众所周知，在浮法工艺中采用熔融的金属锡作为玻璃成形过程中的浮托介质。在高温下锡的氧化、硫化反应非常活跃可导致浮法玻璃所特有的成形缺陷——光畸变点、沾锡、钢化虹彩、划伤，是影响产品加工级比例的关键因素。在相对密闭的锡槽内通入高纯度的氮氢保护气体以保持锡槽内为微正压的还原性气氛是减少上述质量缺陷的有效途径之一。
在实际生产中，高纯度的氮氢保护气体的供气质量是稳定槽压、优化成形工况的关键，也是玻璃质量得以提高的必备条件。因此，在浮法玻璃的生产过程中保护气体供应量的准确计量显得尤为重要。
一般在氮氢站设有流量检测仪表，在生产线的氮氢混气室内设有现场显示的玻璃转子流量计和远传流量计。在实际使用中，上述仪表都普遍存在着或大或小的示值偏差，以至于无法考证保护气体的真实流量以及保护气体中的氢含量，无法为优化工况、优化后续设计、形成操作手册以及生产中的节能降耗提供准确的技术参数。
对于玻璃转子流量计，通过分析其工作原理，不难发现其流量不真实的原因在于：第一，实际工质（保护气体—氮气或氢气）与流量计的标定介质不同；第二，流量计的工作工况即工作部位的温度、压力也与流量计的标定状态不同。
本文将从转子流量计的流量检测原理出发，同时结合理想气体状态方程分析、阐述转子流量计在使用中的示值修正方法，为转子流量计的设计选型、使用中的示值修正提供参考。至于远传仪表的选型还需通过电气仪表工作人员、工艺人员及仪表供货商共同努力。选择合理的适合本工质、工况的仪表，使保护气体的流量测量系统趋于完善和准确。
1 转子流量计的流量测量原理及示值修正
转子流量计在没有特殊订货要求的前提下，其标准的标定介质为：空气；标定状态为：1atm（101325Pa）；20℃。
转子流量计流量一般表达式
（1）
式中：
α——流量系数，无量刚；
△F——由锥管内壁与浮子读数边间构成的环隙面积，随浮子高度而变（m2）；
Vf—— 浮子体积（m3）；
Df—— 浮子最大截面积（m2）；
ρf—— 浮子密度（g/m3）； .
ρ——被测介质密度（g/m3）；
g——重力加速度（9.81m/s2）。
在实际使用中，由于实际工质（密度、压缩系数）与标定介质不同或实际使用状态（温度、压力）与标定状态不同，相同的浮子高度将对应不同的流量。根据式（1）及理想气体状态方程进行换算，可得被测介质在工作状态下的流量QS与QN流量计示值的换算关系为：
（2）
式中：
QS——被测气体在工作状态PS、TS下的实际流量（m3/h）；
QN——流量计的刻度示值（Nm3/h空气）；
ρN——标定介质（空气）在标态下的密度（kg/m3）；
ρSN——被测气体介质在标态下的密度（kg/m3）；
PN——标准状态压力（Pa）；
PS——被测介质的工作压力（Pa）；
TN——标准状态温度（K）；
TS——被测介质的工作温度（K）；
ZSN——被测介质在标定压力、温度状态下的压缩系数；
ZS——被测介质在工作压力PS、温度TS状态下的压缩系数。
由于气体的体积随温度、压力变化而变化，所以在一般使用中，为了便于比较往往使用气体的标准状态流量（Nm3/h）来衡量气体的实际消耗量。根据理想气体状态方程将式（2）中被测介质在工作状态下的流量QS转换成被测介质的标准状态的流量QSN：
（3）
式中：QSN——被测介质的标态流量（Nm3/h）。
在上述公式中，Z——气体的压缩系数表示实际气体与理想气体在相同压力和温度下容积的比值；对于理想气体，Z=1，对于实际气体，Z可能大于1或小于1，Z偏离1的数值大小表示实际气体偏离理想气体的程度。一般情况下某种气体的压缩系数Z随气体的压力、温度的变化而变化。
实际气体的压缩系数Z通常采用R-K方程式（Redlich-Kwong）进行计算：
（4）
（5）
（6）
（7）
在（4）、（5）、（6）、（7）式中：
Tr——气体介质的对比温度；
Pr——气体介质的对比压力；
Tc——气体介质的临界温度；
Pc——气体介质的临界压力。
几种气体的临界参数见表1。
表1 常用气体的临界参数
物质名称
Tc/K
PC/Pa
He
5.3
229010
H2
33.3
1297020
N2
126.2
3394560
O2
154.8
5076630
CO2
304.2
7386960
NH3
405.5
11298300
H2O
647.3
2212970
CH4
19O.7
4640910
CO
133.O
3495890
对于混合气体：
（8）
（9）
（8）、（9）式中：
Tpc——混合气体的虚拟临界温度；
Ppc——混合气体的虚拟临界压力；
yi —— 组元在混合物中摩尔分率；
Td—— 混合物中i组元的临界温度；
Pd——混合物中i组元的临界压力。
2 转子流量计的示值修正在锡槽保护气体流量测量系统中的应用
如前所述，锡槽保护气体采用高纯度的氮、氢气体。高纯氮气一般采用空气分离法制取，成品气可按单一组分的气体进行上述（1）~（9）式进行计算。氢气如采用甲醇裂解或电解水工艺制取，也可按单一氢气组分进行计算，如采用氨分解制氢工艺，则应按1/4 N2+3/4 H2的混合气组分进行密度及压缩系数修正。
按上述方法分别计算N2、H2（含采用氨分解法制取的 1/4 N2+3/4 H2）在标准状态及实际工作状态的压缩系数Z，结果表明上述几种气体的压缩系数ZSN、ZS均非常接近1，因此，对于锡槽用保护气体的流量示值修正，可将式（3）的修正公式简化为：
（10）
3 流量计的量程选择
流量计的量程选择应该是式（3）或式（10）的反过程， 即
（11）
式中：
QNMAX——流量计的最大刻度流量（Nm3/h）；
QSNMAx——被则介质的最大流量（Nm3/h）。
4 两种标定方式
对于转子流量计的生产单位一般可根据客户要求将流量计按空气进行正常标定或按实际工质进行标定，因此根据标定介质的不同，相应地流量计的量程选择及流量计示值修正公式分别为：
（1）方式一
标定介质为：空气；标定状态为：1atm（101325Pa）；20℃。
流量计的量程选择应为：
流量计的示值修正为：
（12）
（2）方式二
标定介质为：实际工质；标定状态为：1 atm（101325Pa）；20℃。
流量计的量程选择应为：
（13）
流量计的示值修正为：
（14）
5 在900t/d工程的应用
在华尔润900t/d工程的设计过程中，根据实际工质及工况合理选择流量计的量程，选用的流量计的标定形式为常规标定；在车间的实际使用过程中，车间技术人员应用计算机程序将流量计的示值按实际工质、工况进行修正。为优化锡槽工况提供了真实的技术依据，配合有效的锡槽结构密封和良好的生产维护，使玻璃下表面渗锡、划伤等由于锡污染造成的质量缺陷得到了有效控制，产品汽车级品率达到9%以上。
6 结束语
由于保护气体组分中的氮气、氢气与转子流量计出厂时的标定介质即工质的密度和压缩系数不同，同时由于保护气体的流量测量位置的温度、压力也与流量计的标定状态不同，转子流量计的直接读数不能反应实际工质的真实流量，因此通过设计采购中的合理选型及使用中的合理修正，使保护气体的消耗量得到准确计量，从而为优化工况、优化后续设计提供技术依据和理论指导。
