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(hù)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(yù)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(xì)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(jìn)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(fù)制、性能相對穩(wěn)定可靠，價格低廉且無需實流校準(zhǔn)，安裝即可投用，后期維護(hù)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(zhǔn)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(dá)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(fù)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(dǎo)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(fù)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(rèn)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(hù)后容易產(chǎn)生跑、冒、滴、漏的問題，增加了維護(hù)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(jìn)行充壓保護(hù)。

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(jìn)行檢查，確認(rèn)

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(zhǔn)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(rèn)同的一種天然氣計量用流量計，具有準(zhǔn)確度高、重復(fù)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(dǎo)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(dǎo)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(zhǔn)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(yán)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?biāo)骱湍嫠鲿r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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)入我國天然氣市場以及引進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)由單一標(biāo)準(zhǔn)向多重標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展 。我國天然氣計量標(biāo)準(zhǔn)不斷發(fā)展、豐富和完善，結(jié)合國外標(biāo)準(zhǔn)后我國流量計量標(biāo)準(zhǔn)已基本構(gòu)成完整的體系，正逐步由單一標(biāo)準(zhǔn)向多重標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)、制造工藝還是實際運用中的檢定安裝維護(hù)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?xì)饣て髽I(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(hù)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(rèn)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(biāo)準(zhǔn)、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(dá)到以zui快的速度開始進(jìn)入運營，zui快速度搶占市場。不能否認(rèn)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(yán)苛的儀表，一個重要數(shù)據(jù)的偏差或者遺漏，就可能導(dǎo)致這臺造價高昂的儀器僅僅是流量的一種參考而不是標(biāo)準(zhǔn)，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。