超聲波流量計(jì)與孔板流量計(jì)的比較
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(1) 設(shè)備維護(hù)費(fèi)
由于超聲波流量計(jì)為免維護(hù)儀表，而孔板流量計(jì)需要經(jīng)常維護(hù)，因此后者的維護(hù)費(fèi)用大大高于前者。
(2) 標(biāo)定費(fèi)用
孔板流量計(jì)僅為標(biāo)定差壓變送器就花費(fèi)很大的人力物力，再加上孔板流量計(jì)需要配密度計(jì)， 每年一次標(biāo)密度計(jì)也要增加標(biāo)定費(fèi)用。此外，孔板流量計(jì)雖然可以采用幾何檢定的干標(biāo)模式進(jìn)行檢定，但是檢定完重新安裝回去時(shí)很難保證同心度。
(3) 孔板流量計(jì)需要經(jīng)常更換節(jié)流件，成本因而增加；超聲波流量計(jì)無需更換部件，探頭可以帶壓更換并清洗，其它部件基本不用更換。
(4) 由于孔板流量計(jì)壓損很大，增加了壓縮機(jī)的負(fù)荷，經(jīng)多年實(shí)踐證明，運(yùn)行費(fèi)用隨壓損的增加而上升。
(5) 操作人員人工費(fèi)孔板流量計(jì)需要維護(hù)、切換等操作，人工費(fèi)用很多，而超聲波流量計(jì)無人值守，基本不需要維護(hù)，因此用于超聲波流量計(jì)運(yùn)行維護(hù)的費(fèi)用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于孔板流量計(jì)。
6 超聲波流量計(jì)在石油化工計(jì)量中的應(yīng)用
6.1 時(shí)差法超聲波流量計(jì)測量成品油
超聲流量計(jì)是一種推導(dǎo)式流量計(jì)，它的基本原理如圖2所示。高頻聲脈沖從上游換能器A傳送到下游換能器B的時(shí)間為
T1=L/(C+Vcosθ)
而從下游換能器B傳送到上游接收換能器A的時(shí)間為
T2=L/(C-Vcosθ)
式中，L—聲道距離；C—液體中的聲速；θ—聲道和管道軸向的夾角；V—管道中的平均軸向流速。
由上式可以推導(dǎo)出
V=(L/2cosθ)*[(T2-T1)/(T1*T2)]
圖2 時(shí)差法超聲波流量計(jì)基本原理圖
6.2 標(biāo)準(zhǔn)體積管實(shí)流標(biāo)定超聲波流量技術(shù)
雙向標(biāo)準(zhǔn)體積管是一種標(biāo)準(zhǔn)容積式機(jī)械設(shè)備，在U型標(biāo)準(zhǔn)管段進(jìn)出口上裝有兩個(gè)(或四個(gè))檢測開關(guān)，一個(gè)排液球或者活塞。當(dāng)觸動第一個(gè)檢測開關(guān)時(shí)，排液球進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)段，當(dāng)這個(gè)球觸動U型管另一端第二個(gè)檢測開關(guān)時(shí)，排液球離開標(biāo)準(zhǔn)段。
超聲波流量計(jì)的測量原理決定了脈沖和真實(shí)流速(流量)有一個(gè)固定延時(shí)。而管道中的流體擾動是很復(fù)雜的，它包括多次擾動渦流和非軸向速度成分，超聲波流量計(jì)沿著一個(gè)或多個(gè)采樣聲道，通過超聲波發(fā)射器和接收器上的正反向時(shí)差，檢測并推導(dǎo)計(jì)算出流體流速。上述原因，檢定一臺超聲波流量計(jì)性能是否穩(wěn)定，應(yīng)該有如下特點(diǎn)需要設(shè)計(jì)工程師注意：
(1)為了使被檢測超聲波流量計(jì)儀表系數(shù)的不準(zhǔn)確度控制在±0.027%，建議設(shè)計(jì)工程師在計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮超聲波流量計(jì)的公稱通徑和標(biāo)定運(yùn)行次數(shù)來選擇雙向標(biāo)準(zhǔn)體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積其關(guān)系如表3所示：
雙向體積管標(biāo)準(zhǔn)容積和流量計(jì)公稱通徑 | |||
超聲波流量計(jì)的公稱通徑(mm) | 雙向體積管標(biāo)準(zhǔn)容積(L) | ||
當(dāng)標(biāo)定5次重復(fù)性為0.05%時(shí) | 當(dāng)標(biāo)定8次重復(fù)性為0.09%時(shí) | 當(dāng)標(biāo)定10次重復(fù)性為0.12%時(shí) | |
DN400(16``) | 82832.227 | 38315.867 | 25119.946 |
DN350(14``) | 63435.813 | 29253.608 | 19237.427 |
DN300(12``) | 46583.161 | 21463.245 | 14149.843 |
DN250(10``) | 32274.361 | 14944.778 | 9857.194 |
DN200(8``) | 20668.310 | 9539.220 | 6359.480 |
DN150(6``) | 11606.051 | 5405.558 | 3497.714 |
DN100(4``) | 5246.571 | 2384.805 | 1589.870 |
(2) 在每次的標(biāo)定過程中，排液球在觸發(fā)第一個(gè)檢測開關(guān)之前，開始記錄被檢超聲波流量計(jì)發(fā)出的脈沖信號，應(yīng)該保持介質(zhì)流速穩(wěn)定在被檢超聲波流量計(jì)的這個(gè)流量點(diǎn)上，否則有可能造成超聲波流量計(jì)較差的重復(fù)性或者流量計(jì)增益的系統(tǒng)誤差。
(3) 換向四通閥在換向介質(zhì)進(jìn)入U(xiǎn)型管段時(shí)應(yīng)該處于流量和壓力穩(wěn)定狀態(tài)下。如果驅(qū)動排液球進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)體積管檢測開關(guān)時(shí)，排液球觸發(fā)檢測開關(guān)之前直接產(chǎn)生擾動流。這將大大降低超聲波流量計(jì)的儀表系數(shù)和重復(fù)性。
7 結(jié)論
綜上所述，使用氣體超聲波流量計(jì)比使用孔板流量計(jì)無論從安全性能、技術(shù)性能還是從一次性投資以及長期運(yùn)行費(fèi)用上都有很大的優(yōu)勢。由于說明問題的需要，本文中計(jì)算和實(shí)例均選用較大用氣量進(jìn)行比較，實(shí)際通過比較計(jì)算一般DN200口徑以上流量計(jì)選用氣體超聲波流量計(jì)具有較大優(yōu)勢，DN150特別是以下流量計(jì)的選取由于氣體超聲波流量計(jì)本身價(jià)格因素使用孔板流量計(jì)更為經(jīng)濟(jì)，但從保證計(jì)量精度出發(fā)也推薦選用更精確的計(jì)量儀表。(end)
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