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  行业资讯
孔板流量计和超声波流量计使用差异
2011-5-17 15:46:49

孔板流量计超声波流量计使用差异

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;在受到节流元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

表1 超声波流量计孔板流量计技术性能的比较

技术性能

孔板流量计

超声波流量计

量程比

1:3-10

1:40-200

压损

很大

精度

理论上1%;现场一般2%

一般0.5%

测脉动流

不合适

适合

测双向流

不可以

可以

测湿气体

不可以

可以

清洗管路

不可以

可以

涡流影响

敏感

不敏感

流速分布影响

敏感

不敏感

重复性

工艺管路复杂程度

维修维护率

一次性投资

安全性

2.1 量程比

由于结构特点,孔板流量计是通过节流元件来完成测量的,所以其量程比通常只有1:3,最高可达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:(最大刻度差压50kPa、β =0.68)

δP=(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= δ p ×QV/ η
= 27430×18.5185/0.8
=634953W

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,现场精度最高能达到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。

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ISO 5167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。(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)。英国烃源公司下属的南莫克姆天然气计量站改造时, 请英国国家工程实验室(NEL)做了详细的流体动力学分析, NEL经过大量试验得出结论:原ISO5167规定的上游18D直管段确实无法满足对计量精度的要求,修改后的ISO5167-2对直管段的长度规定是必须的。

而大多多声道的超声波流量计本身具有对涡流强度的分析能力,可以消除涡流对流量测量的影响,对涡流不敏感。

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。

2.11 工艺管路复杂性比较

对于孔板流量计,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。

超声波流量计量程比宽,上、下游直管段短,工艺管路简单。

2.12 维修维护率比较

孔板流量计有阻流件,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。

超声波流量计无可动部件,特殊材料的超声探头可以抗H2S 的腐蚀,维护简单。

2.13 一次性投资比较

孔板流量计由于量程比窄,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、温度变送器、压力变送器、直管段、汇管等一次性投资多。

超声波流量计单表价格高于孔板流量计,但是由于量程比宽,整个计量回路少,实际现场一次性投资少。

3 现场安装使用的比较(见表2)

表2 现场安装使用比较

 

孔板流量计

超声流量计

直管段要求

要求直管段长度44D以上

前10D,后5D

安装影响

对同心度要求严格,安装复杂

要求不高,法兰连接,安装简单

使用条件

使用条件必须符合设计条件

可过载145%,适应性强

(1) 直管段的长度

孔板流量计上有直管段至少要有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。(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)。

超声波流量计上、下游直管段要求为10D、5D(《用气体超声波流量计测量天然气的流量》— 国标GB/T 18604-2001)。

(2) 安装的影响

对于孔板流量计,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

由于孔板流量计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。

超声波流量计对现场的适应性极强,对压力、流量的波动不敏感,有较强的过载能力。

4 长期使用的比较

(1) 精度变化

孔板流量计由于长期使用,孔板入口边缘磨损,孔板弯曲变形,都会使精度丧失。

超声波流量计由于无磨损、无示值漂移现象,可以长期保持较高的精度。

(2) 脏污的影响

由于孔板流量计由节流件,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。

超声波流量计为中空管段,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

由于孔板流量计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。

超声波流量计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

孔板流量计由于节流件经常磨损、变形,因此需要备多套节流件;超声波流量计只需要备一套探头,可替换使用。

(5) 日常维护

孔板流量计需要经常维护,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。超声波流量计则可免维护,自检功能强大。

(6) 强检周期

孔板流量计一年一检,一般采用几何检定法。超声波流量计3年一检,可以实现在线标定。

本文来自》江苏东祥仪表新闻资讯