量流量計的原理和特點，以及在空分廠氣體流量計量使用的優(yōu)勢。

空分廠供氣和用氣管道中氣體的流量具有范圍較大、壓力和溫度易波動等特點，其氣體流量的準(zhǔn)確計量一直困擾著廣大計量工作者。隨著氣體價格的增漲、用戶用氣量的加大，以及空分自動化控制水平的提高，對氣體計量的準(zhǔn)確性又提出了更高的要求。本文首先介紹空分廠氣體流量計量的傳統(tǒng)方法及其缺點，然后介紹熱式氣體質(zhì)量流量計的原理和特性，***后分析了熱式氣體質(zhì)量流量計在空分廠使用的優(yōu)勢。

1.傳統(tǒng)的空分廠氣體計量方法

空分廠計量的氣體主要分兩類，一類是空分設(shè)備輸出進入儲罐的，另一類是從儲罐供到各個用戶的。每個用戶安裝一臺流量計，要求所有用戶流量分表總和與總表流量差的百分比在規(guī)定范圍內(nèi)，這就要求總表必須具有寬大的量程比。因每個用戶的用氣負(fù)荷變化不一，所以也要求每個分表需要具備大的量程比。傳統(tǒng)的計量方法主要有孔板計量、渦街流量計計量和旋進漩渦流量計計量。

1. 1 孔板計量

孔板 是利用節(jié)流件前后產(chǎn)生差壓值開方后與氣體流速成正比，所以差壓變送器精度提高 100倍，流速的精度只提高了 10 倍。接著將得到的流速乘以管道截面積，得出體積流量，再經(jīng)溫壓補償?shù)玫矫芏龋?**后乘積得到氣體質(zhì)量流量。孔板規(guī)格尺寸必須根據(jù)工況參數(shù)進行計算后確定，如果工況發(fā)生變化，就必須重新計算。

孔板除了部件多、安裝時焊接技術(shù)要求高、前后直管段長、占空間等缺點外，***大的不足是量程比太小，在小流量時測量不準(zhǔn)。為解決這個問題，可采用在原孔板處再并上一個小管徑的孔板流量計，并安裝氣動切換閥，當(dāng)流量超過或小于某個設(shè)定值并且保持一定時間后由積算儀進行閥門切換，此方法有一定的效果，但若總管下游管路在進各車間時沒有緩沖罐，總管內(nèi)的實際流量會隨下游用氣情況而不規(guī)則地頻繁波動，易導(dǎo)致兩個氣動閥頻繁切換，使得總管與分管和之間的誤差較大。

1. 2 渦街流量計計量

渦街流量計 是氣體達到一定流速后在漩渦發(fā)生體后產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦列，漩渦產(chǎn)生的頻率與氣體流速成正比。將得到的流速乘以管道截面積得出體積流量，再經(jīng)溫壓補償?shù)玫矫芏龋?**后乘積得到氣體質(zhì)量流量。渦街規(guī)格尺寸必須根據(jù)工況參數(shù)進行計算后確定，如果工況發(fā)生變化，就必須重新計算。

渦街的量程比比孔板 ( 約 3∶1) 大一些，在小流量時可將 50 mm 管路縮頸成 20 mm，但小流量還是測不出來。如給氣動閥門供氣的總管流量，由于氣動閥門都是不定時交替打開，平時即使是微小的泄漏，測量效果也沒法保證。

1. 3 旋進漩渦流量計計量

旋進漩渦流量計 原理是具有一定流速的氣體通過儀表進氣口的起旋器后旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生一定的進動頻率，該頻率的大小跟氣體流速成正比，將流速乘以管道截面積，得出體積流量，再經(jīng)溫壓補償?shù)玫矫芏龋?**后乘積得到氣體質(zhì)量流量。旋進漩渦規(guī)格尺寸必須根據(jù)工況參數(shù)進行計算后確定，如果工況發(fā)生變化，就必須重新計算。量程比小，可測較低流速高。

以上三種流量計在空分廠測量氣體流量，都存在明顯的缺點。為克服上述缺點，某空分廠采用熱式質(zhì)量流量計，并取得很好的效果。

2.熱式氣體質(zhì)量流量計的測量原理和特性

2.1測量原理

熱式氣體流量計 工作原理是利用氣流帶走加熱絲上的熱量跟氣體的質(zhì)量流量成正比來測量如圖 1 所示。從微觀上來說是氣體的分子與電熱絲表面接觸進行了熱傳遞，從而使電熱絲的溫度降低。

熱式質(zhì)量流量計有兩個探頭，一個為測量管道內(nèi)氣體的溫度的熱電阻，稱為溫度探頭; 另一個為速度探頭，電功率加熱到高于溫度探頭測量得到的溫度，并且保持恒定值。當(dāng)氣體流動時勢必帶走速度探頭上的熱量，為保持溫度差的恒定，需要電路補償電功率，而這個補償?shù)碾姽β蚀笮『蜌怏w質(zhì)量流量成正比，氣體流量計算公式為:

式中: Qm 為氣體質(zhì)量流量; k 為儀表系數(shù) ( 恒定) ; P 為補償?shù)碾姽β蚀笮? 通過測量得到) ; Cp為定壓比熱容( 決定于氣體組分) ; T 為兩探頭之間的溫差( 恒定) ; S 為管道截面積。

從式 ( 1 ) 可以看出，在氣體組分恒定 ( Cp 恒定) 的情況下，氣體的質(zhì)量流量只與補償?shù)碾姽β食烧?。由于每個傳感器探頭之間都有細(xì)微的性能差異，每個變送器內(nèi)部各元器件的性能也有偏差，所以必須對組裝好的流量計進行實流 ( 根據(jù)用戶實際溫度、壓力和流量范圍) 逐臺標(biāo)定，才能確保到現(xiàn)場安裝后不需調(diào)試即可準(zhǔn)確運行。

2. 2 主要特性

熱式質(zhì)量流量計的核心部件是兩個探頭上的傳感器，其中加熱探頭中***重要的是內(nèi)部鉑金加熱絲和外壁不銹鋼之間保證導(dǎo)熱性能的同時又保證不導(dǎo)電。鉑金絲一直在加熱，很多高溫的工況，加熱探頭溫度要達到 300 ℃ 以上。長時間熱脹冷縮，有機填隙物會老化、龜裂，無機物會氧化，***終必然造成零點漂移和整體線性、重復(fù)性下降。所以如何維持探頭的長期精度是熱式流量計需要解決的一大問題，也是衡量熱式流量計性能的一項重要指標(biāo)。

2. 3 實流標(biāo)定技術(shù)

實流標(biāo)定指的是根據(jù)表的工作溫度、壓力，從 0 到滿量程，中間標(biāo)定不少于 5 個點。每個探頭內(nèi)的傳感器雖然都經(jīng)過精選和匹配，但是都存在細(xì)微的差別，再加上每臺儀表系數(shù)的差異，各種工況的差異等等，都要求熱式質(zhì)量流量計 “逐臺”、“實流”標(biāo)定和修正，這樣才能確保安裝到現(xiàn)場的表的精度。

3.空分廠氣體流量計量方法改進

某公司空分廠在三年前試用了熱式氣體質(zhì)量流量計，安裝前流量計均檢測合格。這些流量計主要用于對各生產(chǎn)車間及用氣單位的氣體計量，測量的氣體主要是壓縮空氣和氮氣，介質(zhì)溫度常溫，表壓 700 kPa，使用管徑范圍 DN40 ～ 300 mm，使用環(huán)境溫度常溫。

三年來通過跟蹤這些流量計的使用狀況，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場使用效果比較理想，到目前該公司空分廠已經(jīng)累積投入運行了 36 臺。下面對該公司使用熱式流量計的效果進行評價。

( 1) 測量的量程比很大。如 DN50 的熱式質(zhì)量流量計，給污水處理廠內(nèi)氣動執(zhí)行器供氣，該流量計能夠比較準(zhǔn)確、靈敏地測量和響應(yīng)。而原先采用進口的渦街流量計，并且縮頸到 DN25 測量，讀數(shù)一直為零。

( 2) 穩(wěn)定性和重復(fù)性高。只要直管段滿足，流量計的示值波動幅度極小。每次流量計周檢，本次檢測數(shù)據(jù)與上次檢測數(shù)據(jù)偏差很小。把使用超過一年的流量計拔出后捂住探頭，表的示值為零不動。

( 3) 無須額外溫度壓力儀表，直接測量氣體的質(zhì)量流量。由于表內(nèi)部已經(jīng)做了溫度和壓力的補償，即使將 700 kPa 的表壓應(yīng)用到 100 kPa 的工況中，測量的結(jié)果偏差依然很小。

( 4) 采用帶球閥的安裝方式，拔出儀表，只要關(guān)掉隔離球閥就不會影響生產(chǎn)，方便流量計的拆卸送檢。

( 5) 對某些工藝特殊的管道，不允許停氣，而且不能將鐵渣等掉入管道。根據(jù)熱式質(zhì)量流量計特點，該公司設(shè)計了不停氣開孔設(shè)備，應(yīng)用效果良好。

4.結(jié)束語

熱式氣體質(zhì)量流量計克服了空分廠傳統(tǒng)氣體流量計量的缺點，在某公司空分廠氣體測量檢測儀表中所占比重越來越大，取得了較好的計量效果。