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    在我國長輸和集輸管道的工程實(shí)踐中，孔板流量計(jì)特別是高級孔板閥長期占據(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(jì)量方面，孔板流量計(jì)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(jì)在國外取得理論和實(shí)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(yàn)。特別是超聲波流量計(jì)在高壓、大流量場合具有明顯優(yōu)勢，大有取代高級孔板閥之勢。由于認(rèn)識(shí)的誤區(qū)很多人認(rèn)為超聲波流量計(jì)性能好但價(jià)格昂貴，事實(shí)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(jì)的使用要求

孔板流量計(jì)（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(shí)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。

表1  超聲波流量計(jì)與孔板流量計(jì)技術(shù)性能的比較

    (3) 流態(tài)：流動(dòng)應(yīng)是連續(xù)、穩(wěn)定的，不是脈動(dòng)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（見表1）

2.1  量程比低

    由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，孔板流量計(jì)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，最高可達(dá)1：10，而超聲波流量計(jì)沒有任何阻流件，其量程比可達(dá)1：200。

    這兩個(gè)數(shù)據(jù)表明：如果實(shí)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(jì)只需要一路工藝計(jì)量回路就可以實(shí)現(xiàn)，如果采用孔板流量計(jì)，需要多路才能實(shí)現(xiàn)。

2.2  壓損

    由于孔板流量計(jì)的結(jié)構(gòu)有阻流件，超聲波流量計(jì)沒有阻流件，那么顯而易見：孔板流量計(jì)的壓損很大，超聲波流量計(jì)壓損實(shí)際可以忽略不計(jì)。節(jié)流裝置能耗計(jì)算如下：

    以下以1個(gè)典型用戶用氣參數(shù)進(jìn)行能耗計(jì)算：用氣量160×104m3/d，用氣壓力0.6MPa。

    節(jié)流裝置壓力損失計(jì)算式：（最大刻度差壓50kPa、β=0.68）

    δP=（1-0.24β-0.52β2-0.16β3）ΔP
       =0.5486×50
       =27.43kPa

    節(jié)流裝置能耗計(jì)算式：（壓縮機(jī)效率η=0.8）

    W=δp×QV/η
    = 27430×18.5185/0.8
    =634953W

計(jì)算耗能費(fèi)：能源價(jià)0.4元/kWh

耗能費(fèi)(年)=(W/1000)×(運(yùn)行時(shí)數(shù)/年)×(元/ kWh)
                  =(634953/1000) ×365×24×0.4
                  =2224876(元/年)

該計(jì)算僅只是能耗損失，不包括壓縮機(jī)運(yùn)行等費(fèi)用。

2.3  精度

    孔板流量計(jì)的計(jì)量精度理論上可以達(dá)到1%，但是通過大量的實(shí)踐證明，由于孔板流量計(jì)抗干擾能力較差，現(xiàn)場精度最高能達(dá)到2%，一般情況下在3%左右。

超聲波流量計(jì)的精度則可以達(dá)到0.5% 甚至更高。

    假定某個(gè)計(jì)量站的輸氣量為350萬Nm3/天，工業(yè)用氣每標(biāo)方的價(jià)格為0.6元，費(fèi)用偏差比較見表2。

表2

由此可見選擇兩種不同的計(jì)量儀表， 對于測量的影響會(huì)有多大。

2.4  測脈動(dòng)流

    由于孔板流量計(jì)是靠孔板前后的差壓信號(hào)來實(shí)現(xiàn)流量測量的，脈動(dòng)流會(huì)使孔板前后的差壓不準(zhǔn)， 所以孔板流量計(jì)不適合測脈動(dòng)流， 而超聲波流量計(jì)可以測量脈動(dòng)流的強(qiáng)度并消除其干擾，所以它適合測脈動(dòng)流。

2.5  測雙向流

    孔板流量計(jì)依據(jù)一個(gè)節(jié)流元件來實(shí)現(xiàn)測量目的， 這個(gè)節(jié)流元件具有嚴(yán)格的方向性，因此孔板流量計(jì)無法測雙向流。超聲波流量計(jì)只與超聲信號(hào)在流體中的傳播時(shí)間有關(guān)，因此可以測雙向流。

2.6  測濕氣體

    孔板流量計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)不可能準(zhǔn)確測量氣體的流量。

    超聲波流量計(jì)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(jì)產(chǎn)生影響時(shí)，儀表本身可以修正，因此超聲波流量計(jì)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(jì)量管路

    孔板流量計(jì)本身有阻流件， 清洗球無法通過，因此孔板流量計(jì)安裝在管線上時(shí)無法在線清洗計(jì)量管路，只有拆除孔板流量計(jì)才能清洗管路。而對超聲波流量計(jì)來說，不存在這樣的問題。

2.8  渦流影響

    孔板流量計(jì)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(jì)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。 新的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 5167已經(jīng)對孔板流量計(jì)上游直管段的長度作了更高的規(guī)定：孔板流量計(jì)上游直管段至少要有44D，若孔板流量計(jì)上游有匯管存在，則上游直管段的長度至少要有145D。（詳見《國際流量計(jì)量學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢》（《中國計(jì)量》2002年）或ISO 5167-2）。

    英國烴源公司下屬的南莫克姆天然氣計(jì)量站改造時(shí)， 請英國國家工程實(shí)驗(yàn)室（NEL）做了詳細(xì)的流體動(dòng)力學(xué)分析， NEL經(jīng)過大量試驗(yàn)得出結(jié)論：原ISO5167規(guī)定的上游18D直管段確實(shí)無法滿足對計(jì)量精度的要求，修改后的ISO5167-2對直管段的長度規(guī)定是必須的。

    而大多多聲道的超聲波流量計(jì)本身具有對渦流強(qiáng)度的分析能力，可以消除渦流對流量測量的影響，對渦流不敏感。

2.9  流速分布的影響

    孔板流量計(jì)由于結(jié)構(gòu)原理的限制，要求測量時(shí)流速分布均勻，但是由于現(xiàn)場計(jì)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(jì)對流速分布不對稱非常敏感。

    超聲波流量計(jì)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(jì)而言，隨著使用過程中孔板邊緣的磨損， 孔板流量計(jì)的精度和重復(fù)性都會(huì)下降，而超聲波流量計(jì)無壓損、無示值漂移現(xiàn)象，重復(fù)性高。

2.11  工藝管路復(fù)雜性比較

    對于孔板流量計(jì)，由于量程比窄，計(jì)量管路多，而且上、下游直管段長，現(xiàn)場工藝管路復(fù)雜。

    超聲波流量計(jì)量程比寬，上、下游直管段短，工藝管路簡單。

2.12  維修維護(hù)率比較

    孔板流量計(jì)有阻流件，上游易積液、對高含硫的天然氣，其孔板磨損快，維修維護(hù)率高。

    超聲波流量計(jì)無可動(dòng)部件，特殊材料的超聲探頭可以抗H2S的腐蝕，維護(hù)簡單。

2.13  一次性投資比較

    孔板流量計(jì)由于量程比窄，對于相同的流量計(jì)量要求，其計(jì)量管路多，雖然直接的計(jì)量儀表投資少，但是相關(guān)的閥門、溫度變送器、壓力變送器、直管段、匯管等一次性投資多。

    超聲波流量計(jì)單表價(jià)格高于孔板流量計(jì)，但是由于量程比寬，整個(gè)計(jì)量回路少，實(shí)際站場一次性投資少。

3  現(xiàn)場安裝使用的比較（見表3）

表3

(1)  直管段的長度

    孔板流量計(jì)上有直管段至少要有44D，若孔板流量計(jì)上游有匯管存在，則上游直管段的長度至少要有145D。（詳見《國際流量計(jì)量學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢》（《中國計(jì)量》2002年）或ISO 5167-2）。
超聲波流量計(jì)上、下游直管段要求為10D、5D（《用氣體超聲波流量計(jì)測量天然氣的流量》