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,最高可达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:(最大刻度差压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,现场精度最高能达到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消除其干扰,所以它适合测脉动流。
2.5 测双向流