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

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(dòng)等特點(diǎn)，其氣體流量的準(zhǔn)確計(jì)量一直困擾著廣大計(jì)量工作者。隨著氣體價(jià)格的增漲、用戶(hù)用氣量的加大，以及空分自動(dòng)化控制水平的提高，對(duì)氣體計(jì)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(jì)量的傳統(tǒng)方法及其缺點(diǎn)，然后介紹熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的原理和特性，***后分析了熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)在空分廠使用的優(yōu)勢(shì)。

1.傳統(tǒng)的空分廠氣體計(jì)量方法

空分廠計(jì)量的氣體主要分兩類(lèi)，一類(lèi)是空分設(shè)備輸出進(jìn)入儲(chǔ)罐的，另一類(lèi)是從儲(chǔ)罐供到各個(gè)用戶(hù)的。每個(gè)用戶(hù)安裝一臺(tái)流量計(jì)，要求所有用戶(hù)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(gè)用戶(hù)的用氣負(fù)荷變化不一，所以也要求每個(gè)分表需要具備大的量程比。傳統(tǒng)的計(jì)量方法主要有孔板計(jì)量、渦街流量計(jì)計(jì)量和旋進(jìn)漩渦流量計(jì)計(jì)量。

1. 1 孔板計(jì)量

孔板 是利用節(jié)流件前后產(chǎn)生差壓值開(kāi)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(bǔ)償?shù)玫矫芏龋?**后乘積得到氣體質(zhì)量流量?？装逡?guī)格尺寸必須根據(jù)工況參數(shù)進(jìn)行計(jì)算后確定，如果工況發(fā)生變化，就必須重新計(jì)算。

孔板除了部件多、安裝時(shí)焊接技術(shù)要求高、前后直管段長(zhǎng)、占空間等缺點(diǎn)外，***大的不足是量程比太小，在小流量時(shí)測(cè)量不準(zhǔn)。為解決這個(gè)問(wèn)題，可采用在原孔板處再并上一個(gè)小管徑的孔板流量計(jì)，并安裝氣動(dòng)切換閥，當(dāng)流量超過(guò)或小于某個(gè)設(shè)定值并且保持一定時(shí)間后由積算儀進(jìn)行閥門(mén)切換，此方法有一定的效果，但若總管下游管路在進(jìn)各車(chē)間時(shí)沒(méi)有緩沖罐，總管內(nèi)的實(shí)際流量會(huì)隨下游用氣情況而不規(guī)則地頻繁波動(dòng)，易導(dǎo)致兩個(gè)氣動(dòng)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(jì)計(jì)量

渦街流量計(jì) 是氣體達(dá)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(bǔ)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(jìn)行計(jì)算后確定，如果工況發(fā)生變化，就必須重新計(jì)算。

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

1. 3 旋進(jìn)漩渦流量計(jì)計(jì)量

旋進(jìn)漩渦流量計(jì) 原理是具有一定流速的氣體通過(guò)儀表進(jìn)氣口的起旋器后旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生一定的進(jìn)動(dòng)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(bǔ)償?shù)玫矫芏龋?**后乘積得到氣體質(zhì)量流量。旋進(jìn)漩渦規(guī)格尺寸必須根據(jù)工況參數(shù)進(jìn)行計(jì)算后確定，如果工況發(fā)生變化，就必須重新計(jì)算。量程比小，可測(cè)較低流速高。

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

2.熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量原理和特性

2.1測(cè)量原理

熱式氣體流量計(jì) 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(lái)測(cè)量如圖 1 所示。從微觀上來(lái)說(shuō)是氣體的分子與電熱絲表面接觸進(jìn)行了熱傳遞，從而使電熱絲的溫度降低。

熱式質(zhì)量流量計(jì)有兩個(gè)探頭，一個(gè)為測(cè)量管道內(nèi)氣體的溫度的熱電阻，稱(chēng)為溫度探頭; 另一個(gè)為速度探頭，電功率加熱到高于溫度探頭測(cè)量得到的溫度，并且保持恒定值。當(dāng)氣體流動(dòng)時(shí)勢(shì)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(bǔ)償電功率，而這個(gè)補(bǔ)償?shù)碾姽β蚀笮『蜌怏w質(zhì)量流量成正比，氣體流量計(jì)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(bǔ)償?shù)碾姽β蚀笮? 通過(guò)測(cè)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(bǔ)償?shù)碾姽β食烧取Ｓ捎诿總€(gè)傳感器探頭之間都有細(xì)微的性能差異，每個(gè)變送器內(nèi)部各元器件的性能也有偏差，所以必須對(duì)組裝好的流量計(jì)進(jìn)行實(shí)流 ( 根據(jù)用戶(hù)實(shí)際溫度、壓力和流量范圍) 逐臺(tái)標(biāo)定，才能確保到現(xiàn)場(chǎng)安裝后不需調(diào)試即可準(zhǔn)確運(yùn)行。

2. 2 主要特性

熱式質(zhì)量流量計(jì)的核心部件是兩個(gè)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(shí)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(dá)到 300 ℃ 以上。長(zhǎng)時(shí)間熱脹冷縮，有機(jī)填隙物會(huì)老化、龜裂，無(wú)機(jī)物會(huì)氧化，***終必然造成零點(diǎn)漂移和整體線性、重復(fù)性下降。所以如何維持探頭的長(zhǎng)期精度是熱式流量計(jì)需要解決的一大問(wèn)題，也是衡量熱式流量計(jì)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

2. 3 實(shí)流標(biāo)定技術(shù)

實(shí)流標(biāo)定指的是根據(jù)表的工作溫度、壓力，從 0 到滿(mǎn)量程，中間標(biāo)定不少于 5 個(gè)點(diǎn)。每個(gè)探頭內(nèi)的傳感器雖然都經(jīng)過(guò)精選和匹配，但是都存在細(xì)微的差別，再加上每臺(tái)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(jì) “逐臺(tái)”、“實(shí)流”標(biāo)定和修正，這樣才能確保安裝到現(xiàn)場(chǎng)的表的精度。

3.空分廠氣體流量計(jì)量方法改進(jìn)

某公司空分廠在三年前試用了熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)，安裝前流量計(jì)均檢測(cè)合格。這些流量計(jì)主要用于對(duì)各生產(chǎn)車(chē)間及用氣單位的氣體計(jì)量，測(cè)量的氣體主要是壓縮空氣和氮?dú)?，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(lái)通過(guò)跟蹤這些流量計(jì)的使用狀況，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)行了 36 臺(tái)。下面對(duì)該公司使用熱式流量計(jì)的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

( 1) 測(cè)量的量程比很大。如 DN50 的熱式質(zhì)量流量計(jì)，給污水處理廠內(nèi)氣動(dòng)執(zhí)行器供氣，該流量計(jì)能夠比較準(zhǔn)確、靈敏地測(cè)量和響應(yīng)。而原先采用進(jìn)口的渦街流量計(jì)，并且縮頸到 DN25 測(cè)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(mǎn)足，流量計(jì)的示值波動(dòng)幅度極小。每次流量計(jì)周檢，本次檢測(cè)數(shù)據(jù)與上次檢測(cè)數(shù)據(jù)偏差很小。把使用超過(guò)一年的流量計(jì)拔出后捂住探頭，表的示值為零不動(dòng)。

( 3) 無(wú)須額外溫度壓力儀表，直接測(cè)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(bǔ)償，即使將 700 kPa 的表壓應(yīng)用到 100 kPa 的工況中，測(cè)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(huì)影響生產(chǎn)，方便流量計(jì)的拆卸送檢。

( 5) 對(duì)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(jì)特點(diǎn)，該公司設(shè)計(jì)了不停氣開(kāi)孔設(shè)備，應(yīng)用效果良好。

4.結(jié)束語(yǔ)

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