氟氣管道流量計與超聲波流量計的區別與優(yōu)勢

在我國能源構成中，石油和天然氣始終是處于主導地位，其運輸方式仍然離不開(kāi)長(cháng)輸和集輸管道工程。在石油和天然氣采集與運輸過(guò)程中，氟氣管道流量計計特別是高級孔板閥在其中處于絕對的統治地位。伴隨著(zhù)國內石油天然氣事業(yè)的大規模發(fā)展，對于高壓、大流量的計量的需求也旺盛起來(lái)，氟氣管道流量計由于自身結構的限制其局限性就很明顯了。近來(lái)以來(lái)，一些新型的流量計也在國內市場(chǎng)嶄露頭角，并取得一系列成功經(jīng)驗。最值得一提的是超聲波流量計在高壓、大流量場(chǎng)合具有明顯優(yōu)勢，大有取代高級孔板閥之勢。由于認識的誤區很多人認為超聲波流量計性能好但價(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、使用范圍和對管道的要求：
 (1)流體：應是單相、均質(zhì)的牛頓流體，在通過(guò)節流裝置時(shí)不發(fā)生相變和析出雜質(zhì)，在節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(cháng)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(tài)：流動(dòng)應是連續、穩定的，不是脈動(dòng)流；在受到節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(xiàn)與管軸線(xiàn)平行，不得為旋轉流。
二、技術(shù)性能的比較 
2.1量程比低
由于結構特點(diǎn)，氟氣管道流量計是通過(guò)節流件來(lái)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(méi)有任何阻流件，其量程比可達 1：200。這兩個(gè)數據表明：如果實(shí)現一種測量方案，假定其流量范圍是從1m3/h~40m3/h,使用超聲波流量計只需要一路工藝計量回路就可以實(shí)現，如果采用氟氣管道流量計，需要多路才能實(shí)現。
2.2壓損
由于氟氣管道流量計的結構有阻流件，超聲波流量計沒(méi)有阻流件，那么顯而易見(jiàn)：氟氣管道流量計的壓損很大，超聲波流量計壓損實(shí)際可以忽略不計。節流裝置能耗計算如下：
以下以 1 個(gè)典型用戶(hù)用氣參數進(jìn)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(jià) 0.4 元 /kWh
耗能費(年)=(W/1000)×(運行時(shí)數/年)×(元/ kWh)
=(634953/1000) ×365×24×0.4
=2224876(元/年)
該計算僅只是能耗損失，不包括壓縮機運行等費用。
2.3精度
氟氣管道流量計的計量精度理論上可以達到1%，但是通過(guò)大量的實(shí)踐證明，由于氟氣管道流量計抗干擾能力較差，現場(chǎng)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(jiàn)選擇兩種不同的計量?jì)x表， 對于測量的影響會(huì )有多大。
2.4測脈動(dòng)流
由于氟氣管道流量計是靠孔板前后的差壓信號來(lái)實(shí)現流量測量的，脈動(dòng)流會(huì )使孔板前后的差壓不準，所以氟氣管道流量計不適合測脈動(dòng)流，而超聲波流量計可以測量脈動(dòng)流的強度并消除其干擾，所以它適合測脈動(dòng)流。
2.5測雙向流
氟氣管道流量計依據一個(gè)節流元件來(lái)實(shí)現測量目的，這個(gè)節流元件具有嚴格的方向性，因此氟氣管道流量計無(wú)法測雙向流。超聲波流量計只與超聲信號在流體中的傳播時(shí)間有關(guān)，因此可以測雙向流。
2.6測濕氣體
氟氣管道流量計不適合測量濕氣體；若被測氣體為濕氣體，那么在氟氣管道流量計的前端容易積液，使得上下游差壓產(chǎn)生變化，而氟氣管道流量計正是根據上下游的壓差來(lái)測量流量的，如果差壓產(chǎn)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，如果所測量氣體為濕氣體，對超聲波流量計產(chǎn)生影響時(shí)，儀表本身可以修正，因此超聲波流量計適用于濕氣體的測量（濕氣體體積組分含量低于5%）。
2.7清洗計量管路
氟氣管道流量計本身有阻流件，清洗球無(wú)法通過(guò)，因此氟氣管道流量計安裝在管線(xiàn)上時(shí)無(wú)法在線(xiàn)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(lái)說(shuō)，不存在這樣的問(wèn)題。
2.8渦流影響
氟氣管道流量計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，因此氟氣管道流量計對渦流很敏感，要求有很長(cháng)的直管段才能滿(mǎn)足測量精度的要求。新的國際標準ISO5167已經(jīng)對氟氣管道流量計上游直管段的長(cháng)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(cháng)度至少要有145D。
2.9流速分布的影響
氟氣管道流量計由于結構原理的限制，要求測量時(shí)流速分布均勻，但是由于現場(chǎng)計量管路的復雜性，氣體在管路的流速分布是不可能均勻對稱(chēng)的，因此氟氣管道流量計對流速分布不對稱(chēng)非常敏感。超聲波流量計可以修正流速分布不對稱(chēng)的現象。
2.10重復性
對于氟氣管道流量計而言，隨著(zhù)使用過(guò)程中孔板邊緣的磨損，氟氣管道流量計的精度和重復性都會(huì )下降，而超聲波流量計無(wú)壓損、無(wú)示值漂移現象，重復性高。
2.11工藝管路復雜性比較
對于氟氣管道流量計，由于量程比窄，計量管路多，而且上、下游直管段長(cháng)，現場(chǎng)工藝管路復雜。超聲波流量計量程比寬，上、下游直管段短，工藝管路簡(jiǎn)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(wú)可動(dòng)部件，特殊材料的超聲探頭可以抗H2S 的腐蝕，維護簡(jiǎn)單。
2.13一次性投資比較
氟氣管道流量計由于量程比窄，對于相同的流量計量要求，其計量管路多，雖然直接的計量?jì)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。超聲波流量計單表價(jià)格高于氟氣管道流量計，但是由于量程比寬，整個(gè)計量回路少，實(shí)際站場(chǎng)一次性投資少。3.現場(chǎng)安裝比較
 (1) 直管段的長(cháng)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(cháng)度至少要有145D。（詳見(jiàn)《國際流量計量學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)及發(fā)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
對于氟氣管道流量計，安裝條件直接影響其計量精度，對現場(chǎng)安裝的同心度要求很高。
 (3) 使用條件
由于氟氣管道流量計的原理決定其現場(chǎng)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(chǎng)的適應性極強，對壓力、流量的波動(dòng)不敏感，有較強的過(guò)載能力。
三、長(cháng)期使用的比較 
(1) 精度變化
氟氣管道流量計由于長(cháng)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。超聲波流量計由于無(wú)磨損、無(wú)示值漂移現象，可以長(cháng)期保持較高的精度。
(2) 臟污的影響
由于氟氣管道流量計由節流件，長(cháng)期使用時(shí)，臟污物將堆積在孔板的上游，造成差壓信號不準，直接影響計量精度。臟污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，臟污不易影響探頭工作，不會(huì )影響計量精度，而且流量計可以檢測臟污情況并修正和報警提示、及時(shí)進(jìn)行清洗。
(3) 故障排除
由于氟氣管道流量計的儀表特性取決于節流件的幾何形狀和尺寸，需要經(jīng)常檢查節流件，一旦節流件發(fā)生變化就必須更換，節流件的壽命取決于氣體的組分、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(huì )報警，并自動(dòng)記錄報警期間的數據，超聲探頭的使
用壽命至少為 8 年，并可在線(xiàn)更換。
 (4) 備品備件
氟氣管道流量計由于節流件經(jīng)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(jīng)常維護，并檢查節流件的幾何尺寸等參數。在線(xiàn)更換孔板后很難保證不泄漏，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) 強檢周期
氟氣管道流量計一年一檢，一般采用幾何檢定法。超聲波流量計3 年一檢，可以實(shí)現在線(xiàn)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(wú)論從安全性能、技術(shù)性能還是從一次性投資以及長(cháng)期運行費用上都有很大的優(yōu)勢。由于說(shuō)明問(wèn)題的需要，本文中計算和實(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(yōu)勢，DN150特別是以下流量計的選取由于氣體超聲波流量計本身價(jià)格因素使用氟氣管道流量計更為經(jīng)濟，但從保證計量精度出發(fā)也推薦選用更精確的計量?jì)x表。

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