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。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，當流量超過或小于某個設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取Ｓ捎诿總€傳感器探頭之間都有細微的性能差異，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) 逐臺標定，才能確保到現(xiàn)場安裝后不需調(diào)試即可準確運行。

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熱性能的同時又保證不導電。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。

2. 3 實流標定技術(shù)

實流標定指的是根據(jù)表的工作溫度、壓力，從 0 到滿量程，中間標定不少于 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確、靈敏地測量和響應。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，該公司設計了不停氣開孔設備，應用效果良好。

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。