氢气管道流量计

氢气流量计基于热扩散原理，即利用流体流过发热物体时，发热物体的热量散失多少与流体的流量成一定的比例关系。具体来说，流量计的传感器有两只标准及的RTD，一直用来做热源，一直用来测量流体温度，流体流过时，热源的热量损失与流量的大小成非线性关系，氢气流量计就可以把这种关系转换成测量流量信号的线性输出。 
利用热扩散原理制造的流量计有两种设计方法，基于共同的模型，如图一：
 
温度传感器（RTD）分别置于气流中两金属细管内，一热电阻测得气流温度T；另一细管经功率恒定的电热加热，其温度Tv高于气流温度，气体静止时Tv最高，随着质量流速ρU增加，气流带走更多热量，温度下降，测得温度差ΔT=Tv-T.这种方法称作“温度差测量法”或“温度测量法”。 若保持ΔT恒定，控制加热功率随着流量增加而增加功率，这种方法称作“功率消耗测量法”。
• 不需要温度，压力补偿；
• 一个流量计能同时兼顾小流量和大流量测量，特别适合大口径测量。
• 智能数显流量积算仪配套。
• 基地式仪表可以就地显示和带报警控制。
 
氢气流量计产品概述

特点	针对用户问题的解决方案
恒温度加热设计，直接质量流量测量	出色的稳定性、重复性，满足用户对流量监测的要求
无需附加设备；无需流量计算机  无需压力变送器（标定时对压力进行补偿） 无需温度变送器（按照实际温度进行温补）	减少用户现场安装、维护的环节及费用
所有产品采用无活动部件设计	不会因介质脏或介质颗粒造成传感器堵塞
宽量程比100：1，对低流量敏感	无需进行多级测量，适用于现场各种量程
全金属焊接构造	传感器无磨损、抗腐蚀，保证传感器长期稳定运行
低压力损失	几乎没有压力损失，克服了传统差压法因管道压力低而无法测量的弊病
变送单元可以一体化也可以分体化安装	方便用户操作，可集中查看各风道流量值，减少工作量，同时满足高温测量的要求
传感器插入式或管道式安装	降低安装费用，适于各种管径的测量要求
插入式配球阀	便于维护和检修

典型应用 
1、公共工程 
电、气、水处理的监控管道气体；通用系统；沼气；煤气；天然气；液化气；锅炉余热空气 
2、化工行业。 
烟气循环监测；采样系统气体流量计量；引风机气体流量计量；化肥厂氨气测量；电池工厂各种气体的测量。 
3、环保项目 
沼气利用过程中的气体测量；氯气处理过程中的气体测量；污水处理过程中曝气池的气体测量；烟筒烟道排气监测SO2和NOX的排量。 
4、电力和能源 
燃料系统气体分配过程中气体的测量；锅炉及辅机系统中各种气体的测量；燃气炉气体的测量；电厂高炉一次风、二次风的测量。 
5、石油和天然气 
能量交换；填井气回收；燃气计量；气体质量分析；泄漏气监测；天然气计量；火炬气监控。 
6、纸浆与造纸 
废水处理系统中气体的测量；烟道流量监控；锅炉回收二次、三次空气；锅炉的燃气和空气送风的测量。 
7、冶金 
钢铁厂加气测量；炼铁厂高炉煤气的测量；焦化厂焦炉煤气的测量；轧钢厂加热炉燃气（高炉煤气、焦化煤气、天然气等）的测量控制；热处理淬火炉等的氢、氧、氮等气体的测量控制 
8、食品及医药 
加工操作中新鲜空气的加入；啤酒厂的二氧化碳处理；瓶子消毒器中热空气的流量；热氧化过程中气体流量测量；通风系统；锅炉进气、废气、过程控制 
9、其他行业 
工厂压缩空气的测量；煤粉燃烧过程粉、气配比控制燃料；水泥工业竖式磨粉机排放热气流量控制
 
氢气流量计技术性能

特点	技术参数
精度	±1%的读数±0.5%满量程
重复性	±0.5%
量程比	常规100：1；取决于标定流量的范围
量程上限	80Nm/s（空气，20℃，101.33kPa）
量程下限	0.05Nm/s（空气，20℃，101.33kPa）
适用管径范围	Ø6~Ø6000
使用压力范围	负压，0~1.0MPa，0~1.6MPa，0~2.0MPa，0~3.0MPa
适用介质温度范围	-20~60℃，60~100℃，100~150℃，150~200℃，200~300℃
适用介质	各类单一或定百分比的混合气体，含尘、含沙、含湿气以及各种腐蚀性气体
传感器直径	Ø3（标准）、Ø4
传感器材质	316不锈钢、哈氏合金、钛
探杆直径	Ø19（标准）、Ø16、Ø12
探杆材质	316不锈钢（标准）、哈氏合金
仪表供电	24VDC/400mA  或  220VAC/2W
输出信号	4～20mADC，最大负载1000Ω ；RS-485通讯接口
现场显示	大屏幕LED显示：四位瞬时流量，八位累积流量
修  正	键入16段非线性修正
供货类型	分体型结构—变送器+流量积算仪；一体型结构—变送器本身带流量积算仪
连接形式	管道式和插入式
电气接口	M20×1.5
报  警	1～2路继电器输出、3A/220VAC、3A/30VAC、键入设定
防护等级	IP65
防爆等级	本安型（iaⅡCT65）、隔爆型（ExdⅡCT4）
使用寿命	5年

外形尺寸
RK100氢气流量计标准外形尺寸如图二所示，部分尺寸可根据现场要求订制。
 
选型指南
5.1量程与通径的选择 
1、查表法： 
   表一：空气质量流量范围选择表； 
   表二：四种常用气体的标定流量范围选择表； 
   表三：常用气体流量上限值。 
    为了检定和使用方便，仪表出厂时对量程要进行标定和检查。量程上限值，将在标牌和检定证书中体现 
2、量程上下限的确定： 
   （1）下限的确定：因为氢气流量计对低流速敏感，最低可测量0.05m/s流速，所以在选型中不需考虑下限； 
   （2）上限的确定：主要由工艺流程设计值确定，一般仪表上限高于设计上限20%左右，以提高容错率； 
   （3）混合气体量程：对于混合气体，用户应给出标方密度和摩尔比值（各种成分占总量的百分比），然后由厂家确定量程。一般采用空气或氮气标定，然后通过仪表转换系数修正； 
3、声明： 
    量程选择上限受到设备条件限制，高上限采购前请与厂家确定技术明细。 
表一 空气质量流量范围

DN (mm)	最小  (kg/h)	常用  (kg/h)	最大  (kg/h)
25	0-1.14	0-78	0-204
40	0-2.92	0-194	0-525
50	0-4.57	0-310	0-822
80	0-11.7	0-775	0-2106
100	0-18.3	0-1292	0-3291
150	0-41.1	0-2584	0-7404
200	0-73.1	0-5168	0-13613
250	0-114	0-7752	0-20564
300	0-165	0-11162	0-29613
400	0-292	0-19845	0-52645
500	0-457	0-31008	0-82257
600	0-658	0-44652	0-118450
700	0-896	0-60775	0-161224
800	0-1170	0-79380	0-210578
900	0-1481	0-100465	0-266513
1000	0-1828	0-124032	0-329028
1200	0-2632	0-178606	0-473801
1500	0-4113	0-279072	0-740314
2000	0-7312	0-496128	0-1316113

表二 几种常用气体流量范围上限表

DN(mm)	空气	氮气(N2)	氧气(O2)	氢气(H2)
25	60	60	60	28
40	150	150	150	70
50	240	240	240	112
80	600	600	600	282
100	1000	1000	1000	470
150	2000	2000	2000	940
200	4000	4000	4000	1880
250	6000	6000	6000	2820
300	8640	8640	8640	4060
400	15360	15360	15360	7219
500	24000	24000	24000	11280
600	34560	34560	34560	16243
700	47040	47040	47040	22108
800	61440	61440	61440	28876
900	77760	77760	77760	77807
1000	96000	96000	96000	45120
1200	138240	138240	138240	64972
1500	216000	216000	216000	101520
2000	384000	384000	384000	180480

表中单位为标方Nm3/h，相应流速为34m/s，实际应用时流速可以扩展到50m/s。
表三 常用气体量程上限（Nm3/h）（下表可以扩展）

DN(mm)	氩气(Ar)	氦气(He)	天然气	瓦斯气	液化气	城市煤气	氯气
25	82	37	58	51	84	44	109
40	207	94	147	129	211	111	273
50	331	151	235	206	339	177	436
80	828	378	588	516	847	444	1092
100	1380	630	980	860	1143	740	1820
150	2760	1260	1960	1720	2826	1480	3640
200	5520	2520	3920	3440	5652	2960	7280
250	8280	3780	5880	5160	8478	4440	10920
300	11923	5443	8467	7430	12208	6393	15724
400	21196	9676	15052	13209	21703	11366	27955
500	33120	15120	23520	20640	33912	17760	43680
600	47692	21772	33868	29721	48833	25574	62899
700	64915	29635	46099	40454	66467	34809	85612
800	84787	38707	60211	52838	86814	45465	111820
900	107308	48988	76204	66873	109874	57542	141523
1000	132480	60480	94080	82560	135648	71040	174720
1200	190771	87091	135475	118886	195333	102297	251596
1500	298080	136080	211680	185760	305208	159840	393120
2000	529920	241920	376320	330240	542592	284160	698880

标准状态：温度为0℃，压力为1.01325×105Pa绝压。
注：流量现实的单位可选kg/h、t/h或Nm3/h、Nkm3/h
5.2安装方式选择 
1、建议：管径≤Ø100时，选择管道式安装； 
管径＞Ø100时，选择插入式安装。 
2、如果现场管道已安装好，没有安装法兰，只能选择插入安装方式时，可在订购时与厂家说明。 
5.3结构类型选择 
1、一体型结构，即传感器、变送器、显示部分为一体，供电为220VAC或24VDC。显示部分相当于一台流量积算仪，显示瞬时流量和累积流量，设置报警点和输出4~20mA线性信号。 
2、分体型结构，即传感器、变送器和显示部分分离，显示部分为一台独立的只能流量积算仪，显示瞬时和累计流量，设置报警点和输出4~20mA线性信号。两部分通过三根线连接，故变送器为三线制。 
5.4仪表输出类型选择 
1、线性输出 
一体型结构输出的模拟信号是标准4~20mA线性信号，在分体型结构中从变送器单元输出的4~20mA信号，线性较差，只有再从流量积算仪输出的信号才是准线性4~20mA信号。 
2、从流量积算仪再输出的4~20mA，可以人为设定整个流量范围的一段。例如：某流量计量程为0~5000Nm3/h，输出4~20mA线性信号，可以设定0~3000Nm3/h，100~1500Nm3/h…输出4~20mA。 
3、小信号切除：对某些用户来讲，需要小信号切除，以保证没有流量时显示为0或不计量。 
4、输出滤波：气体在管道中流动，由于各种原因总是有些扰动，表现为输出数字显示跳动，增大积算仪中滤波系数，可以使跳动减小，有利观察。 
5、通讯接口：用户需要通讯接口时，请在订货时说明。 
注：上述所有项目都是产品必须具备的性能，只有流量积算仪输出4~20mA信号，通讯接口和报警点数量为选项。 
5.5计量单位及流量换算表 
1、一般选择质量流量单位，即kg/h； 
选择标方单位，即Nm3/h。 
为了比较，需要把工况体积单位m3/h换算成Nm3/h。 
2、当流量很大时，选择t/h或Nm3/h； 
当流量很小时，选择标准毫升/分 即ml/min，符号SCCM； 
选择标准升/分 即L/min，符号SLM； 
标准立方米/分 即SM3/min。 
工业场所，出了标方和质量流量为常用单位，为了方便还采用下表中的单位：

			符号	名称
流   量	公   制	体     积	SCCM	标准状态毫升/分
			SLM	标准状态升/分
			SL/min   NL	标准状态升/分
			SM3/min   NCM	标准状态立方米/分
		质  量	kg/time	公斤/单位时间
			TNS/time	吨/单位时间
	英    制		SCF/time	标准立方英尺/单位时间
			LB/time	磅/单位时间
流      速			NM/time	标准米/单位时间
			SF/time	标准英尺/单位时间
公—英制换算			1SCFM=28.316SL/min 1标准状态立方英尺=0.0283SM3/min
长度公—英制换算			1inch=25.4mm    1cm=0.394inch 1ft=30.5cm          1m=3.28ft
符号：LB——磅  kg——千克  TNS——吨			Second——秒(缩写符号为s) minute——分钟(缩写符号为min) hour——小时(缩写符号为h) MFM——质量流量计缩写

表四  常用流量单位
安装结构
6.1安装位置及对管道的要求 
1、选取合理的安装位置，避免弯头、阀门、变径等产生流体流型剖面发生变化的组件。一般要求有一个较长的上下直管道，前直管段长大于10D，后直管段长大于5D。遇到特殊情况，请参照以下安装图标选取最理想的安装位置，保证传感器的前后直管段距离，获得最理想的测量效果。
 
2、现场满足不了直管段要求时，可以串接气体整流器，以便大幅度降低对直管段要求。 
3、在直管段很短，有弯头及阀组等工况，采用氢气流量计，需要一些实际经验具体问题具体解决，请在订货时共同探讨。 
6.2插入式安装 
1、插入深度 
    气体在管道中流动，管道中个点的流速是不同的，而且差别很大，一般在管道壁附近流速慢，管道中心流速最快。氢气流量计实际上是气体流动速度传感器，流量等于管道截面积和流速的乘积，即 
其中，S——管道截面积 
R——圆形管道半径  
a、b——方形管道截面边长 
V——气体流速 
Q——质量流量 
氢气流量计测量的是管道中一点的气体流速，测量流量时这一点流速应取整个管道的平均流速点，这样才能使用以上公式计算流量，所以现场安装时，一定要把传感器查到平均流速点处。 
2、根据设计标准，RK100系列氢气流量计规定： 
在直管段较长或管径＞Ø250时，传感器插入管道内径的¼处 
在直管段较短或管径≤Ø250时，传感器插入管道内径的½处 
3、插入拔出方法： 
（1）在官道上开Ø20孔，然后焊接¾”对丝底座在该孔上,底座由厂家提供。 
（2）在管道中如有流动气体，总是希望不因为传感器的插入和拔出将气体引出，为此厂家提供球阀密封装置，方便检修维护。 
6.3管道式安装 
管道式安装条件痛插入式安装条件。 
法兰尺寸      H（T）44-76-91  PN=1MPa

公称通径	外径	螺柱中心孔距	螺栓直径	螺栓规格	螺栓数量	法兰距离
DN	D	K	L	RK	个	厂家H	用户定义
10	90	60	14	M12	4	160
15	95	65	14	M12	4	160
20	105	75	14	M12	4	160
25	115	85	14	M12	4	160
32	140	100	18	M12	4	200
40	150	110	18	M16	4	200
50	165	125	18	M16	4	200
65	185	145	18	M16	4	200
80	200	160	18	M16	8	200
100	220	180	18	M16	8	250

表六 法兰尺寸 
6.4电缆的安装 
1、大多数场所，可以采用双绞线供电 
2、如果采用屏蔽电缆引线，可以采用3×33/0.2的RVVP屏蔽电缆，也可以采用其它屏蔽电缆，只要芯线不要过细皆能使用，芯线直径一般为Ø0.5。 
3、电缆从仪表引出孔引出时，一定要往下弯曲，防止水顺着电缆进入仪表内。 
4、使用防爆仪表，应采用防爆软管连接，电缆外径和电缆的引出口密封套内径配套，为此厂家提供一套密封垫
电器链接
7.1一体型结构的接线方法 
出厂时仪表的接线端子已引出，如图四。 
注：（1）仪表外壳与内部电路不连接，可以接地； 
（2）可以采用开关电源供电。 

7.2分体型结构接线方法 
变送器输出和积算仪相连，采用标志色接法，防止错接，如图五。

红色→红色	供电电源＋
黑色→黑色	供电电源－和仪表输出4~20mA的负极（－）
白色→白色	仪表输出4~20mA的正极（＋）

分体型结构，全套流量计由传感器、变送器和积算仪组成，变送器输出有三根线和积算仪相连。其中两根用于供电，一根用于信号输出。