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技術(shù)文章

超聲波流量計與孔板流量計的比較

閱讀:770發(fā)布時間:2010-1-13

在我國長輸和集輸管道的工程實踐中,孔板流量計特別是孔板閥長期占據(jù)統(tǒng)治地位。而隨著我國石油天然氣事業(yè)的大規(guī)模發(fā)展,在高壓、大流量計量方面,孔板流量計越來越受到自身結(jié)構(gòu)的限制而顯示出其局限性。近年來一些新型的流量計在國外取得理論和實踐成功的基礎(chǔ)上,也積極投身國內(nèi)市場,取得一系列成功經(jīng)驗。特別是超聲波流量計在高壓、大流量場合具有明顯優(yōu)勢,大有取代孔板閥之勢。由于認(rèn)識的誤區(qū)很多人認(rèn)為超聲波流量計性能好但價格昂貴,事實是不是如此
呢?我們通過一系列比較可以得到更正確的結(jié)論。

1  孔板流量計的使用要求
孔板流量計(流量與差壓的平方成正比)的使用條件、使用范圍和對管道的要求:
(1)  流體:應(yīng)是單相、均質(zhì)的牛頓流體,在通過節(jié)流裝置時不發(fā)生相變和析出雜質(zhì),在節(jié)流裝置中不得有任何形式的物質(zhì)黏附或聚集。
(2)  管道:僅適用于圓管,管徑大小有一定限制,上下游有很長的直管段,而且節(jié)流件上游 10D、下游 4D直管段的內(nèi)表面粗糙度、圓度要嚴(yán)格符合具體規(guī)定。
(3)  流態(tài):流動應(yīng)是連續(xù)、穩(wěn)定的,不是脈動流;在受到節(jié)流件影響前已形成典型的、充分發(fā)展的流速分布(紊流速度分布),流線與管軸線平行,不得為旋轉(zhuǎn)流。

2  技術(shù)性能的比較
2.1  量程比低
由于結(jié)構(gòu)特點,孔板流量計是通過節(jié)流件來完成測量的,所以其量程比通常只有1:3,zui高可達(dá)1:10,而超聲波流量計沒有任何阻流件,其量程比可達(dá) 1:200。這兩個數(shù)據(jù)表明:如果實現(xiàn)一種測量方案,假定其流量范圍是從1m3/h~40m3/h,使用超聲波流量計只需要一路工藝計量回路就可以實現(xiàn),如果采用孔板流量計,需要多路才能實現(xiàn)。
2.2  壓損
由于孔板流量計的結(jié)構(gòu)有阻流件,超聲波流量計沒有阻流件,那么顯而易見:孔板流量計的壓損很大,超聲波流量計壓損實際可以忽略不計。節(jié)流裝置能耗計算如下:
以下以 1 個典型用戶用氣參數(shù)進行能耗計算:用氣量160× 104m3/d,用氣壓力 0.6MPa。
節(jié)流裝置壓力損失計算式:(zui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
節(jié)流裝置能耗計算式:(壓縮機效率η =0.8)
W= δp ×QV/η
= 27430×18.5185/0.8
=634953W

計算耗能費:能源價 0.4 元 /kWh
耗能費(年)=(W/1000)×(運行時數(shù)/年)×(元/ kWh)
=(634953/1000) ×365×24×0.4
=2224876(元/年)
該計算僅只是能耗損失,不包括壓縮機運行等費用。

2.3  精度
孔板流量計的計量精度理論上可以達(dá)到 1%,但是通過大量的實踐證明,由于孔板流量計抗*力較差,現(xiàn)場精度zui高能達(dá)到 2%,一般情況下在3% 左右。超聲波流量計的精度則可以達(dá)到 0.5% 甚至更高。假定某個計量站的輸氣量為350萬Nm3/天,工業(yè)用氣每標(biāo)方
的價格為0.6 元,費用偏差比較見表1。
表1

  孔板流量計 超聲波流量計
精度 4.2萬RMB .05 萬RMB
費用偏差(天) 1533萬 383.25萬
費用偏差(年)    


 

 

 

 

 

 

 

由此可見選擇兩種不同的計量儀表,對于測量的影響會有多大。

2.4  測脈動流
由于孔板流量計是靠孔板前后的差壓信號來實現(xiàn)流量測量的,脈動流會使孔板前后的差壓不準(zhǔn),所以孔板流量計不適合測脈動流,而超聲波流量計可以測量脈動流的強度并消除其干擾,所以它適合測脈動流。
2.5  測雙向流
孔板流量計依據(jù)一個節(jié)流元件來實現(xiàn)測量目的,這個節(jié)流元件具有嚴(yán)格的方向性,因此孔板流量計無法測雙向流。超聲波流量計只與超聲信號在流體中的傳播時間有關(guān),因此可以測雙向流。
2.6  測濕氣體
孔板流量計不適合測量濕氣體;若被測氣體為濕氣體,那么在孔板流量計的前端容易積液,使得上下游差壓產(chǎn)生變化,而孔板流量計正是根據(jù)上下游的壓差來測量流量的,如果差壓產(chǎn)生變化,則孔板流量計不可能準(zhǔn)確測量氣體的流量。超聲波流量計具有自檢測功能,如果所測量氣體為濕氣體,對超聲波流量計產(chǎn)生影響時,儀表本身可以修正,因此超聲波流量計適用于濕氣體的測量(濕氣體體積組分含量低于5%)。
2.7  清洗計量管路
孔板流量計本身有阻流件,清洗球無法通過,因此孔板流量計安裝在管線上時無法在線清洗計量管路,只有拆除孔板流量計才能清洗管路。而對超聲波流量計來說,不存在這樣的問題。
2.8  渦流影響
孔板流量計采用差壓法測量氣體的流量,渦流直接影響孔板兩端的差壓,因此孔板流量計對渦流很敏感,要求有很長的直管段才能滿足測量精度的要求。新的標(biāo)準(zhǔn)ISO5167已經(jīng)對孔板流量計上游直管段的長度作了更高的規(guī)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匯管存在,則上游直管段的長度至少要有145D。

2.9  流速分布的影響
孔板流量計由于結(jié)構(gòu)原理的限制,要求測量時流速分布均勻,但是由于現(xiàn)場計量管路的復(fù)雜性,氣體在管路的流速分布是不可能均勻?qū)ΨQ的,因此孔板流量計對流速分布不對稱非常敏感。超聲波流量計可以修正流速分布不對稱的現(xiàn)象。
2.10  重復(fù)性
對于孔板流量計而言,隨著使用過程中孔板邊緣的磨損,孔板流量計的精度和重復(fù)性都會下降,而超聲波流量計無壓損、無示值漂移現(xiàn)象,重復(fù)性高。


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