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乙烯流量計(jì)與超聲波流量計(jì)的區(qū)別與優(yōu)勢
點(diǎn)擊次數(shù)：1817 發(fā)布時(shí)間：2021-01-08 07:19:47
在我國能源構(gòu)成中，石油和天然氣始終是處于主導(dǎo)地位，其運(yùn)輸方式仍然離不開長輸和集輸管道工程。在石油和天然氣采集與運(yùn)輸過程中，乙烯流量計(jì)計(jì)特別是高級孔板閥在其中處于絕對的統(tǒng)治地位。伴隨著國內(nèi)石油天然氣事業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，對于高壓、大流量的計(jì)量的需求也旺盛起來，乙烯流量計(jì)由于自身結(jié)構(gòu)的限制其局限性就很明顯了。近來以來，一些新型的流量計(jì)也在國內(nèi)市場嶄露頭角，并取得一系列成功經(jīng)驗(yàn)。*值得一提的是超聲波流量計(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。
一、乙烯流量計(jì)的使用要求
乙烯流量計(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。
(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。
二、技術(shù)性能的比較
2.1量程比低
由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，乙烯流量計(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，*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)，如果采用乙烯流量計(jì)，需要多路才能實(shí)現(xiàn)。
2.2壓損
由于乙烯流量計(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：乙烯流量計(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：（*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
乙烯流量計(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，由于乙烯流量計(jì)抗干擾能力較差，現(xiàn)場精度*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
由于乙烯流量計(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)，所以乙烯流量計(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
乙烯流量計(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，因此乙烯流量計(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
乙烯流量計(jì)不適合測量濕氣體；若被測氣體為濕氣體，那么在乙烯流量計(jì)的前端容易積液，使得上下游差壓產(chǎn)生變化，而乙烯流量計(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，則乙烯流量計(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
乙烯流量計(jì)本身有阻流件，清洗球無法通過，因此乙烯流量計(jì)安裝在管線上時(shí)無法在線清洗計(jì)量管路，只有拆除乙烯流量計(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
乙烯流量計(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，因此乙烯流量計(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)ISO5167已經(jīng)對乙烯流量計(jì)上游直管段的長度作了更高的規(guī)定：乙烯流量計(jì)上游直管段至少要有44D，若乙烯流量計(jì)上游有匯管存在，則上游直管段的長度至少要有145D。
2.9流速分布的影響
乙烯流量計(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，因此乙烯流量計(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
對于乙烯流量計(jì)而言，隨著使用過程中孔板邊緣的磨損，乙烯流量計(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
對于乙烯流量計(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
乙烯流量計(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
乙烯流量計(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)格高于乙烯流量計(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)場安裝比較
(1) 直管段的長度
乙烯流量計(jì)上有直管段至少要有44D，若乙烯流量計(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》— 國標(biāo)GB/T 18604-2001）。
(2) 安裝的影響
對于乙烯流量計(jì)，安裝條件直接影響其計(jì)量精度，對現(xiàn)場安裝的同心度要求很高。
(3) 使用條件
由于乙烯流量計(jì)的原理決定其現(xiàn)場使用條件必須與設(shè)計(jì)條件相符，壓力、流量的適應(yīng)性差。超聲波流量計(jì)對現(xiàn)場的適應(yīng)性*強(qiáng)，對壓力、流量的波動(dòng)不敏感，有較強(qiáng)的過載能力。
三、長期使用的比較
(1) 精度變化
乙烯流量計(jì)由于長期使用，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)由于無磨損、無示值漂移現(xiàn)象，可以長期保持較高的精度。
(2) 臟污的影響
由于乙烯流量計(jì)由節(jié)流件，長期使用時(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
由于乙烯流量計(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
乙烯流量計(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)
乙烯流量計(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
乙烯流量計(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。
四、結(jié)論
綜上所述，使用氣體超聲波流量計(jì)比使用乙烯流量計(jì)無論從安全性能、技術(shù)性能還是從一次性投資以及長期運(yùn)行費(fèi)用上都有很大的優(yōu)勢。由于說明問題的需要，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，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)格因素使用乙烯流量計(jì)更為經(jīng)濟(jì)，但從保證計(jì)量精度出發(fā)也推薦選用更精確的計(jì)量儀表。
一、乙烯流量計(jì)的使用要求
乙烯流量計(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。
(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。
二、技術(shù)性能的比較
2.1量程比低
由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，乙烯流量計(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，*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)，如果采用乙烯流量計(jì)，需要多路才能實(shí)現(xiàn)。
2.2壓損
由于乙烯流量計(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：乙烯流量計(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：（*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
乙烯流量計(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，由于乙烯流量計(jì)抗干擾能力較差，現(xiàn)場精度*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
由于乙烯流量計(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)，所以乙烯流量計(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
乙烯流量計(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，因此乙烯流量計(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
乙烯流量計(jì)不適合測量濕氣體；若被測氣體為濕氣體，那么在乙烯流量計(jì)的前端容易積液，使得上下游差壓產(chǎn)生變化，而乙烯流量計(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，則乙烯流量計(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
乙烯流量計(jì)本身有阻流件，清洗球無法通過，因此乙烯流量計(jì)安裝在管線上時(shí)無法在線清洗計(jì)量管路，只有拆除乙烯流量計(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
乙烯流量計(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，因此乙烯流量計(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)ISO5167已經(jīng)對乙烯流量計(jì)上游直管段的長度作了更高的規(guī)定：乙烯流量計(jì)上游直管段至少要有44D，若乙烯流量計(jì)上游有匯管存在，則上游直管段的長度至少要有145D。
2.9流速分布的影響
乙烯流量計(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，因此乙烯流量計(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
對于乙烯流量計(jì)而言，隨著使用過程中孔板邊緣的磨損，乙烯流量計(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
對于乙烯流量計(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
乙烯流量計(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
乙烯流量計(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)格高于乙烯流量計(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)場安裝比較
(1) 直管段的長度
乙烯流量計(jì)上有直管段至少要有44D，若乙烯流量計(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》— 國標(biāo)GB/T 18604-2001）。
(2) 安裝的影響
對于乙烯流量計(jì)，安裝條件直接影響其計(jì)量精度，對現(xiàn)場安裝的同心度要求很高。
(3) 使用條件
由于乙烯流量計(jì)的原理決定其現(xiàn)場使用條件必須與設(shè)計(jì)條件相符，壓力、流量的適應(yīng)性差。超聲波流量計(jì)對現(xiàn)場的適應(yīng)性*強(qiáng)，對壓力、流量的波動(dòng)不敏感，有較強(qiáng)的過載能力。
三、長期使用的比較
(1) 精度變化
乙烯流量計(jì)由于長期使用，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)由于無磨損、無示值漂移現(xiàn)象，可以長期保持較高的精度。
(2) 臟污的影響
由于乙烯流量計(jì)由節(jié)流件，長期使用時(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
由于乙烯流量計(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
乙烯流量計(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)
乙烯流量計(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
乙烯流量計(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。
四、結(jié)論
綜上所述，使用氣體超聲波流量計(jì)比使用乙烯流量計(jì)無論從安全性能、技術(shù)性能還是從一次性投資以及長期運(yùn)行費(fèi)用上都有很大的優(yōu)勢。由于說明問題的需要，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，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)格因素使用乙烯流量計(jì)更為經(jīng)濟(jì)，但從保證計(jì)量精度出發(fā)也推薦選用更精確的計(jì)量儀表。