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乙烯流量計與超聲（shēng）波流量計的區別與優勢
點擊次數：1943 發（fā）布時間：2021-01-08 07:19:47
在我國能源（yuán）構成中，石油（yóu）和天（tiān）然氣始終是處於主導地位，其運輸（shū）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輸過程中（zhōng），乙烯（xī）流量計計特（tè）別是高級孔板閥在其中處於（yú）絕對（duì）的統治地位（wèi）。伴隨著國內石油天然氣事業的大規模（mó）發展，對（duì）於高壓、大流量的（de）計量的需求（qiú）也旺盛起來，乙烯流量計（jì）由於自身結構的限製其局限性就（jiù）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（bìng）取得一係列（liè）成功經驗。*值得（dé）一提的是超聲波流量計在高壓、大流量場合（hé）具有明顯優勢，大有取代高級孔板閥之勢。由於認識的誤區很（hěn）多人認為超聲（shēng）波流量計性能好但價格昂貴，事實是不是如此（cǐ）呢？我們通過一係列（liè）比較可以得到更正（zhèng）確的結論。
一、乙烯流量計的使用要求
乙烯流量（liàng）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，在通過節流裝置時不發生相變和析出（chū）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（yòng）於圓管，管徑大小有（yǒu）一（yī）定限（xiàn）製，上下遊有很長的直管段，而且節流件上遊 10D、下遊 4D直管段的內表麵粗糙度、圓度要嚴格符合具體規（guī）定。
(3)流態：流動應是連續（xù）、穩定的（de），不是脈動流；在受到節流件影響前已形成典型（xíng）的、充分發展的流速分布（紊流速度分布），流線（xiàn）與管（guǎn）軸線平行，不得為旋轉流。
二、技術性能的比（bǐ）較
2.1量程比低
由於結構特點，乙烯流量計是通過（guò）節流件來完成測量的，所以其量（liàng）程比通常隻有1：3，*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。這兩個數據表明：如果實現一（yī）種測量方案，假定（dìng）其流量範圍是從1m3/h~40m3/h,使用超聲（shēng）波流量（liàng）計隻需要一路工藝計量（liàng）回路就可以實現，如果采用乙烯（xī）流量計，需要多路才（cái）能實現。
2.2壓損
由於乙烯流（liú）量（liàng）計的結構有（yǒu）阻流件，超聲波流量（liàng）計沒有阻流件，那麽顯而（ér）易見：乙烯（xī）流量計的壓損很大，超聲波流量計壓損實際可以（yǐ）忽略不（bú）計。節流裝置能耗（hào）計算如下：
以下以 1 個典型用（yòng）戶用氣（qì）參數進行能耗計算：用氣量160× 104m3/d，用氣（qì）壓（yā）力 0.6MPa。
節流裝置壓力損失計算式：（*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
節流裝置（zhì）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)×(運行時（shí）數/年)×(元/ kWh)
=(634953/1000) ×365×24×0.4
=2224876(元/年)
該計算僅隻是能耗損失，不包括壓縮機運行等費（fèi）用。
2.3精度
乙烯流量計的計量精度理論上可以達到1%，但是（shì）通過大量的實踐證明，由於（yú）乙烯流量（liàng）計抗幹擾能力較差，現場精度*高能（néng）達到2%，一（yī）般情況下在3%左右。超聲波流（liú）量計的精度則可以達（dá）到0.5% 甚至更高。由此可見選擇兩種不同的計量儀表， 對於測量的影響會有多大。
2.4測脈動流
由（yóu）於乙烯流量計是靠孔板前後的差壓信號來實現流量測量的，脈（mò）動流會使孔板前後的差壓（yā）不準，所以乙（yǐ）烯流量計不適（shì）合測脈動流，而超聲波流量計可以測量脈動流的強度並（bìng）消除其幹擾，所以它適合測脈（mò）動流。
2.5測雙向流
乙（yǐ）烯（xī）流量（liàng）計依據一個（gè）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（cǐ）乙烯流量計無法測雙向流。超聲波流量計隻與超聲信號在流體中（zhōng）的傳播時間有關，因此可以測雙向流。
2.6測濕氣體
乙烯流量（liàng）計不適合測量濕氣體；若被測氣體為濕氣（qì）體，那麽在乙烯流量計的前端容易積（jī）液，使得（dé）上下遊差壓產生變化，而乙（yǐ）烯流量計正是根據上下（xià）遊的壓差來測量流量的，如果差壓產生變化，則乙烯（xī）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（tǐ），對超聲波流（liú）量計產生影響時，儀表本（běn）身可以修正，因此超（chāo）聲波流量計適用於濕氣體的（de）測量（濕氣體體積組（zǔ）分含（hán）量（liàng）低於5%）。
2.7清洗計量管路
乙烯（xī）流量計本身有阻流件（jiàn），清洗球無法通過，因此（cǐ）乙烯流量計安裝在管線上時無法在線清洗計量管路（lù），隻有拆除乙烯流量計（jì）才能清洗管路。而對超聲波流量計來說，不存在這樣的問題（tí）。
2.8渦流影響
乙烯流（liú）量計（jì）采用差壓法（fǎ）測量氣體的流量，渦流直接影響孔板兩端的差壓，因此乙烯流量計對渦流很（hěn）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已經對乙烯流量計上遊直（zhí）管段的長度作了更（gèng）高的（de）規（guī）定：乙烯流量計上遊直管段至少要有44D，若乙烯（xī）流量（liàng）計上遊有匯管存在，則上遊直管段的長度至少（shǎo）要有145D。
2.9流（liú）速（sù）分布的影響
乙烯流量計由（yóu）於結構原理的限製，要求測量時流速分布均勻，但是由於現場計量管（guǎn）路（lù）的複雜性，氣體在管路的（de）流（liú）速分布是不可能（néng）均勻對稱的，因此乙烯流量計對流速分布不對稱非常敏感。超聲波流量計可以修正（zhèng）流速（sù）分布不對稱的現象。
2.10重複性
對於乙烯流量（liàng）計（jì）而言，隨著使用過程中孔板邊緣的磨損，乙烯流量計的精度和（hé）重複性都會下降，而超（chāo）聲（shēng）波流量（liàng）計無壓損、無示值漂（piāo）移現象，重複（fù）性高。
2.11工藝管路複雜性比較
對於乙烯流量計，由於量程比窄，計量管路多（duō），而且上、下遊直管段長，現場工（gōng）藝管路複雜。超聲波流量計量程比寬，上（shàng）、下遊直管（guǎn）段短，工藝管路簡單。
2.12維修維護率比較
乙烯流量計有阻流（liú）件，上遊易（yì）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（liú）量計無可動部件，特殊材（cái）料的超聲探頭可（kě）以抗H2S 的腐蝕，維護簡單。
2.13一次性投資比較（jiào）
乙烯流量計由（yóu）於（yú）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（liàng）儀表投資少，但（dàn）是相關的閥門（mén）、溫度變送器、壓力變送器、直管段、匯管等一（yī）次性投資多。超聲波流量計（jì）單表價格高於乙烯流量計，但是由於量程比寬，整個計量回路少，實際站場一次性投資（zī）少。3.現場安裝比較（jiào）
(1) 直管段的長度
乙烯流量計上（shàng）有直管段至少要有（yǒu）44D，若（ruò）乙烯流量計上遊有匯管存在，則上遊直管段的長度至少要有145D。（詳見《國際流（liú）量計量學術動態及發（fā）展（zhǎn）趨勢》（《中國計量》2002年）或ISO 5167-2）。
超（chāo）聲波流量（liàng）計（jì）上、下遊直管段要（yào）求為10D、5D（《用氣體超聲（shēng）波（bō）流量計測量（liàng）天然氣的流量》— 國標GB/T 18604-2001）。
(2) 安裝的影響
對於乙烯流量計，安裝條件（jiàn）直接影響其計量精度，對現（xiàn）場安裝的同心度要求很高。
(3) 使用（yòng）條件
由（yóu）於乙烯流量計的原理決定其現（xiàn）場使用條件必須與設計條件相符（fú），壓力、流量的適（shì）應性差。超聲波流量計對現場的適應（yīng）性*強，對壓力、流量的波動不敏感，有較強的過載（zǎi）能力。
三（sān）、長期使用的比較
(1) 精度變化
乙烯流（liú）量計由於（yú）長（zhǎng）期使用，孔（kǒng）板入口邊緣磨損，孔板（bǎn）彎曲變形（xíng），都會使精（jīng）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（jīng）度。
(2) 髒汙的影響
由於乙烯流量計由節流件（jiàn），長期（qī）使用時，髒汙物將（jiāng）堆積在孔板的上遊，造成差壓信號不準，直接影響計量精度（dù）。髒（zāng）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（zhōng）空管（guǎn）段，探頭在儀表上部，髒（zāng）汙不易影響探（tàn）頭工作，不會影響計量精（jīng）度，而且流量計可以檢測（cè）髒汙情況並修正和報（bào）警（jǐng）提示、及時進行清洗（xǐ）。
(3) 故障排除
由於乙烯流量計的儀表特（tè）性取（qǔ）決於節流件的幾何形狀和尺寸，需要經常檢查（chá）節流件，一旦節流件發生變化就必須更換，節流件的壽（shòu）命取決於氣（qì）體的組分（fèn）、流量及壓（yā）力（lì）。超聲波流量計本身具有（yǒu）很強的自診斷功能，一旦不在正常狀況就會報警，並（bìng）自動記錄報警（jǐng）期間的數（shù）據，超聲探頭的使
用壽命至少為 8 年，並可在線更換（huàn）。
(4) 備（bèi）品備件
乙（yǐ）烯流量（liàng）計由於節（jiē）流件（jiàn）經常磨損、變形，因（yīn）此需要備多套節流件；超聲波流量計隻（zhī）需要備一套探頭，可替換使用。
(5) 日常維護
乙烯流量計需要經常維護，並檢查節流件的幾何尺寸等參數（shù）。在線更換孔板後很難保證（zhèng）不泄漏，使壓差不準，難以（yǐ）保（bǎo）證（zhèng）計量精度。
超聲波流量計則可免維護，自檢（jiǎn）功能強大。
(6) 強檢（jiǎn）周期
乙烯流量計一年一檢，一般采用幾何檢定（dìng）法。超聲波流量計3 年（nián）一檢，可以實現在線標定（dìng）。
四、結論
綜上所述，使用氣體超聲波（bō）流量計比使用乙烯流量計無論從安全性能、技術性（xìng）能還是（shì）從一次（cì）性投資以及長期運行費用（yòng）上（shàng）都（dōu）有很大的優勢。由於說明（míng）問題的需要，本文中計算和實例均選用較大用氣量進行比較，實際通過比（bǐ）較計（jì）算一般DN200口（kǒu）徑以上流（liú）量計選（xuǎn）用氣體超聲（shēng）波流（liú）量計具有較（jiào）大（dà）優勢，DN150特別是以（yǐ）下流量計的選取由於氣體超（chāo）聲波流量計本身價格（gé）因素使用乙烯流量計更為經濟，但從保證計量精（jīng）度出發也推薦選用更精確的計量儀表。
一、乙烯流量計的使用要求
乙烯流量（liàng）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，在通過節流裝置時不發生相變和析出（chū）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（yòng）於圓管，管徑大小有（yǒu）一（yī）定限（xiàn）製，上下遊有很長的直管段，而且節流件上遊 10D、下遊 4D直管段的內表麵粗糙度、圓度要嚴格符合具體規（guī）定。
(3)流態：流動應是連續（xù）、穩定的（de），不是脈動流；在受到節流件影響前已形成典型（xíng）的、充分發展的流速分布（紊流速度分布），流線（xiàn）與管（guǎn）軸線平行，不得為旋轉流。
二、技術性能的比（bǐ）較
2.1量程比低
由於結構特點，乙烯流量計是通過（guò）節流件來完成測量的，所以其量（liàng）程比通常隻有1：3，*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。這兩個數據表明：如果實現一（yī）種測量方案，假定（dìng）其流量範圍是從1m3/h~40m3/h,使用超聲（shēng）波流量（liàng）計隻需要一路工藝計量（liàng）回路就可以實現，如果采用乙烯（xī）流量計，需要多路才（cái）能實現。
2.2壓損
由於乙烯流（liú）量（liàng）計的結構有（yǒu）阻流件，超聲波流量（liàng）計沒有阻流件，那麽顯而（ér）易見：乙烯（xī）流量計的壓損很大，超聲波流量計壓損實際可以（yǐ）忽略不（bú）計。節流裝置能耗（hào）計算如下：
以下以 1 個典型用（yòng）戶用氣（qì）參數進行能耗計算：用氣量160× 104m3/d，用氣（qì）壓（yā）力 0.6MPa。
節流裝置壓力損失計算式：（*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
節流裝置（zhì）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)×(運行時（shí）數/年)×(元/ kWh)
=(634953/1000) ×365×24×0.4
=2224876(元/年)
該計算僅隻是能耗損失，不包括壓縮機運行等費（fèi）用。
2.3精度
乙烯流量計的計量精度理論上可以達到1%，但是（shì）通過大量的實踐證明，由於（yú）乙烯流量（liàng）計抗幹擾能力較差，現場精度*高能（néng）達到2%，一（yī）般情況下在3%左右。超聲波流（liú）量計的精度則可以達（dá）到0.5% 甚至更高。由此可見選擇兩種不同的計量儀表， 對於測量的影響會有多大。
2.4測脈動流
由（yóu）於乙烯流量計是靠孔板前後的差壓信號來實現流量測量的，脈（mò）動流會使孔板前後的差壓（yā）不準，所以乙（yǐ）烯流量計不適（shì）合測脈動流，而超聲波流量計可以測量脈動流的強度並（bìng）消除其幹擾，所以它適合測脈（mò）動流。
2.5測雙向流
乙（yǐ）烯（xī）流量（liàng）計依據一個（gè）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（cǐ）乙烯流量計無法測雙向流。超聲波流量計隻與超聲信號在流體中（zhōng）的傳播時間有關，因此可以測雙向流。
2.6測濕氣體
乙烯流量（liàng）計不適合測量濕氣體；若被測氣體為濕氣（qì）體，那麽在乙烯流量計的前端容易積（jī）液，使得（dé）上下遊差壓產生變化，而乙（yǐ）烯流量計正是根據上下（xià）遊的壓差來測量流量的，如果差壓產生變化，則乙烯（xī）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（tǐ），對超聲波流（liú）量計產生影響時，儀表本（běn）身可以修正，因此超（chāo）聲波流量計適用於濕氣體的（de）測量（濕氣體體積組（zǔ）分含（hán）量（liàng）低於5%）。
2.7清洗計量管路
乙烯（xī）流量計本身有阻流件（jiàn），清洗球無法通過，因此（cǐ）乙烯流量計安裝在管線上時無法在線清洗計量管路（lù），隻有拆除乙烯流量計（jì）才能清洗管路。而對超聲波流量計來說，不存在這樣的問題（tí）。
2.8渦流影響
乙烯流（liú）量計（jì）采用差壓法（fǎ）測量氣體的流量，渦流直接影響孔板兩端的差壓，因此乙烯流量計對渦流很（hěn）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已經對乙烯流量計上遊直（zhí）管段的長度作了更（gèng）高的（de）規（guī）定：乙烯流量計上遊直管段至少要有44D，若乙烯（xī）流量（liàng）計上遊有匯管存在，則上遊直管段的長度至少（shǎo）要有145D。
2.9流（liú）速（sù）分布的影響
乙烯流量計由（yóu）於結構原理的限製，要求測量時流速分布均勻，但是由於現場計量管（guǎn）路（lù）的複雜性，氣體在管路的（de）流（liú）速分布是不可能（néng）均勻對稱的，因此乙烯流量計對流速分布不對稱非常敏感。超聲波流量計可以修正（zhèng）流速（sù）分布不對稱的現象。
2.10重複性
對於乙烯流量（liàng）計（jì）而言，隨著使用過程中孔板邊緣的磨損，乙烯流量計的精度和（hé）重複性都會下降，而超（chāo）聲（shēng）波流量（liàng）計無壓損、無示值漂（piāo）移現象，重複（fù）性高。
2.11工藝管路複雜性比較
對於乙烯流量計，由於量程比窄，計量管路多（duō），而且上、下遊直管段長，現場工（gōng）藝管路複雜。超聲波流量計量程比寬，上（shàng）、下遊直管（guǎn）段短，工藝管路簡單。
2.12維修維護率比較
乙烯流量計有阻流（liú）件，上遊易（yì）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（liú）量計無可動部件，特殊材（cái）料的超聲探頭可（kě）以抗H2S 的腐蝕，維護簡單。
2.13一次性投資比較（jiào）
乙烯流量計由（yóu）於（yú）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（liàng）儀表投資少，但（dàn）是相關的閥門（mén）、溫度變送器、壓力變送器、直管段、匯管等一（yī）次性投資多。超聲波流量計（jì）單表價格高於乙烯流量計，但是由於量程比寬，整個計量回路少，實際站場一次性投資（zī）少。3.現場安裝比較（jiào）
(1) 直管段的長度
乙烯流量計上（shàng）有直管段至少要有（yǒu）44D，若（ruò）乙烯流量計上遊有匯管存在，則上遊直管段的長度至少要有145D。（詳見《國際流（liú）量計量學術動態及發（fā）展（zhǎn）趨勢》（《中國計量》2002年）或ISO 5167-2）。
超（chāo）聲波流量（liàng）計（jì）上、下遊直管段要（yào）求為10D、5D（《用氣體超聲（shēng）波（bō）流量計測量（liàng）天然氣的流量》— 國標GB/T 18604-2001）。
(2) 安裝的影響
對於乙烯流量計，安裝條件（jiàn）直接影響其計量精度，對現（xiàn）場安裝的同心度要求很高。
(3) 使用（yòng）條件
由（yóu）於乙烯流量計的原理決定其現（xiàn）場使用條件必須與設計條件相符（fú），壓力、流量的適（shì）應性差。超聲波流量計對現場的適應（yīng）性*強，對壓力、流量的波動不敏感，有較強的過載（zǎi）能力。
三（sān）、長期使用的比較
(1) 精度變化
乙烯流（liú）量計由於（yú）長（zhǎng）期使用，孔（kǒng）板入口邊緣磨損，孔板（bǎn）彎曲變形（xíng），都會使精（jīng）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（jīng）度。
(2) 髒汙的影響
由於乙烯流量計由節流件（jiàn），長期（qī）使用時，髒汙物將（jiāng）堆積在孔板的上遊，造成差壓信號不準，直接影響計量精度（dù）。髒（zāng）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（zhōng）空管（guǎn）段，探頭在儀表上部，髒（zāng）汙不易影響探（tàn）頭工作，不會影響計量精（jīng）度，而且流量計可以檢測（cè）髒汙情況並修正和報（bào）警（jǐng）提示、及時進行清洗（xǐ）。
(3) 故障排除
由於乙烯流量計的儀表特（tè）性取（qǔ）決於節流件的幾何形狀和尺寸，需要經常檢查（chá）節流件，一旦節流件發生變化就必須更換，節流件的壽（shòu）命取決於氣（qì）體的組分（fèn）、流量及壓（yā）力（lì）。超聲波流量計本身具有（yǒu）很強的自診斷功能，一旦不在正常狀況就會報警，並（bìng）自動記錄報警（jǐng）期間的數（shù）據，超聲探頭的使
用壽命至少為 8 年，並可在線更換（huàn）。
(4) 備（bèi）品備件
乙（yǐ）烯流量（liàng）計由於節（jiē）流件（jiàn）經常磨損、變形，因（yīn）此需要備多套節流件；超聲波流量計隻（zhī）需要備一套探頭，可替換使用。
(5) 日常維護
乙烯流量計需要經常維護，並檢查節流件的幾何尺寸等參數（shù）。在線更換孔板後很難保證（zhèng）不泄漏，使壓差不準，難以（yǐ）保（bǎo）證（zhèng）計量精度。
超聲波流量計則可免維護，自檢（jiǎn）功能強大。
(6) 強檢（jiǎn）周期
乙烯流量計一年一檢，一般采用幾何檢定（dìng）法。超聲波流量計3 年（nián）一檢，可以實現在線標定（dìng）。
四、結論
綜上所述，使用氣體超聲波（bō）流量計比使用乙烯流量計無論從安全性能、技術性（xìng）能還是（shì）從一次（cì）性投資以及長期運行費用（yòng）上（shàng）都（dōu）有很大的優勢。由於說明（míng）問題的需要，本文中計算和實例均選用較大用氣量進行比較，實際通過比（bǐ）較計（jì）算一般DN200口（kǒu）徑以上流（liú）量計選（xuǎn）用氣體超聲（shēng）波流（liú）量計具有較（jiào）大（dà）優勢，DN150特別是以（yǐ）下流量計的選取由於氣體超（chāo）聲波流量計本身價格（gé）因素使用乙烯流量計更為經濟，但從保證計量精（jīng）度出發也推薦選用更精確的計量儀表。