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浅析气体超声流量计与孔板流量计的性能比较


文章日期:2017-06-17|阅读数:


气体超声流量计作为一种新型的测量仪表,已经在气体的贸易交接计量中得到越来越多的应用,尤其在天然气的贸易交接计量中,气体超声流量计取得更快的发展,越来越多的用户都开始以气体超声流量计代替传统的孔板流量计作为天然气贸易交接的计量仪表。 它是当前国际上继孔板、涡轮之后又一引人注目的新一代的以高压、大流量、宽量程、抗干扰能力强等为显著特点的新型流量计。 本文就气体超声流量计与孔板流量计的技术性能、现场安装、使用、费用等方面进行了分析和对比。
孔板流量计选购资料

0.引言

过去天然气贸易交接一直用孔板流量计作为贸易交接计量仪表,但是近年来,随着气体超声流量计的出现,在中国目前大约有3000 多台超声波流量计投入使用,并且原有的已经使用孔板流量计的贸易交接场合也在逐步改造,用超声波流量计代替孔板流量计。 我国的超声波流量计的标准 GB /T18604—2001枟用气体超声流量计测天然气流量枠,于2002 年8 月1 日开始实施。 在国外,气体超声波流量计已经有近20 年的使用历史,积累了丰富的使用经验,并且还颁布了 AGA N09 的正式报告,为气体超声流量计的大面积推广使用提供了有力的保障。

从近10 年气体超声流量计的应用实践证明,无论从计量精度上还是维护费用、日常操作上,气体超声流量计比孔板流量计都有很大的优势。 国内某公司原来使用的计量仪表是孔板流量计,在新建站上使用气体超声流量计代替了孔板流量计,经过使用后,用户认为使用超气体超声流量计比使用孔板流量计,不但计量精度有了大幅度的提高,而且维修及维护费用大幅降低。 越来越多的事实证明气体超声流量计已经被流量界所认可,并已经开始逐步取代孔板流量计,成为天然气计量仪表的实惠。 本文就气体超声流量计和孔板流量计进行详细的对比,主要有性能特性、现场安装、使用、费用评估等4 个方面。

1.性能特性比较

1.1量程比

孔板流量计是通过节流件来完成测量的,所以其量程比通常只有3(5)砄1( 差压单量程);10砄1(差压双量程),而气体超声流量计没有任何阻流件,其量程比可达到:30砄1 甚至100砄1。 这两个数据表明,若实现一种测量方案,假定其流量范围是1~8000m3 /h,那么使用气体超声流量计用一路工艺管线就可以实现,而采用孔板流量计就可能需要至少8 路才可以实现流量的测量。

1.2压损

由于孔板流量计通过在管道内嵌入孔板而产生差压信号, 而超声波流量计在管道内没有阻流件,显而易见,孔板流量计相比超声流量计的压损很大,而超声波流量计几乎没有压损。

1.3准确度

孔板流量计的准确度理论上可达到 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,现场准确度***好为2%,一般的情况下为3%。气体超声流量计由于它的抗干扰能力较强,准确度可达到0畅5%或更高。

1.4脉动流影响

由于孔板流量计是靠测量孔板前后的差压信号来实现流量测量,脉动流会使孔板前后的差压信号不准,所以在管道中的脉动流对孔板流量计会有一定的影响。 而气体超声流量计只要脉动流的周期大于流量计的采样周期,就不会受影响。

1.5双向流测量

孔板流量计依据一个节流元件来实现测量目的,而这个节流元件具有严格的方向性,因此孔板流量计不可以测双向流。 气体超声流量计只与声波在流体中的传播时间有关, 因此它可以测双向流。

1.6湿气体测量

孔板流量计不可以测湿气体,如果被测气体是湿气体,那么在孔板的前端容易积液,使得上下游压差产生变化,而孔板正是根据上下游的压差来测量流量的,因此如果压差产生变化,则不可能准确测量气体的流量。 气体超声流量计具有自检测功能,如果气体是湿气体,对超声波产生影响时,仪表本身可以修正,因此气体超声流量计可以测湿气体。

1.7管路清洗

孔板流量计中有阻流件,清洗球无法通过,因此孔板流量计安装在管线上时无法清洗管路,只有拆除孔板,才可能进行清洗。 气体超声流量计没有任何阻流件,清洗球可以通过,因此可以在不拆除流量计的情况下清洗管路。

1.8涡流影响

孔板流量计采用差压法测量气体流量,涡流直接影响孔板两端的压差,因此孔板流量计对涡流很敏感,要求有较长的直管段,才能满足精度的要求。

超声波流量计因为本身具有分析涡流强度的功能,如INSTROMET、FMC 公司的多声道气体超声波流量计,对涡流的分析更加完全,因此通过技术手段可以消除涡流的影响。

1.9流速分布影响

孔板流量计由于结构原理的限制,要求测量时流速分布对称,但是气体在管路中的流动,其流速分布是不对称的,因此孔板流量计对流速分布不对称非常敏感,同样要求有较长的直管段。 超声波流量计可以修正速度分布不对称。

2.现场安装比较

2.1直管段的要求

孔板流量计要求现场有较长的直管段,并且对直管段的加工精度有较高的要求。 GB /T 21446 对孔板流量计的上游直管段做了更高的要求,孔板典型配置的直管段上游至少30D,并加装流动调整器,下游直管段配置为7D。 气体超声波流量计由于对涡流及速度分布不敏感, GB /T 18604—2001 要求典型的气体超声波流量计上游直管段为10D、下游为5D,并且对直管段的加工精度要求不如对孔板流量计的直管段加工精度高。

2.2安装的影响

对于孔板流量计而言,安装的条件直接影响其计量精度,对现场安装的同心度等要求很高,安装较复杂。 气体超声流量计对现场安装的要求不高,法兰连接,按流量计本体的流向标识进行安装即可。

2.3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,管道内的压力突变可能会造成节流件或二次仪表的损坏,流量可过载至孔板上的允许压差。 气体超声波流量计对现场的适应性极强, 对流量的波动不敏感,有较强的短时间的过载能力,但是压力突变可能会造成超声换能器损坏。

3.长期使用比较

3.1准确度变化

孔板流量计由于长期使用,孔板入口边缘磨损以及孔板弯曲变形都会降低准确度。 气体超声流量计由于无磨损,无示值飘移,可以长期保持较高的准确度。

3.2脏污影响

由于孔板流量计有节流件,长期使用时,脏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。 气体超声流量计为中空管段,探头在管道内部,脏物不易堆积,只是时间长久因为探头脏物会影响计量准确度。

3.3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流量及压力的大小。 气体超声流量计仪表本身具有很强的自诊断功能,一旦不在正常状态就会报警,并自动记录报警期间的数据,超声探头的使用寿命一般为8 年,并可在线更换。

3.4备件

孔板流量计由于节流件经常磨损、变形,因此需备多套节流件。 气体超声流量计只需备一套探头,可替换使用。

3.5日常维护

孔板流量计需要定期清洗孔板,并检查节流件的几何尺寸等参数。 气体超声流量计则可免维护,自检功能强大。

3.6强检周期

孔板流量计的检定周期为一年。 气体超声流量计的检定周期为2 年,在现场投入使用后进行使用中检验,也可以延长为6 年。

4.费用比较

4.1一次性投资费用

 

由于气体超声波流量计有量程比宽的特点,相对于孔板流量计在大管径大流量的分输站、门站或双向计量中可以简化工艺管路,调压设备、阀门等都相应减少,大大节省了投资。

另外,由于气体超声流量计所要求的直管段是前10D 后5D,远远小于孔板流量计的前30D 后7D,因此占地面积大大减少。 我国某站设计时,按不同的方案设计估算了投资,结论是采用气体超声流量计比采用孔板流量计投资节省约25%左右。

4.2长期运行费用

流量计长期运行时, 大概有以下几方面的费用:设备维护费、标定费用、修理费以及人工费用等。

 

1)设备维护费

 

气体超声流量计的设备维护费远低于孔板流量计的设备维护费。

 

2)标定费用

由于气体超声流量计的强检周期比孔板流量计的强检周期短,因此标定费用远远少于孔板流量计的标定费用。 另外,孔板流量计仅为校准差压变送器每年就花费相对较多,在加上孔板流量计需配密度计,每年一次校准密度计也要增加标定费用。

 

3)修理费

 

由于孔板流量计需要经常更换节流件,而气体超声流量计一般没有可更换部件,但是一旦超声探头故障,必须请厂家专业人士进行更换。 因此修理费用超声波流量计比孔板流量计要大得多。

 

4)人工费用

 

孔板流量计需要维护、 切换以及经常校准温度、压力、差压变送器等操作,人工费用较多。 而气体超声波流量计可以做到无人职守,不需维护,因此气体超声流量计的人工费用将远远小于孔板流量计。

5.结语

当然,气体超声流量计也有一些缺点,如安装在一些阀门附近时,特别是安装在阀门的下游时,当气流速度很高时,阀门两端有较大的压降,一些阀门及一些所谓的低噪声阀会产生大量的超声噪音,超声信号可能被超声噪音所淹没而无法分辨,气体超声流量计无法正常工作。 另外,由于 CO2 会使超声波信号衰减,因此不宜用于 CO2 浓度过高的混和物等。

随着电子技术和计量技术的发展,气体超声流量计上述技术缺点也会逐渐的解决。 气体超声流量计无论在技术性能还是运行费用等方面相比孔板流量计都具有无可比拟的优越性,尽管在实际的应用中还将存在一些问题,但有理由相信随着技术的发展及现场使用经验的不断累积,这种新型的仪表一定会应用的更好。



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