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超声波流量计与孔板流量计的比较
点击次数:901 发布时间:2017-07-05

在我国长输和集输管道的工程实践中,孔板流量计特别是孔板阀长期占据统治地位。而随着我国石油天然气事业的大规模发展,在高压、大流量计量方面,孔板流量计越来越受到自身结构的限制而显示出其局限性。近年来一些新型的流量计在国外取得理论和实践成功的基础上,也积极投身国内市场,取得一系列成功经验。特别是超声波流量计在高压、大流量场合具有明显优势,大有取代孔板阀之势。由于认识的误区很多人认为超声波流量计性能好但价格昂贵,事实是不是如此
呢?我们通过一系列比较可以得到更正确的结论。

1  孔板流量计的使用要求
孔板流量计(流量与差压的平方成正比)的使用条件、使用范围和对管道的要求:
(1)  流体:应是单相、均质的牛顿流体,在通过节流装置时不发生相变和析出杂质,在节流装置中不得有任何形式的物质黏附或聚集。
(2)  管道:仅适用于圆管,管径大小有一定限制,上下游有很长的直管段,而且节流件上游 10D、下游 4D直管段的内表面粗糙度、圆度要严格符合具体规定。
(3)  流态:流动应是连续、稳定的,不是脉动流;在受到节流件影响前已形成典型的、充分发展的流速分布(紊流速度分布),流线与管轴线平行,不得为旋转流。

2  技术性能的比较
2.1  量程比低
由于结构特点,孔板流量计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,而超声波流量计没有任何阻流件,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,使用超声波流量计只需要一路工艺计量回路就可以实现,如果采用孔板流量计,需要多路才能实现。
2.2  压损
由于孔板流量计的结构有阻流件,超声波流量计没有阻流件,那么显而易见:孔板流量计的压损很大,超声波流量计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。
节流装置压力损失计算式:(zui大刻度差压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。

2.3  精度
孔板流量计的计量精度理论上可以达到 1%,但是通过大量的实践证明,由于孔板流量计抗干扰能力较差,现场精度zui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。假定某个计量站的输气量为350万Nm3/天,工业用气每标方
的价格为0.6 元,费用偏差比较见表1。
表1

  孔板流量计 超声波流量计
精度 4.2万RMB .05 万RMB
费用偏差(天) 1533万 383.25万
费用偏差(年)    


 

 

 

 

 

 

 

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。

2.4  测脉动流
由于孔板流量计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,所以孔板流量计不适合测脉动流,而超声波流量计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。
2.5  测双向流
孔板流量计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,因此孔板流量计无法测双向流。超声波流量计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。
2.6  测湿气体
孔板流量计不适合测量湿气体;若被测气体为湿气体,那么在孔板流量计的前端容易积液,使得上下游差压产生变化,而孔板流量计正是根据上下游的压差来测量流量的,如果差压产生变化,则孔板流量计不可能准确测量气体的流量。超声波流量计具有自检测功能,如果所测量气体为湿气体,对超声波流量计产生影响时,仪表本身可以修正,因此超声波流量计适用于湿气体的测量(湿气体体积组分含量低于5%)。
2.7  清洗计量管路
孔板流量计本身有阻流件,清洗球无法通过,因此孔板流量计安装在管线上时无法在线清洗计量管路,只有拆除孔板流量计才能清洗管路。而对超声波流量计来说,不存在这样的问题。
2.8  涡流影响
孔板流量计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,因此孔板流量计对涡流很敏感,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已经对孔板流量计上游直管段的长度作了更高的规定:孔板流量计上游直管段至少要有44D,若孔板流量计上游有汇管存在,则上游直管段的长度至少要有145D。

2.9  流速分布的影响
孔板流量计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,因此孔板流量计对流速分布不对称非常敏感。超声波流量计可以修正流速分布不对称的现象。
2.10  重复性
对于孔板流量计而言,随着使用过程中孔板边缘的磨损,孔板流量计的精度和重复性都会下降,而超声波流量计无压损、无示值漂移现象,重复性高。

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