在我國長輸和集輸管道的工程實踐中，孔板流量計特別是高級孔板閥長期占據(jù)統(tǒng)治地位。而隨著我國石油天然氣事業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，在高壓、大流量計量方面，孔板流量計越來越受到自身結構的限制而顯示出其局限性。近年來一些新型的流量計在國外取得理論和實踐成功的基礎上，也積極投身國內市場，取得一系列成功經(jīng)驗。特別是超聲波流量計在高壓、大流量場合具有明顯優(yōu)勢，大有取代高級孔板閥之勢。由于認識的誤區(qū)很多人認為超聲波流量計性能好但價格昂貴，事實是不是如此呢？我們通過一系列比較可以得到更正確的結論。

1  孔板流量計的使用要求

孔板流量計（流量與差壓的平方成正比）的使用條件、使用范圍和對管道的要求：

    (1) 流體：應是單相、均質的牛頓流體，在通過節(jié)流裝置時不發(fā)生相變和析出雜質，在節(jié)流裝置中不得有任何形式的物質黏附或聚集。

    (2) 管道：僅適用于圓管，管徑大小有一定限制，上下游有很長的直管段，而且節(jié)流件上游10D、下游4D直管段的內表面粗糙度、圓度要嚴格符合具體規(guī)定。

表1  超聲波流量計與孔板流量計技術性能的比較

    (3) 流態(tài)：流動應是連續(xù)、穩(wěn)定的，不是脈動流；在受到節(jié)流件影響前已形成典型的、充分發(fā)展的流速分布（紊流速度分布），流線與管軸線平行，不得為旋轉流。

2  技術性能的比較（見表1）

2.1  量程比低

    由于結構特點，孔板流量計是通過節(jié)流件來完成測量的，所以其量程比通常只有1：3，最高可達1：10，而超聲波流量計沒有任何阻流件，其量程比可達1：200。

    這兩個數(shù)據(jù)表明：如果實現(xiàn)一種測量方案，假定其流量范圍是從1m3/h ~ 40m3/h, 使用超聲波流量計只需要一路工藝計量回路就可以實現(xiàn)，如果采用孔板流量計，需要多路才能實現(xiàn)。

2.2  壓損

    由于孔板流量計的結構有阻流件，超聲波流量計沒有阻流件，那么顯而易見：孔板流量計的壓損很大，超聲波流量計壓損實際可以忽略不計。節(jié)流裝置能耗計算如下：

    以下以1個典型用戶用氣參數(shù)進行能耗計算：用氣量160×104m3/d，用氣壓力0.6MPa。

    節(jié)流裝置壓力損失計算式：（最大刻度差壓50kPa、β=0.68）

    δP=（1-0.24β-0.52β2-0.16β3）ΔP
       =0.5486×50
       =27.43kPa

    節(jié)流裝置能耗計算式：（壓縮機效率η=0.8）

    W=δp×QV/η
    = 27430×18.5185/0.8
    =634953W

計算耗能費：能源價0.4元/kWh

耗能費(年)=(W/1000)×(運行時數(shù)/年)×(元/ kWh)
                  =(634953/1000) ×365×24×0.4
                  =2224876(元/年)

該計算僅只是能耗損失，不包括壓縮機運行等費用。

2.3  精度

    孔板流量計的計量精度理論上可以達到1%，但是通過大量的實踐證明，由于孔板流量計抗干擾能力較差，現(xiàn)場精度最高能達到2%，一般情況下在3%左右。

超聲波流量計的精度則可以達到0.5% 甚至更高。

    假定某個計量站的輸氣量為350萬Nm3/天，工業(yè)用氣每標方的價格為0.6元，費用偏差比較見表2。

表2

由此可見選擇兩種不同的計量儀表， 對于測量的影響會有多大。

2.4  測脈動流

    由于孔板流量計是靠孔板前后的差壓信號來實現(xiàn)流量測量的，脈動流會使孔板前后的差壓不準， 所以孔板流量計不適合測脈動流， 而超聲波流量計可以測量脈動流的強度并消除其干擾，所以它適合測脈動流。

2.5  測雙向流

    孔板流量計依據(jù)一個節(jié)流元件來實現(xiàn)測量目的， 這個節(jié)流元件具有嚴格的方向性，因此孔板流量計無法測雙向流。超聲波流量計只與超聲信號在流體中的傳播時間有關，因此可以測雙向流。

2.6  測濕氣體

    孔板流量計不適合測量濕氣體；若被測氣體為濕氣體，那么在孔板流量計的前端容易積液，使得上下游差壓產(chǎn)生變化，而孔板流量計正是根據(jù)上下游的壓差來測量流量的，如果差壓產(chǎn)生變化，則孔板流量計不可能準確測量氣體的流量。

    超聲波流量計具有自檢測功能，如果所測量氣體為濕氣體，對超聲波流量計產(chǎn)生影響時，儀表本身可以修正，因此超聲波流量計適用于濕氣體的測量（濕氣體體積組分含量低于5%）。

2.7  清洗計量管路

    孔板流量計本身有阻流件， 清洗球無法通過，因此孔板流量計安裝在管線上時無法在線清洗計量管路，只有拆除孔板流量計才能清洗管路。而對超聲波流量計來說，不存在這樣的問題。

2.8  渦流影響

    孔板流量計采用差壓法測量氣體的流量，渦流直接影響孔板兩端的差壓， 因此孔板流量計對渦流很敏感， 要求有很長的直管段才能滿足測量精度的要求。 新的國際標準ISO 5167已經(jīng)對孔板流量計上游直管段的長度作了更高的規(guī)定：孔板流量計上游直管段至少要有44D，若孔板流量計上游有匯管存在，則上游直管段的長度至少要有145D。（詳見《國際流量計量學術動態(tài)及發(fā)展趨勢》（《中國計量》2002年）或ISO 5167-2）。

    英國烴源公司下屬的南莫克姆天然氣計量站改造時， 請英國國家工程實驗室（NEL）做了詳細的流體動力學分析， NEL經(jīng)過大量試驗得出結論：原ISO5167規(guī)定的上游18D直管段確實無法滿足對計量精度的要求，修改后的ISO5167-2對直管段的長度規(guī)定是必須的。

    而大多多聲道的超聲波流量計本身具有對渦流強度的分析能力，可以消除渦流對流量測量的影響，對渦流不敏感。

2.9  流速分布的影響

    孔板流量計由于結構原理的限制，要求測量時流速分布均勻，但是由于現(xiàn)場計量管路的復雜性，氣體在管路的流速分布是不可能均勻對稱的，因此孔板流量計對流速分布不對稱非常敏感。

    超聲波流量計可以修正流速分布不對稱的現(xiàn)象。

2.10  重復性

    對于孔板流量計而言，隨著使用過程中孔板邊緣的磨損， 孔板流量計的精度和重復性都會下降，而超聲波流量計無壓損、無示值漂移現(xiàn)象，重復性高。

2.11  工藝管路復雜性比較

    對于孔板流量計，由于量程比窄，計量管路多，而且上、下游直管段長，現(xiàn)場工藝管路復雜。

    超聲波流量計量程比寬，上、下游直管段短，工藝管路簡單。

2.12  維修維護率比較

    孔板流量計有阻流件，上游易積液、對高含硫的天然氣，其孔板磨損快，維修維護率高。

    超聲波流量計無可動部件，特殊材料的超聲探頭可以抗H2S的腐蝕，維護簡單。

2.13  一次性投資比較

    孔板流量計由于量程比窄，對于相同的流量計量要求，其計量管路多，雖然直接的計量儀表投資少，但是相關的閥門、溫度變送器、壓力變送器、直管段、匯管等一次性投資多。

    超聲波流量計單表價格高于孔板流量計，但是由于量程比寬，整個計量回路少，實際站場一次性投資少。

3  現(xiàn)場安裝使用的比較（見表3）

表3

(1)  直管段的長度

    孔板流量計上有直管段至少要有44D，若孔板流量計上游有匯管存在，則上游直管段的長度至少要有145D。（詳見《國際流量計量學術動態(tài)及發(fā)展趨勢》（《中國計量》2002年）或ISO 5167-2）。
超聲波流量計上、下游直管段要求為10D、5D（《用氣體超聲波流量計測量天然氣的流量》