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压差式流量计和超声波的区别是什么意思,超声波流量计与孔板流量计的比较

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一、压差式流量计和超声波的区别是什么意思

压差式流量计和超声波流量计是两种常见的流量测量仪器,它们各自具备独特的工作原理和应用场景。在本文中,我们将通过列举序号的方式探讨这两种流量计的区别,并在最后进行总结。

1.工作原理的差异:

压差式流量计是通过测量流体流过节流装置前后的压差来确定流量的一种方式。当流体经过节流件(例如孔板或文丘里管)时,速度的变化会导致压力发生变化,这种压力变化与流量之间存在确定的数学关系。而超声波流量计则是基于超声波信号在流体中的传播时间差异来计量流量,通常采用时差法、多普勒法或噪声法等不同的测量技术。

2.安装要求的不同:

压差式流量计需要在管道中安装节流装置,这可能会对流体产生一定的阻力,影响系统的运行效率。相比之下,超声波流量计通常为非侵入式安装,不会改变流体流动的状态,也不会引入额外的压力损失。

3.适用介质范围:

压差式流量计适用于广泛的液体、气体和蒸汽等多种介质,特别是在温度和压力较高的情况下表现良好。超声波流量计同样能够处理多种介质,但对于含有大量悬浮颗粒或气泡的流体,其精确度可能会受到影响。

4.精度和维护需求:

压差式流量计的精度受到多种因素的影响,包括流体特性、节流装置的设计以及压力传感器的性能。此外,节流装置可能需要定期清洁和维护以避免污染或腐蚀。超声波流量计通常提供更高的精度,并且由于没有活动部件,其维护需求相对较低。

5.成本和使用复杂性:

压差式流量计的成本较低,操作相对简单,适合成本敏感且对精度要求不高的应用场合。超声波流量计的成本相对较高,但它提供了更高级的诊断能力和更宽的量程比。

6.响应时间和稳定性:

压差式流量计的响应时间相对较慢,可能不适合快速变化的流动条件。而超声波流量计能够提供快速的响应时间,并且具有良好的稳定性和重复性。

7.可测量的流量范围:

压差式流量计通常适用于较小的流量范围,而超声波流量计可以实现从极低到极高的流量范围内的准确测量。

二、流量计分几种?

大体上常用的流量计分为四种:①机械式流量计、②电磁流量计、③涡街流量计、④超声波流量计

①机械式流量计:日常生活中,俗称水表,水表的内部有旋转结构,流动的液体会导致内部扇片的结构旋转,流速和扇片的转速,有一定的比例关系,旋转速度越快,流经管道的流量就越大。同时,有一些机械式流量计,还能对应产生一些脉冲信号,来代表流量信号,传送给PLC,机械式流量计内部有机械活动部件,不适合污水,或含有固体、颗粒等杂质多的液体,杂质过多会堵塞扇片,导致机械式流量计损坏。

②电磁流量计:常用于工业领域中,被测的液体必须是水,或者是导电的液体,电磁流量计没有活动部件,他的工作原理和名字一样,是靠电磁感应定律,也就是法拉第公式:E=B×L×V(动生电动势)流量计的上下是有2个励磁线圈,用于产生一个恒定的磁场B,这样流体中的正负带电粒子就会收到磁场的作用力《洛伦磁力》从而分开。与此同时,流量计左右两边对应的电极会检测感应产生的电动势(E=B×L×V)电磁流量计根据测量得到电动势,以及电极之间距离L,来计算出液体的流速,最后换算成流量信息展示出来。

③涡街流量计:又叫做卡门涡街或者卡门涡流,是一个匈牙利籍美国空气动力学家,冯·卡门提出的物理理论,也是我国钱学森的的博士导师。涡街是指流体中安置的阻流体,在特定条件下,会出现不稳定的边界层分离现象,阻流体下游的两侧,会产生两道非对称地排列的漩涡,其中一侧的漩涡顺时针方向转动,另一侧漩涡则反方向旋转,两排漩涡相互交错排列,想街道旁的街灯一样,所以取名涡街。平常生活中,河水流过障碍物,用的就是卡门涡街。流量计的入口处会设置一个阻流体,用于产生涡街,漩涡会冲击阻流体后面的摆体传感器,用于记录漩涡的频率,流速越高,涡街频率越高。流体流速和频率存在特定的联系,流量计通过内部芯片运算,得出流量信息。

④超声波流量计:超声波是声波的一种,他的频率可以超出人耳感知的频率(人耳可以感知16-20000赫兹,超声波>20000赫兹)所以才得名。声波在流体中传递的特点就是:顺流时传播速度快,逆流时,传播速度慢,超声波流量计的原理是:在管道中超声波探头成对安装,一收一发,得出时间差,这个时间差和流速成正比。通过数学换算,得出流速并计算流量,这种测量方法又称试差法,这种超声波探头是安装在管道内部的。还有一种夹装式超声波,传感器安装在管道外壁,方便安装,适用于改造工程。

超声波流量计与孔板流量计的比较

2019-03-1316:24·开创测控

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

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。

孔板流量计

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。

=27430×18.5185/0.8

=634953W

孔板

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。

假定某个计量站的输气量为350万Nm3/天,工业用气每标方

的价格为0.6元,费用偏差比较见表2。

表2

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

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%)。

孔板

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ISO5167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ISO5167-2)。

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,可以消除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。

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