氟氣管道流量計與超聲波流量計的區別與優勢

在我國能源構成中₪✘，石油和天然氣始終是處於主導地位₪✘，其運輸方式仍然離不開長輸和集輸管道工程☁↟₪。在石油和天然氣採集與運輸過程中₪✘，氟氣管道流量計計特別是高階孔板閥在其中處於絕對的統治地位☁↟₪。伴隨著國內石油天然氣事業的大規模發展₪✘，對於高壓₪✘·◕、大流量的計量的需求也旺盛起來₪✘，氟氣管道流量計由於自身結構的限制其侷限性就很明顯了☁↟₪。近來以來₪✘，一些新型的流量計也在國內市場嶄露頭角₪✘，並取得一系列成功經驗☁↟₪。最值得一提的是超聲波流量計在高壓₪✘·◕、大流量場合具有明顯優勢₪✘，大有取代高階孔板閥之勢☁↟₪。由於認識的誤區很多人認為超聲波流量計效能好但價格昂貴₪✘，事實是不是如此呢▩₪│▩✘？我們透過一系列比較可以得到更正確的結論☁↟₪。
一₪✘·◕、氟氣管道流量計的使用要求
氟氣管道流量計（流量與差壓的平方成正比）的使用條件₪✘·◕、使用範圍和對管道的要求◕·：
 (1)流體◕·：應是單相₪✘·◕、均質的牛頓流體₪✘，在透過節流裝置時不發生相變和析出雜質₪✘，在節流裝置中不得有任何形式的物質黏附或聚集☁↟₪。
 (2)管道◕·：僅適用於圓管₪✘，管徑大小有一定限制₪✘，上下游有很長的直管段₪✘，而且節流件上游 10D₪✘·◕、下游 4D直管段的內表面粗糙度₪✘·◕、圓度要嚴格符合具體規定☁↟₪。
 (3)流態◕·：流動應是連續₪✘·◕、穩定的₪✘，不是脈動流；在受到節流件影響前已形成典型的₪✘·◕、充分發展的流速分佈（紊流速度分佈）₪✘，流線與管軸線平行₪✘，不得為旋轉流☁↟₪。
二₪✘·◕、技術性能的比較 
2.1量程比低
由於結構特點₪✘，氟氣管道流量計是透過節流件來完成測量的₪✘，所以其量程比通常只有1◕·：3₪✘，最高可達1◕·：10₪✘，而超聲波流量計沒有任何阻流件₪✘，其量程比可達 1◕·：200☁↟₪。這兩個資料表明◕·：如果實現一種測量方案₪✘，假定其流量範圍是從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₪✘，如果採用氟氣管道流量計₪✘，需要多路才能實現☁↟₪。
2.2壓損
由於氟氣管道流量計的結構有阻流件₪✘，超聲波流量計沒有阻流件₪✘，那麼顯而易見◕·：氟氣管道流量計的壓損很大₪✘，超聲波流量計壓損實際可以忽略不計☁↟₪。節流裝置能耗計算如下◕·：
以下以 1 個典型使用者用氣引數進行能耗計算◕·：用氣量160× 104m3/d₪✘，用氣壓力 0.6MPa☁↟₪。
節流裝置壓力損失計算式◕·：（最大刻度差壓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)×(執行時數/年)×(元/ kWh)
=(634953/1000) ×365×24×0.4
=2224876(元/年)
該計算僅只是能耗損失₪✘，不包括壓縮機執行等費用☁↟₪。
2.3精度
氟氣管道流量計的計量精度理論上可以達到1%₪✘，但是透過大量的實踐證明₪✘，由於氟氣管道流量計抗干擾能力較差₪✘，現場精度最高能達到2%₪✘，一般情況下在3%左右☁↟₪。超聲波流量計的精度則可以達到0.5% 甚至更高☁↟₪。由此可見選擇兩種不同的計量儀表₪✘， 對於測量的影響會有多大☁↟₪。
2.4測脈動流
由於氟氣管道流量計是靠孔板前後的差壓訊號來實現流量測量的₪✘，脈動流會使孔板前後的差壓不準₪✘，所以氟氣管道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並消除其干擾₪✘，所以它適合測脈動流☁↟₪。
2.5測雙向流
氟氣管道流量計依據一個節流元件來實現測量目的₪✘，這個節流元件具有嚴格的方向性₪✘，因此氟氣管道流量計無法測雙向流☁↟₪。超聲波流量計只與超聲訊號在流體中的傳播時間有關₪✘，因此可以測雙向流☁↟₪。
2.6測溼氣體
氟氣管道流量計不適合測量溼氣體；若被測氣體為溼氣體₪✘，那麼在氟氣管道流量計的前端容易積液₪✘，使得上下游差壓產生變化₪✘，而氟氣管道流量計正是根據上下游的壓差來測量流量的₪✘，如果差壓產生變化₪✘，則氟氣管道流量計不可能準確測量氣體的流量☁↟₪。超聲波流量計具有自檢測功能₪✘，如果所測量氣體為溼氣體₪✘，對超聲波流量計產生影響時₪✘，儀表本身可以修正₪✘，因此超聲波流量計適用於溼氣體的測量（溼氣體體積組分含量低於5%）☁↟₪。
2.7清洗計量管路
氟氣管道流量計本身有阻流件₪✘，清洗球無法透過₪✘，因此氟氣管道流量計安裝在管線上時無法線上清洗計量管路₪✘，只有拆除氟氣管道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
氟氣管道流量計採用差壓法測量氣體的流量₪✘，渦流直接影響孔板兩端的差壓₪✘，因此氟氣管道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☁↟₪。新的國際標準ISO5167已經對氟氣管道流量計上游直管段的長度作了更高的規定◕·：氟氣管道流量計上游直管段至少要有44D₪✘，若氟氣管道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流速分佈的影響
氟氣管道流量計由於結構原理的限制₪✘，要求測量時流速分佈均勻₪✘，但是由於現場計量管路的複雜性₪✘，氣體在管路的流速分佈是不可能均勻對稱的₪✘，因此氟氣管道流量計對流速分佈不對稱非常敏感☁↟₪。超聲波流量計可以修正流速分佈不對稱的現象☁↟₪。
2.10重複性
對於氟氣管道流量計而言₪✘，隨著使用過程中孔板邊緣的磨損₪✘，氟氣管道流量計的精度和重複性都會下降₪✘，而超聲波流量計無壓損₪✘·◕、無示值漂移現象₪✘，重複性高☁↟₪。
2.11工藝管路複雜性比較
對於氟氣管道流量計₪✘，由於量程比窄₪✘，計量管路多₪✘，而且上₪✘·◕、下游直管段長₪✘，現場工藝管路複雜☁↟₪。超聲波流量計量程比寬₪✘，上₪✘·◕、下游直管段短₪✘，工藝管路簡單☁↟₪。
2.12維修維護率比較
氟氣管道流量計有阻流件₪✘，上游易積液₪✘·◕、對高含硫的天然氣₪✘，其孔板磨損快₪✘，維修維護率高☁↟₪。超聲波流量計無可動部件₪✘，特殊材料的超聲探頭可以抗H2S 的腐蝕₪✘，維護簡單☁↟₪。
2.13一次性投資比較
氟氣管道流量計由於量程比窄₪✘，對於相同的流量計量要求₪✘，其計量管路多₪✘，雖然直接的計量儀表投資少₪✘，但是相關的閥門₪✘·◕、溫度變送器₪✘·◕、壓力變送器₪✘·◕、直管段₪✘·◕、匯管等一次性投資多☁↟₪。超聲波流量計單表價格高於氟氣管道流量計₪✘，但是由於量程比寬₪✘，整個計量回路少₪✘，實際站場一次性投資少☁↟₪。3.現場安裝比較
 (1) 直管段的長度
氟氣管道流量計上有直管段至少要有44D₪✘，若氟氣管道流量計上游有匯管存在₪✘，則上游直管段的長度至少要有145D☁↟₪。（詳見《國際流量計量學術動態及發展趨勢》（《中國計量》2002年）或ISO 5167-2）☁↟₪。
超聲波流量計上₪✘·◕、下游直管段要求為10D₪✘·◕、5D（《用氣體超聲波流量計測量天然氣的流量》— 國標GB/T 18604-2001）☁↟₪。
 (2) 安裝的影響
對於氟氣管道流量計₪✘，安裝條件直接影響其計量精度₪✘，對現場安裝的同心度要求很高☁↟₪。
 (3) 使用條件
由於氟氣管道流量計的原理決定其現場使用條件必須與設計條件相符₪✘，壓力₪✘·◕、流量的適應性差☁↟₪。超聲波流量計對現場的適應性極強₪✘，對壓力₪✘·◕、流量的波動不敏感₪✘，有較強的過載能力☁↟₪。
三₪✘·◕、長期使用的比較 
(1) 精度變化
氟氣管道流量計由於長期使用₪✘，孔板入口邊緣磨損₪✘，孔板彎曲變形₪✘，都會使精度喪失☁↟₪。超聲波流量計由於無磨損₪✘·◕、無示值漂移現象₪✘，可以長期保持較高的精度☁↟₪。
(2) 髒汙的影響
由於氟氣管道流量計由節流件₪✘，長期使用時₪✘，髒汙物將堆積在孔板的上游₪✘，造成差壓訊號不準₪✘，直接影響計量精度☁↟₪。髒汙和孔板鈍化可造成計量偏差 2～10% 以上☁↟₪。超聲波流量計為中空管段₪✘，探頭在儀表上部₪✘，髒汙不易影響探頭工作₪✘，不會影響計量精度₪✘，而且流量計可以檢測髒汙情況並修正和報警提示₪✘·◕、及時進行清洗☁↟₪。
(3) 故障排除
由於氟氣管道流量計的儀表特性取決於節流件的幾何形狀和尺寸₪✘，需要經常檢查節流件₪✘，一旦節流件發生變化就必須更換₪✘，節流件的壽命取決於氣體的組分₪✘·◕、流量及壓力☁↟₪。超聲波流量計本身具有很強的自診斷功能₪✘，一旦不在正常狀況就會報警₪✘，並自動記錄報警期間的資料₪✘，超聲探頭的使
用壽命至少為 8 年₪✘，並可線上更換☁↟₪。
 (4) 備品備件
氟氣管道流量計由於節流件經常磨損₪✘·◕、變形₪✘，因此需要備多套節流件；超聲波流量計只需要備一套探頭₪✘，可替換使用☁↟₪。
 (5) 日常維護
氟氣管道流量計需要經常維護₪✘，並檢查節流件的幾何尺寸等引數☁↟₪。線上更換孔板後很難保證不洩漏₪✘，使壓差不準₪✘，難以保證計量精度☁↟₪。
超聲波流量計則可免維護₪✘，自檢功能強大☁↟₪。
 (6) 強檢週期
氟氣管道流量計一年一檢₪✘，一般採用幾何檢定法☁↟₪。超聲波流量計3 年一檢₪✘，可以實現線上標定☁↟₪。
四₪✘·◕、結論 
綜上所述₪✘，使用氣體超聲波流量計比使用氟氣管道流量計無論從安全效能₪✘·◕、技術性能還是從一次性投資以及長期執行費用上都有很大的優勢☁↟₪。由於說明問題的需要₪✘，本文中計算和例項均選用較大用氣量進行比較₪✘，實際透過比較計算一般DN200口徑以上流量計選用氣體超聲波流量計具有較大優勢₪✘，DN150特別是以下流量計的選取由於氣體超聲波流量計本身價格因素使用氟氣管道流量計更為經濟₪✘，但從保證計量精度出發也推薦選用更精確的計量儀表☁↟₪。

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