超聲波流量計(jì)和孔板流量計(jì)的區(qū)別與優(yōu)勢(shì)

   在我國(guó)長(zhǎng)輸和集輸管道的工程實(shí)踐中，孔板流量計(jì)特別是孔板閥長(zhǎng)期占據(jù)統(tǒng)治地位。而隨著我國(guó)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(lái)越受到自身結(jié)構(gòu)的限制而顯示出其局限性。近年來(lái)一些新型的流量計(jì)在國(guó)外取得理論和實(shí)踐成功的基礎(chǔ)上，也積極投身國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，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(chǎng)合具有明顯優(yōu)勢(shì)，大有取代孔板閥之勢(shì)。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(guò)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(duì)管道的要求：
      (1)　 流體：應(yīng)是單相、均質(zhì)的牛頓流體，在通過(guò)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(zhǎng)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(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
      2.1量程比低
      由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，孔板流量計(jì)是通過(guò)節(jié)流件來(lái)完成測(cè)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(jì)沒(méi)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(cè)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(méi)有阻流件，那么顯而易見(jiàn)：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(hù)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：（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(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(guò)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(chǎng)精度zui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。由此可見(jiàn)選擇兩種不同的計(jì)量?jī)x表， 對(duì)于測(cè)量的影響會(huì)有多大。
       2.4測(cè)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(lái)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)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(cè)脈動(dòng)流，而超聲波流量計(jì)可以測(cè)量脈動(dòng)流的強(qiáng)度并消除其干擾，所以它適合測(cè)脈動(dòng)流。
      2.5測(cè)雙向流
      孔板流量計(jì)依據(jù)一個(gè)節(jié)流元件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)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(wú)法測(cè)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(cè)雙向流。
      2.6測(cè)濕氣體
孔板流量計(jì)不適合測(cè)量濕氣體；若被測(cè)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(lái)測(cè)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(cè)量氣體的流量。超聲波流量計(jì)具有自檢測(cè)功能，如果所測(cè)量氣體為濕氣體，對(duì)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(cè)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(wú)法通過(guò)，因此孔板流量計(jì)安裝在管線上時(shí)無(wú)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(duì)超聲波流量計(jì)來(lái)說(shuō)，不存在這樣的問(wèn)題。
      2.8渦流影響
      孔板流量計(jì)采用差壓法測(cè)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(duì)渦流很敏感，要求有很長(zhǎng)的直管段才能滿(mǎn)足測(cè)量精度的要求。新的標(biāo)準(zhǔn)ISO5167已經(jīng)對(duì)孔板流量計(jì)上游直管段的長(zhǎng)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(zhǎng)度至少要有145D。
      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(cè)量時(shí)流速分布均勻，但是由于現(xiàn)場(chǎng)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(chēng)的，因此孔板流量計(jì)對(duì)流速分布不對(duì)稱(chēng)非常敏感。超聲波流量計(jì)可以修正流速分布不對(duì)稱(chēng)的現(xiàn)象。
      2.10重復(fù)性
      對(duì)于孔板流量計(jì)而言，隨著使用過(guò)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(wú)壓損、無(wú)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(duì)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(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)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(duì)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(wú)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(jiǎn)單。
      2.13一次性投資比較
      孔板流量計(jì)由于量程比窄，對(duì)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?jī)x表投資少，但是相關(guān)的閥門(mén)、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(chǎng)一次性投資少。3.現(xiàn)場(chǎng)安裝比較
       (1) 直管段的長(zhǎng)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(zhǎng)度至少要有145D。（詳見(jiàn)《流量計(jì)量學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)》（《中國(guó)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(cè)量天然氣的流量》— 國(guó)標(biāo)GB/T 18604-2001）。
      (2) 安裝的影響
      對(duì)于孔板流量計(jì)，安裝條件直接影響其計(jì)量精度，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝的同心度要求很高。
      (3) 使用條件
      由于孔板流量計(jì)的原理決定其現(xiàn)場(chǎng)使用條件必須與設(shè)計(jì)條件相符，壓力、流量的適應(yīng)性差。超聲波流量計(jì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的適應(yīng)性*，對(duì)壓力、流量的波動(dòng)不敏感，有較強(qiáng)的過(guò)載能力。
      4長(zhǎng)期使用的比較
      (1) 精度變化
      孔板流量計(jì)由于長(zhǎng)期使用，孔板入口邊緣磨損，孔板彎曲變形，都會(huì)使精度喪失。超聲波流量計(jì)由于無(wú)磨損、無(wú)示值漂移現(xiàn)象，可以長(zhǎng)期保持較高的精度。
      (2) 臟污的影響
由于孔板流量計(jì)由節(jié)流件，長(zhǎng)期使用時(shí)，臟污物將堆積在孔板的上游，造成差壓信號(hào)不準(zhǔn)，直接影響計(jì)量精度。臟污和孔板鈍化可造成計(jì)量偏差 2～10% 以上。超聲波流量計(jì)為中空管段，探頭在儀表上部，臟污不易影響探頭工作，不會(huì)影響計(jì)量精度，而且流量計(jì)可以檢測(cè)臟污情況并修正和報(bào)警提示、及時(shí)進(jìn)行清洗。
      (3) 故障排除
      由于孔板流量計(jì)的儀表特性取決于節(jié)流件的幾何形狀和尺寸，需要經(jīng)常檢查節(jié)流件，一旦節(jié)流件發(fā)生變化就必須更換，節(jié)流件的壽命取決于氣體的組分、流量及壓力。超聲波流量計(jì)本身具有很強(qiáng)的自診斷功能，一旦不在正常狀況就會(huì)報(bào)警，并自動(dòng)記錄報(bào)警期間的數(shù)據(jù)，超聲探頭的使
用壽命至少為 8 年，并可在線更換。
      (4) 備品備件
孔板流量計(jì)由于節(jié)流件經(jīng)常磨損、變形，因此需要備多套節(jié)流件；超聲波流量計(jì)只需要備一套探頭，可替換使用。
      (5) 日常維護(hù)
      孔板流量計(jì)需要經(jīng)常維護(hù)，并檢查節(jié)流件的幾何尺寸等參數(shù)。在線更換孔板后很難保證不泄漏，使壓差不準(zhǔn)，難以保證計(jì)量精度。
超聲波流量計(jì)則可免維護(hù)，自檢功能強(qiáng)大。
      (6) 強(qiáng)檢周期
      孔板流量計(jì)一年一檢，一般采用幾何檢定法。超聲波流量計(jì)3 年一檢，可以實(shí)現(xiàn)在線標(biāo)定。
      5、結(jié)論
      綜上所述，使用氣體超聲波流量計(jì)比使用孔板流量計(jì)無(wú)論從安全性能、技術(shù)性能還是從一次性投資以及長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用上都有很大的優(yōu)勢(shì)。由于說(shuō)明問(wèn)題的需要，本文中計(jì)算和實(shí)例均選用較大用氣量進(jìn)行比較，實(shí)際通過(guò)比較計(jì)算一般DN200口徑以上流量計(jì)選用氣體超聲波流量計(jì)具有較大優(yōu)勢(shì)，DN150特別是以下流量計(jì)的選取由于氣體超聲波流量計(jì)本身價(jià)格因素使用孔板流量計(jì)更為經(jīng)濟(jì)，但從保證計(jì)量精度出發(fā)也推薦選用更的計(jì)量?jī)x表。