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超聲波流量計和孔板流量計的区别与优势

作者:江蘇創輝自動化儀表有限公司
一、超聲波流量計和孔板流量計的区别与优势
1.量程比低
由于结构特点,孔板流量計是通过节流件来完成测量的,所以其量程比通常只有1:3,ZUI高可达1:10,而超聲波流量計没有任何阻流件,其量程比可达1:200。这两个数据表明:如果实现一种测量方案,假定其流量范围是从1m3/h~40m3/h,使用超聲波流量計只需要一路工艺计量回路就可以实现, 如果采用孔板流量計,需要多路才能实现。
 
2.壓損
由于孔板流量計的结构有阻流件,超聲波流量計没有阻流件,那么显而易见:孔板流量計的压损很大,超聲波流量計压损实际可以忽略不计。节流装置能耗计算如下:
   以下以 1 个典型用户用气参数进行能耗计算:用气量160× 104m3/d,用气压力 0.6MPa。
  節流裝置壓力損失計算式:(較大刻度差壓50kPa、β=0.68)
     δ P=(1-0.24 β -0.52 β2-0.16 β3)Δ P
       =0.5486×50
       =27.43kPa
   节流装置能耗计算式:(压缩机效率η =0.8)
      W= δp ×QV/η
       = 27430×18.5185/0.8
       =634953W
  计算耗能费:能源价 0.4 元 /kWh
  耗能费(年)=(W/1000)×(运行时数/年)×(元/ kWh)
        =(634953/1000) ×365×24×0.4
        =2224876(元/年)
   该计算仅只是能耗损失,不包括压缩机运行等费用。
 
3.精度
孔板流量計的计量精度理论上可以达到1%,但是通过大量的实践证明,由于孔板流量計抗干扰能力较差,现场精度较高能达到2%,一般情况下在3%左右。超声 波流量计的精度则可以达到0.5% 甚至更高。由此可见选择两种不同的计量仪表, 对于测量的影响会有多大。
 
4.測脈動流
由于孔板流量計是靠孔板前后的差压信号来实现流量测量的,脉动流会使孔板前后的差压不准,所以孔板流量計不适合测脉动流,而超聲波流量計可以测量脉动流的强度并消除其干扰,所以它适合测脉动流。
 
5.測雙向流
孔板流量計依据一个节流元件来实现测量目的,这个节流元件具有严格的方向性,因此孔板流量計无法测双向流。超聲波流量計只与超声信号在流体中的传播时间有关,因此可以测双向流。
 
6.測濕氣體
孔板流量計不适合测量湿气体;若被测气体为湿气体,那么在孔板流量計的前端容易积液,使得上下游差压产生变化,而孔板流量計正是根据上下游的压差来测量流 量的,如果差压产生变化,则孔板流量計不可能准确测量气体的流量。超聲波流量計具有自检测功能,如果所测量气体为湿气体,对超聲波流量計产生影响时,仪表 本身可以修正,因此超聲波流量計适用于湿气体的测量(湿气体体积组分含量低于5%)。
 
7.清洗計量管路
孔板流量計本身有阻流件,清洗球无法通过,因此孔板流量計安装在管线上时无法在线清洗计量管路,只有拆除孔板流量計才能清洗管路。而对超聲波流量計来说,不存在这样的问题。
 
8.渦流影響
孔板流量計采用差压法测量气体的流量,涡流直接影响孔板两端的差压,因此孔板流量計对涡流很敏感,要求有很长的直管段才能满足测量精度的要求。新的国际标 准ISO5167已经对孔板流量計上游直管段的长度作了更高的规定:孔板流量計上游直管段至少要有44D,若孔板流量計上游有汇管存在,则上游直管段的长 度至少要有145D。
 
9.流速分布的影響
孔板流量計由于结构原理的限制,要求测量时流速分布均匀,但是由于现场计量管路的复杂性,气体在管路的流速分布是不可能均匀对称的,因此孔板流量計对流速分布不对称很敏感。超聲波流量計可以修正流速分布不对称的现象。
 
10.重複性
对于孔板流量計而言,随着使用过程中孔板边缘的磨损,孔板流量計的精度和重复性都会下降,而超聲波流量計无压损、无示值漂移现象,重复性高。
 
11.工藝管路複雜性比較
对于孔板流量計,由于量程比窄,计量管路多,而且上、下游直管段长,现场工艺管路复杂。超聲波流量計量程比宽,上、下游直管段短,工艺管路简单。
 
12.維修維護率比較
孔板流量計有阻流件,上游易积液、对高含硫的天然气,其孔板磨损快,维修维护率高。超聲波流量計无可动部件,特殊材料的超声探头可以抗H2S 的腐蚀,维护简单。
 
13.一次性投資比較
孔板流量計由于量程比窄,对于相同的流量计量要求,其计量管路多,虽然直接的计量仪表投资少,但是相关的阀门、溫度變送器、壓力變送器、直管段、汇管等一 次性投资多。超聲波流量計单表价格高于孔板流量計,但是由于量程比宽,整个计量回路少,实际站场一次性投资少。3.现场安装比较
   (1) 直管段的长度
孔板流量計上有直管段至少要有44D,若孔板流量計上游有汇管存在,则上游直管段的长度至少要有145D。(详见《国际流量计量学术动态及发展趋势》(《中国计量》2002年)或ISO 5167-2)。
超聲波流量計上、下游直管段要求为10D、5D(《用气体超聲波流量計测量天然气的流量》— 国标GB/T 18604-2001)。
   (2) 安装的影响
对于孔板流量計,安装条件直接影响其计量精度,对现场安装的同心度要求很高。
   (3) 使用条件
由于孔板流量計的原理决定其现场使用条件必须与设计条件相符,压力、流量的适应性差。超聲波流量計对现场的适应性很强,对压力、流量的波动不敏感,有较强的过载能力。
     
二、長期使用的比較 
  (1) 精度变化
孔板流量計由于长期使用,孔板入口边缘磨损,孔板弯曲变形,都会使精度丧失。超聲波流量計由于无磨损、无示值漂移现象,可以长期保持较高的精度。
  (2) 脏污的影响
由于孔板流量計由节流件,长期使用时,脏污物将堆积在孔板的上游,造成差压信号不准,直接影响计量精度。脏污和孔板钝化可造成计量偏差 2~10% 以上。超聲波流量計为中空管段,探头在仪表上部,脏污不易影响探头工作,不会影响计量精度,而且流量计可以检测脏污情况并修正和报警提示、及时进行清洗。
  (3) 故障排除
由于孔板流量計的仪表特性取决于节流件的几何形状和尺寸,需要经常检查节流件,一旦节流件发生变化就必须更换,节流件的寿命取决于气体的组分、流量及压 力。超聲波流量計本身具有很强的自诊断功能,一旦不在正常状况就会报警,并自动记录报警期间的数据,超声探头的使
用寿命至少为 8 年,并可在线更换。
    (4) 备品备件
孔板流量計由于节流件经常磨损、变形,因此需要备多套节流件;超聲波流量計只需要备一套探头,可替换使用。
    (5) 日常维护
孔板流量計需要经常维护,并检查节流件的几何尺寸等参数。在线更换孔板后很难保证不泄漏,使压差不准,难以保证计量精度。
超聲波流量計则可免维护,自检功能qiang大。
    (6) 强检周期
孔板流量計一年一检,一般采用几何检定法。超聲波流量計3 年一检,可以实现在线标定。
    
三、結論 
綜上所述,使用气体超聲波流量計比使用孔板流量計无论从安全性能、技术性能还是从一次性投资以及长期运行费用上都有很大的优势。由于说明问题的需要,本文 中计算和实例均选用较大用气量进行比较,实际通过比较计算一般DN200口径以上流量计选用气体超聲波流量計具有较大优势,DN150特别是以下流量计的 选取由于气体超聲波流量計本身价格因素使用孔板流量計更为经济,但从保证计量精度出发也推荐选用更准确的计量仪表。

 
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