通過對超聲波流量計和孔板流量計各自優(yōu)缺點對比、安裝及維護中存在的優(yōu)劣勢分析以及隨著社會發(fā)展在未來的應(yīng)用趨勢三個方面的描述，探討了孔板流量計和超聲波流量計在國內(nèi)天然氣計量中現(xiàn)階段的應(yīng)用及對未來發(fā)展趨勢的預想。

天然氣作為一種能源和化工原料，它燃燒，單位發(fā)熱量大，燃燒后產(chǎn)物對環(huán)境影響小；它潔凈，質(zhì)優(yōu)，成本較低，可用它多種精細化工產(chǎn)品和高附加值產(chǎn)品，以上特性是它深受用戶青睞的原因，其計量也越來越被人們重視。從目前國內(nèi)天然氣流量計的使用情況來看，孔板流量計是目前使用范圍zui廣一種。但隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，貿(mào)易計量的精確化、規(guī)范化要求越來越受到重視，超聲波流量計逐漸開始應(yīng)用于天然氣計量中。本文就這兩種流量計各自的特點以及在未來天然氣計量中的發(fā)展應(yīng)用進行探討。

一、孔板流量計

1.孔板流量計的優(yōu)缺點。要了解孔板流量計的，我們應(yīng)該先要清楚一個孔板流量計系統(tǒng)的組成及工作原理。孔板流量計有可稱為差壓式流量計，主要是由一次檢測部件（節(jié)流部件）和二次顯示儀表（差壓變送器）以及相配套的壓力、溫度補償裝置所組成的。（見下圖）

 

孔板流量計的工作原理是充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置，在節(jié)流件附近造成局部收縮，流速增加，在其上、下游兩側(cè)產(chǎn)生靜壓力差，見節(jié)流裝置原理圖：

孔板流量計是目前國內(nèi)天然氣計量系統(tǒng)中應(yīng)用zui為廣泛的。它zui主要的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，易于復制、性能相對穩(wěn)定可靠，價格低廉且無需實流校準，安裝即可投用，后期維護費用較低。另外，它的應(yīng)用范圍廣，包括全部單相流體（液、氣、蒸汽）、部分混相流，一般過程的管徑、工作狀態(tài)(溫度、壓力)皆可以應(yīng)用；并且檢測部件和顯示儀表可以分開，便與化規(guī)模，從而降低產(chǎn)品價格，更加有利于孔板流量計的普及和應(yīng)用。

孔板流量計能夠在國內(nèi)比較廣泛的應(yīng)用，性能相對穩(wěn)定，價格低廉，有較高的性價比是主要因素。但在使用過程中的缺點也很明顯。

其中zui為重要的一點精確度問題，孔板流量計測量介質(zhì)流量的準確度和很多參數(shù)有關(guān)，以天然氣流量計算公式為例從以上公式我們不難看出，zui終流量值受很多參數(shù)的影響，比較重要的如流量系數(shù)、雷諾系數(shù)、氣體膨脹系數(shù)等，只有這些系數(shù)均為恒定值，才能達到差壓和流量之間的恒定對應(yīng)關(guān)系。尤其是其中的流量系數(shù)，是一個影響因素復雜，變化范圍大的重要系數(shù)。流量系數(shù)和取壓點位置、雷諾系數(shù)、管道粗糙度、孔板開孔截面積與管道截面積比值、孔板入口邊緣尖銳度都有關(guān)系。zui終導致孔板流量計的度在流量計中只能屬于中等水平，并且由于實際過程中這些因素錯綜復雜的影響，精確度難于有所提升，逐漸不能適應(yīng)國內(nèi)越來越市場化、規(guī)范化、高精度的天然氣計量結(jié)算要求。

其他方面，孔板流量計對天然氣的潔凈度有較高的要求，長期使用后可能產(chǎn)生腐蝕、磨損、結(jié)垢、臟污，精度難以保證，需拆下清洗、檢驗確認合格后才能繼續(xù)使用。其次是使用孔板流量計的管道內(nèi)介質(zhì)壓力損失較大，會增加較高的附加費用； 在安裝方面，由于孔板流量計對前后直管段的要求較高，在管徑較大的工況下使用不容易滿足。另外，一般的孔板流量計都是采用法蘭夾持式連接，長期使用維護后容易產(chǎn)生跑、冒、滴、漏的問題，增加了維護工作量。

2.孔板流量計的安裝。

節(jié)流裝置的安裝應(yīng)在兩段具有等直徑的圓形橫截面的直管段之間，也就是我們常說的流量計的前后直管段，在此中間，除了取壓孔、測溫孔外，無其他障礙和連接支管。這是為了保證管道內(nèi)天然氣流速的均勻，不會因外部的原因造成流動不穩(wěn)定，從而造成流量的波動及誤差。前后直管段要求一般要滿足前10D后4D（D為管道內(nèi)直徑），見圖1。

孔板流量計的安裝還需要注意幾個問題：

2.1直線度：這個一般要求的是通過目測的方式檢查節(jié)流裝置與前后直管段是否處于同一管道中心線上。

2.2焊縫的內(nèi)管壁平整：孔板流量計對前后直管段的管內(nèi)清潔度有較高的要求。在管道與節(jié)流裝置配對法蘭焊接的過程中，應(yīng)確保管道內(nèi)壁沒有因焊接造成的凸起。因此，在實際施工中，第一層焊縫多采用氬弧焊接，并在焊接中進行充壓保護。

2.3管道圓度：這個是一個在施工中容易忽略的問題。管道可能在運輸、搬運、吊裝的過程中產(chǎn)生擠壓變形，這種管道作為孔板流量計的前后直管段，就可能造成誤差。因此，應(yīng)對管道進行檢查，確認

無肉眼可識別的凹陷或變形。

 

2.4壓力及溫度點：壓力點應(yīng)安裝在孔板流量計的前直管段的主管或差壓變送器正壓側(cè)取壓管上；而溫度點zui好在孔板下游側(cè)直管段外測得，它與孔板之間的距離可等于或大于5D，但不得超過15D；

 

2.5節(jié)流裝置取壓口的方向。在測量液體介質(zhì)時

2.6內(nèi)孔板的安裝應(yīng)該在管道吹掃完成后安裝；以上的安裝注意事項都是為了zui大程度上確保孔板流量計的測量準確度，減少因安裝失誤造成的誤差。

 

二、超聲波流量計

 

1.超聲波流量計的優(yōu)缺點。超聲波流量計是近年來比較認同的一種天然氣計量用流量計，具有準確度高、重復性好、量程寬、抗干擾能力強、維修工作量少、能測量雙向流等優(yōu)點。測量方式主要分為固定式和便攜式兩種形式，可用來測量不易接觸、不易觀察的流體流量和大管徑流量。它不會改變流體的流動狀態(tài)，不會產(chǎn)生壓力損失，安裝也相對比較方便。可以測量強腐蝕性介質(zhì)、非導電介質(zhì)、各種液體和污水的流量，應(yīng)用范圍較廣，同時測量范圍較大，從管徑20mm～５m都可以使用。

 

超聲波流量計是一種技術(shù)含量較高的新興產(chǎn)品，它的高技術(shù)門檻就導致了制造成本很高，整體儀表價格居高不下，性價比不高，較大程度限制了它在國內(nèi)的普及。另外，高技術(shù)同時也就意味著高要求、多參數(shù)，因此前期對實際工況環(huán)境參數(shù)須有個比較準確的判斷，才能確保證測量精度的穩(wěn)定性。另外，超聲波流量計使用前的標定也是一個需要重視的問題，對于直徑小于300mm的管道，超聲波流量計的標定還可以做到；對于直徑大于300 mm的高壓大流量管道，超聲波流量計的標定就比較難辦到。

 

其他方面，超聲波流量計的溫度測量范圍不高，一般只能測量溫度低于200℃的流體，前后直管段一般要求還是前10D,后5D，安裝上也有比較嚴格的要求，探頭間的距離、探頭插入管道的深度，這些工作中都包含了一定的不穩(wěn)定性，這也會給流量測量帶來一定的誤差。

 

2.超聲波流量計的安裝。要正確安裝超聲波流量計，首先須了解其工作原理。超聲波流量計目前zui為常用的測量方法為傳播速度差法。傳播速度差法又包括直接時差法、相差法和頻差法，其基本原理都是測量超聲波脈沖順水流和逆水流時速度之差來反映流體的流速，從而測出流量。

 

超聲波流量計安裝示意圖如下：

三、超聲波、孔板流量計在未來的發(fā)展

 

1.市場環(huán)境。任何行業(yè)的任何產(chǎn)品的更新?lián)Q代，都和這個行業(yè)的標準提升、市場要求提高有著密不可分的聯(lián)系。隨著中國加入WTO，外資企業(yè)不斷進入我國天然氣市場以及引進國外天然氣的可能性、天然氣計量與國際接軌成為須要面對的現(xiàn)實問題，其計量觀念與發(fā)展趨勢也將由此而發(fā)生系列變化。我國天然氣計量會出現(xiàn)幾個方面發(fā)展：

 

1.1檢定方式從靜態(tài)單參數(shù)向動態(tài)多參數(shù)溯源發(fā)展 。過去流量計檢定方式通常采用檢定靜態(tài)單參數(shù)方法，如標準孔板依靠幾何檢定法檢定孔板的8個幾何靜態(tài)單參數(shù)來保證流量計的準確。隨著國內(nèi)國外實流檢定技術(shù)的成熟，天然氣流量量值溯源正逐步向?qū)嵙鳈z定方向發(fā)展，即以實際天然氣介質(zhì)、在接近實際現(xiàn)場工況等條件下對流量的分參數(shù)如壓力、溫度、氣質(zhì)組分和流量總量進行動態(tài)量值溯源。

 

1.2儀表選型從單一儀表向多元化儀表發(fā)展 。目前大多數(shù)天然氣化工單位的流量儀表選型比較單一，無論是外部計量還是內(nèi)部計量主要都是以孔板流量計為主。但隨著對流量計的研究和開發(fā)，不同的流量計有不同的特點和適應(yīng)范圍，流量儀表選型由此呈現(xiàn)從單一儀表向多元化儀表方向發(fā)展。

 

1.3計量標準由單一標準向多重標準發(fā)展 。我國天然氣計量標準不斷發(fā)展、豐富和完善，結(jié)合國外標準后我國流量計量標準已基本構(gòu)成完整的體系，正逐步由單一標準向多重標準發(fā)展。

 

1.4計量管理從事后計量事前過程管理發(fā)展。隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，人們越來越重視天然氣計量，特別是貿(mào)易計量。因此，人們對天然氣計量在管理觀念上正發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變，不僅對現(xiàn)場計量器具的使用及相應(yīng)人員進行管理，并從事后計量糾紛解釋向加強事前儀表采購選型、安裝使用、過程控制、質(zhì)量監(jiān)督、數(shù)據(jù)管理、實流檢定的管理轉(zhuǎn)變和發(fā)展。

 

2.未來發(fā)展探討。隨著與國際社會的逐漸接軌，不論是計量標準、制造工藝還是實際運用中的檢定安裝維護措施，要求都會隨之越來越高。從目前國內(nèi)的在天然氣計量上的應(yīng)用，還是以孔板流量計為主，相信在以后較長的一段時間內(nèi)，孔板流量計仍是主要的計量儀表。其較高的性價比較為普及的制造工藝和成熟的測量技術(shù)及較為穩(wěn)定的性能基本滿足目前國內(nèi)大多數(shù)天燃氣化工企業(yè)的要求。另外，孔板的出現(xiàn)，也的提高了孔板流量計在拆除、清洗、更換的便捷度，更加提高了孔板流量計的應(yīng)用價值。但我們也不能忽視孔板流量計測量精度有限的硬傷，這是在未來天然氣貿(mào)易計量中不可忽視的問題。

 

超聲波流量計的應(yīng)用是國內(nèi)天然氣行業(yè)逐漸重視貿(mào)易計量的必然趨勢，精確度高、無壓力損失、維護方便都是其重要特點，同時也逐漸成為國內(nèi)外貿(mào)易計量中認同度比較高一種流量計。但超聲波流量計在以后較長的一段時間內(nèi)很難在國內(nèi)獲得普及，zui根本的原因就是其目前國內(nèi)貿(mào)易計量體系還不是很完善，還未與國際的高標準、高要求接軌。而超聲波流量計的制造價格不適合國內(nèi)中小型工程投資運營行情。一臺用于貿(mào)易結(jié)算的超聲波流量計往往都是采用多組探頭檢測流量，這種超聲波流量計的價格基本都是在幾十萬甚至更高，中小型天然氣化工裝置一般不會考慮這種造價高昂的產(chǎn)品，而是會采用價格更為低廉，能基本滿足國內(nèi)計量要求的孔板流量計。其他方面，從目前國內(nèi)的工程投資情況看，項目從立項到建設(shè)再到運營，“快”是一個重要的主線，一旦一個項目立項，設(shè)計要快，施工要快，zui終達到以zui快的速度開始進入運營，zui快速度搶占市場。不能否認這是一種zui好的融入市場的方法，但快中必然出現(xiàn)諸多的遺漏或是不完善，而對于超聲波流量計這種對前期數(shù)據(jù)分析要求比較嚴苛的儀表，一個重要數(shù)據(jù)的偏差或者遺漏，就可能導致這臺造價高昂的儀器僅僅是流量的一種參考而不是標準，失去存在的意義。

四、結(jié)語

 

孔板流量計在以后較長一段時間內(nèi)還是會占據(jù)國內(nèi)天然氣計量儀表的重要位置，但隨著與國際社會的接軌度越來越高，國內(nèi)計量體系的逐漸完善，孔板流量計在無重大技術(shù)突破，而超聲波流量計技術(shù)越來越成熟的情況下，zui終會被取代，從而形成對外貿(mào)易計量使用超聲波流量計，對內(nèi)成本考核計量采用孔板流量的局面。