在我国长输和集输管道的工程实践中,孔板流量计特别是高级孔板阀长期占据统治地位。而随着我国石油天然气事业的大规模发展,在高压、大流量计量方面,孔板流量计越来越受到自身结构的限制而显示出其局限性。近年来一些新型的流量计在国外取得理论和实践成功的基础上,也积极投身国内市场,取得一系列成功经验。特别是超声波流量计在高压、大流量场合具有明显优势,大有取代高级孔板阀之势。由于认识的误区很多人认为超声波流量计性能好但价格昂贵,事实是不是如此呢?我们通过一系列比较可以得到更正确的结论。 1 孔板流量计的使用要求 孔板流量计(流量与差压的平方成正比)的使用条件、使用范围和对管道的要求: (1) 流体:应是单相、均质的牛顿流体,在通过节流装置时不发生相变和析出杂质,在节流装置中不得有任何形式的物质黏附或聚集。 (2) 管道:仅适用于圆管,管径大小有一定限制,上下游有很长的直管段,而且节流件上游10D、下游4D直管段的内表面粗糙度、圆度要严格符合具体规定。 (3) 流态:流动应是连续、稳定的,不是脉动流;在受到节流件影响前已形成典型的、充分发展的流速分布(紊流速度分布),流线与管轴线平行,不得为旋转流。 2 技术性能的比较 2.1 量程比低 由于结构特点,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1:3,{zg}可达1:10,而超声波流量计没有任何阻流件,其量程比可达1:200。 这两个数据表明:如果实现一种测量方案,假定其流量范围是从1m3/h ~ 40m3/h, 使用超声波流量计只需要一路工艺计量回路就可以实现,如果采用孔板流量计,需要多路才能实现。 2.2 压损 由于孔板流量计的结构有阻流件,超声波流量计没有阻流件,那么显而易见:孔板流量计的压损很大,超声波流量计压损实际可以忽略不计。节流装置能耗计算如下: 以下以1个典型用户用气参数进行能耗计算:用气量160×104m3/d,用气压力0.6MPa。 节流装置压力损失计算式:({zd0}刻度差压50kPa、β=0.68) δP=(1-0.24β-0.52β2-0.16β3)ΔP =0.5486×50 =27.43kPa 节流装置能耗计算式:(压缩机效率η=0.8) W=δp×QV/η = 27430×18.5185/0.8 =634953W 计算耗能费:能源价0.4元/kWh 耗能费(年)=(W/1000)×(运行时数/年)×(元/ kWh) =(634953/1000) ×365×24×0.4 =2224876(元/年) 该计算仅只是能耗损失,不包括压缩机运行等费用。 2.3 精度 孔板流量计的计量精度理论上可以达到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,现场精度{zg}能达到2%,一般情况下在3%左右。 超声波流量计的精度则可以达到0.5% 甚至更高。由此可见选择两种不同的计量仪表, 对于测量的影响会有多大。 2.4 测脉动流 由于孔板流量计是靠孔板前后的差压信号来实现流量测量的,脉动流会使孔板前后的差压不准, 所以孔板流量计不适合测脉动流, 而超声波流量计可以测量脉动流的强度并xx其干扰,所以它适合测脉动流。 2.5 测双向流 孔板流量计依据一个节流元件来实现测量目的, 这个节流元件具有严格的方向性,因此孔板流量计无法测双向流。超声波流量计只与超声信号在流体中的传播时间有关,因此可以测双向流。 2.6 测湿气体 孔板流量计不适合测量湿气体;若被测气体为湿气体,那么在孔板流量计的前端容易积液,使得上下游差压产生变化,而孔板流量计正是根据上下游的压差来测量流量的,如果差压产生变化,则孔板流量计不可能准确测量气体的流量。 超声波流量计具有自检测功能,如果所测量气体为湿气体,对超声波流量计产生影响时,仪表本身可以修正,因此超声波流量计适用于湿气体的测量(湿气体体积组分含量低于5%)。 2.7 清洗计量管路 孔板流量计本身有阻流件, 清洗球无法通过,因此孔板流量计安装在管线上时无法在线清洗计量管路,只有拆除孔板流量计才能清洗管路。而对超声波流量计来说,不存在这样的问题。 2.8 涡流影响 孔板流量计采用差压法测量气体的流量,涡流直接影响孔板两端的差压, 因此孔板流量计对涡流很敏感, 要求有很长的直管段才能满足测量精度的要求。 新的国际标准ISO 5167已经对孔板流量计上游直管段的长度作了更高的规定:孔板流量计上游直管段至少要有44D,若孔板流量计上游有汇管存在,则上游直管段的长度至少要有145D。(详见《国际流量计量学术动态及发展趋势》(《中国计量》2002年)或ISO 5167-2)。 英国烃源公司下属的南莫克姆天然气计量站改造时, 请英国国家工程实验室(NEL)做了详细的流体动力学分析, NEL经过大量试验得出结论:原ISO5167规定的上游18D直管段确实无法满足对计量精度的要求,修改后的ISO5167-2对直管段的长度规定是必须的。 而大多多声道的超声波流量计本身具有对涡流强度的分析能力,可以xx涡流对流量测量的影响,对涡流不敏感。 2.9 流速分布的影响 孔板流量计由于结构原理的限制,要求测量时流速分布均匀,但是由于现场计量管路的复杂性,气体在管路的流速分布是不可能均匀对称的,因此孔板流量计对流速分布不对称非常敏感。 超声波流量计可以修正流速分布不对称的现象。 2.10 重复性 对于孔板流量计而言,随着使用过程中孔板边缘的磨损, 孔板流量计的精度和重复性都会下降,而超声波流量计无压损、无示值漂移现象,重复性高。 2.11 工艺管路复杂性比较 对于孔板流量计,由于量程比窄,计量管路多,而且上、下游直管段长,现场工艺管路复杂。 超声波流量计量程比宽,上、下游直管段短,工艺管路简单。 2.12 维修维护率比较 孔板流量计有阻流件,上游易积液、对高含硫的天然气,其孔板磨损快,维修维护率高。 超声波流量计无可动部件,特殊材料的超声探头可以抗H2S的腐蚀,维护简单。 2.13 一次性投资比较 孔板流量计由于量程比窄,对于相同的流量计量要求,其计量管路多,虽然直接的计量仪表投资少,但是相关的阀门、温度变送器、压力变送器、直管段、汇管等一次性投资多。 超声波流量计单表价格高于孔板流量计,但是由于量程比宽,整个计量回路少,实际站场一次性投资少。 |