氫氣流量計(jì)
熱式質(zhì)量流量計(jì)是基于熱擴(kuò)散原理的流量?jī)x表，即是利用流體流過發(fā)熱物體時(shí)，發(fā)熱物體的熱量散失多少與流體的流量成一定的比例關(guān)系，具體來說，該流量計(jì)的傳感器有兩只標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的RTD，一只用來做熱源，一只用來測(cè)量流體溫度，流體流過時(shí)，兩者之間的溫度差與流量的大小成非線性關(guān)系，該儀表就可以把這種關(guān)系轉(zhuǎn)換為測(cè)量流量信號(hào)的線性輸出。
測(cè)量原理：
熱式質(zhì)量流量計(jì)由傳感器和信號(hào)分析、處理與控制單元兩部分構(gòu)成。傳感器一部分測(cè)量溫度，而另一部分用于加熱。前者監(jiān)控實(shí)際過程溫度值；后者維持一恒定溫度值，使其總是高于實(shí)際過程溫度且與該過程溫度保持恒定的溫度差。氣體的質(zhì)量流量越大，冷卻效應(yīng)就越大，維持差分溫度所需的能量也就越大。因此，通過測(cè)量加熱器的能量便可得出被測(cè)氣體的質(zhì)量流量。
產(chǎn)品應(yīng)用：
?壓縮空氣
?鍋爐房或干燥機(jī)中的天燃?xì)?/span>
?釀酒廠中的氣體
?污水處理廠中的曝氣
?生成氣體（如氬氣、氮?dú)?、氦氣、氧氣?/span>
?氣體泄露檢測(cè)
產(chǎn)品特點(diǎn)：
?高性能智能微處理器及模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片；
?寬量程比100：1；大口徑，低流速，壓損可忽略；
?直接測(cè)量質(zhì)量流量，無須溫壓補(bǔ)償；
?低流速測(cè)量非常靈敏；
?設(shè)計(jì)、選型方便，安裝、使用簡(jiǎn)便；
?適合各類單一或混合氣體流量測(cè)量。
技術(shù)參數(shù)：
常用氣體量程上限（Nm3/h）（下表可擴(kuò)展）：
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)流量:溫度為20℃，壓力為101.325KPa時(shí)的流量。
注：瞬時(shí)流量的單位可選Nm3/h、Nm3/min 、L/h 、L/min、t/h、t/min 、kg/h 和kg/min。
產(chǎn)品外形：
質(zhì)量流量計(jì)在化工測(cè)量氫氣方面的應(yīng)用：
工業(yè)生產(chǎn)過程中,因?yàn)槲锪系钠胶狻岽鎯?chǔ)、經(jīng)濟(jì)核算等方面的計(jì)算都需要使用質(zhì)量,而不是采用體積,因此在測(cè)量的時(shí)候,經(jīng)常需要將體積測(cè)量結(jié)果換算成為質(zhì)量流量。因?yàn)槊芏入S著溫度與壓力而發(fā)生變化,所以在測(cè)量流體體積的時(shí)候,需要同時(shí)測(cè)量流體密度與壓力,然后求出質(zhì)量流量。但是在質(zhì)量與壓力頻繁變動(dòng)的情況下,很難獲得準(zhǔn)確測(cè)量的結(jié)果。采用質(zhì)量流量計(jì)就無需進(jìn)行這些繁瑣的換算, 便捷的同時(shí)也提升了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。該文在系統(tǒng)分析了質(zhì)量流量計(jì)概念以及原理的基礎(chǔ)上, 針對(duì)中核建中核燃料元件有限公司在制備氫化鋰過程中, 出現(xiàn)的氫氣總量與消耗量過高的問題進(jìn)行了系統(tǒng)分析, 并提出了調(diào)校方法。
此前, 中核建中核燃料元件有限公司為了制備氫化鋰需要采購(gòu)氫氣, 為了降低在供應(yīng)的過程中出現(xiàn)糾紛, 同時(shí)也為了保證計(jì)量準(zhǔn)確性, 雙方?jīng)Q定使用同一種型號(hào)的劑量裝置。通過和廠家進(jìn)行交流溝通, 決定使用蘇州華陸儀器儀表有限公司生產(chǎn)的質(zhì)量流量計(jì), 具體的型號(hào)是:分體式,口徑是50。從這幾年的使用情況來看,比較成功?，F(xiàn)在該公司已經(jīng)在化工生產(chǎn)中廣泛使用, 主要用其測(cè)量制備氫化鋰時(shí)的耗氫量, 有的時(shí)候也用來檢測(cè)液氨、苯胺以及環(huán)己酮等。
1 質(zhì)量流量計(jì)概述
質(zhì)量流量計(jì)分為直接式與間接式2種。這種流量計(jì)能夠直接測(cè)量質(zhì)量流量, 具有較高的準(zhǔn)確性, 和各類參數(shù)沒有關(guān)聯(lián), 壓力的損失較小。質(zhì)量流量計(jì)當(dāng)前依然在不斷完善, 當(dāng)前還有很多問題沒有得到解決, 比如零點(diǎn)漂移、管材選擇、振動(dòng)管形狀等。
人們?cè)噲D使用多種已有學(xué)科知識(shí)來檢測(cè)質(zhì)量, 所以市場(chǎng)上出現(xiàn)了測(cè)量不同介質(zhì)、形式多樣的質(zhì)量流量計(jì)。固態(tài)、氣態(tài)與液態(tài)3種流量計(jì)都能夠直接用于流量的測(cè)量, 可是固態(tài)流量計(jì)自從產(chǎn)生的那天開始, 就只能用來測(cè)量質(zhì)量流量。傳統(tǒng)氣相、液相流量計(jì), 主要的功效是測(cè)量容積的流量, 然后將其轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量流量?，F(xiàn)在的質(zhì)量流量計(jì)是直接測(cè)量的。所以, 一般我們所說的直接質(zhì)量流量計(jì)主要是指氣相與液相的質(zhì)量流量計(jì)。當(dāng)前, 質(zhì)量流量計(jì)分成使用差壓原理、熱量原理以及動(dòng)量變化原理3種類型的流量計(jì)。使用*廣泛的是科里奧利流量計(jì)。
2 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)原理
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是采用流體在振動(dòng)管當(dāng)中流動(dòng)的時(shí)候, 產(chǎn)生和質(zhì)量流量成正比例的科里奧利力, 從而制備出的一種直接質(zhì)量流量計(jì)。
在質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)通過速度在圍繞軸p進(jìn)行角速度w的管道內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候, 質(zhì)點(diǎn)具備相對(duì)應(yīng)的慣性力以及分量加速度。
法向加速度, 也就是向心加速度為a, 方向是p軸。
切向加速度, 也就是科里奧利加速度, 方向和ar呈垂直關(guān)系。因?yàn)榉线\(yùn)動(dòng), 當(dāng)質(zhì)點(diǎn)在at方向作用的時(shí)候, 科里奧利力
, 管道對(duì)于質(zhì)點(diǎn)作用存在著一個(gè)反向的作用力 
在密度是p的流體在管道當(dāng)中以做勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候, 任何一段長(zhǎng)度是△x的管道當(dāng)中所受到的切向科里奧利力是:
公式當(dāng)中的為管道內(nèi)部的流通內(nèi)截面積。因?yàn)橘|(zhì)量流量
, 因此:
所以, 直接或者是間接方法都能夠測(cè)量出在管道當(dāng)中的流體的科里奧利力, 并借此測(cè)得質(zhì)量流量。
現(xiàn)在, 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)已經(jīng)出現(xiàn)了單管式的, 也就是通過兩端固定在測(cè)量管上, 在中點(diǎn)測(cè)量管的振動(dòng)以及接近諧振的頻率所激勵(lì), 從而在管內(nèi)的流體會(huì)產(chǎn)生科里奧利力, 使得測(cè)量管當(dāng)中的點(diǎn)前后產(chǎn)生方向不同的撓曲, 使用電磁學(xué)以及光學(xué)原理來檢測(cè)撓曲量, 從而獲得質(zhì)量流量。這種流量計(jì)的誤差會(huì)維持在± (0.15~0.5) %R, 重復(fù)性誤差會(huì)維持在基本誤差的1/4~2/3;測(cè)量的范圍度主要分布在 (10∶1) ~ (50∶1) 。
3 質(zhì)量流量計(jì)的影響因素
盡管從原理上來看, 質(zhì)量流量計(jì)不會(huì)因?yàn)閴毫Α囟纫约罢駝?dòng)而受到影響, 可是在實(shí)際使用的過程中, 溫度與壓力都會(huì)不同程度地造成傳感器出現(xiàn)剛性變形, 進(jìn)而影響到計(jì)量的準(zhǔn)確性。
**, 操作溫度的影響。在溫度發(fā)生變化以后, 質(zhì)量流量計(jì)的傳感器測(cè)量管剛性會(huì)產(chǎn)生變化, 并且與溫度之間存在一定的函數(shù)關(guān)系, 所以能夠被修正。每一臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)內(nèi)部都安裝有P t10 0, 借此檢測(cè)測(cè)量管的溫度, 主要目的就是要補(bǔ)償因?yàn)闇囟鹊淖兓鴮?duì)剛性所產(chǎn)生的影響。
**, 操作壓力的影響。和溫度相同, 壓力對(duì)于測(cè)量管剛性也會(huì)產(chǎn)生影響, 可是影響較小, 存在一定的規(guī)律性。在操作壓力上升的時(shí)候, 測(cè)量管會(huì)隨之變硬, 從而產(chǎn)生負(fù)向偏差;在操作壓力降低的時(shí)候, 測(cè)量管又會(huì)變軟, 并且產(chǎn)生正向偏差。因?yàn)榱髁勘硭鶚?biāo)定的壓力通常非常低, 平均保持在0.1~0.3 MPa, 在實(shí)際的生產(chǎn)當(dāng)中可以忽略不計(jì)。
4 質(zhì)量流量計(jì)在化工測(cè)量氫氣中的應(yīng)用
(1) 質(zhì)量流量計(jì)在化工測(cè)量氫氣中存在的問題。
工廠中當(dāng)前安裝了2臺(tái)質(zhì)量流量計(jì), 分別記為流量表1與流量表2, 用于保證氫氣供應(yīng)的準(zhǔn)確劑量, 流量表1用于測(cè)量氫氣的供應(yīng)總量, 流量表2用于測(cè)量氫化鋰反應(yīng)過程中的耗氫量, 除此之外, 還安裝有一個(gè)帶有溫壓補(bǔ)償功能的渦街流量計(jì)總表。通過觀察流量計(jì)1與渦街流量計(jì)的數(shù)值發(fā)現(xiàn), 2臺(tái)流量計(jì)之間存在比較大的誤差。流量表1所顯示的數(shù)值明顯偏高, 表明在計(jì)量的過程中質(zhì)量流量計(jì)存在問題。
通過原因的查找, *后發(fā)現(xiàn)儀表本身不存在質(zhì)量問題, 問題主要出在介質(zhì)上。質(zhì)量測(cè)量?jī)x1因?yàn)槭强偙? 它主要用于測(cè)量氫氣的供應(yīng)量, 雖然從外面購(gòu)買的氫氣號(hào)稱是純氫, 可是體積百分?jǐn)?shù)卻在99.6%上下波動(dòng), 其余的部分都為氮?dú)狻?duì)于渦街流量計(jì)來說, 因?yàn)闅錃獾姆肿恿肯噍^于氮?dú)夥肿恿恳〉枚? 所以體積的百分?jǐn)?shù)較高, 但是對(duì)于其數(shù)值的影響較小。但是, 這對(duì)于質(zhì)量測(cè)量計(jì)來說有很大的影響, 因?yàn)樵诮Y(jié)算的時(shí)候都是采用純氫來實(shí)施的, 并不是氫氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w的質(zhì)量流量, 但是質(zhì)量流量計(jì)上所測(cè)量的數(shù)值都是混合氣體質(zhì)量流量, 這也是造成數(shù)值偏高的重要原因。
(2) 數(shù)據(jù)修正。
質(zhì)量流量計(jì)1出現(xiàn)誤差的原因是混合氣體的質(zhì)量, 因此需要按照質(zhì)量百分比對(duì)其進(jìn)行換算。首先需要按照分析儀體積的百分?jǐn)?shù)來計(jì)算出氫氣的百分比, 所采用的公式如下:
根據(jù)氫氣濃度為99.6%, 計(jì)算出這個(gè)時(shí)候氫氣的質(zhì)量百分比是93.5%,為了對(duì)數(shù)值進(jìn)行修正, 此時(shí)需要在流量計(jì)讀數(shù)基礎(chǔ)上再乘以0.935, 此時(shí)才是純氫質(zhì)量。
為此, 我們向相關(guān)的部門申請(qǐng)了數(shù)據(jù)修正的建議, 雙方*后一致同意按照這個(gè)公式對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正, 修正后的數(shù)據(jù)基本滿足氫化鋰制備過程中實(shí)際的生產(chǎn)消耗水平。
對(duì)于質(zhì)量流量計(jì)2我們也進(jìn)行了相對(duì)應(yīng)的修正工作,通過采用混合氣體中氫氣99.6%的濃度計(jì)算出了氫氣標(biāo)準(zhǔn)密度是0.0945kg/m,按照這個(gè)數(shù)據(jù)組態(tài)將其設(shè)置特殊的單位轉(zhuǎn)換系數(shù)以后,標(biāo)準(zhǔn)體積的流量顯著降低,從以前的3900Nm/h降到了3600Nm/h,這與實(shí)際生產(chǎn)工況以及設(shè)計(jì)消耗的指標(biāo)相吻合,可是在氫氣濃度產(chǎn)生波動(dòng)的時(shí)候, 依然存在一定的誤差, 只有在線修正才能將其避免。
5 結(jié)語(yǔ)
質(zhì)量流量計(jì)在化工產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛, 同時(shí)在物料質(zhì)量計(jì)量當(dāng)中也發(fā)揮了更加重要的作用, 不論是氣體或是液體, 質(zhì)量流量計(jì)都能夠提出很好的解決對(duì)策, 可是在實(shí)際應(yīng)用過程中, 比如混合氣體組分的計(jì)量當(dāng)中, 需要充分考慮組分變化對(duì)氫氣質(zhì)量的影響, 并積極探求消除的辦法。
