三级计量网络中超声波流量计的应用

随着国家经济发展的主题从高速高效向节能环保的转变，各行各业纷纷提升能源计量管理层次等级，本钢集团适应国家经济发展潮流，在全集团内广泛开展三级计量网络建设。发电厂作为能源密集型企业，其能源计量网具有介质类型多，计量点数量多的特点，是三级计量网络建设的重点单位。在发电厂工艺中，水处理环节占有很大的比重，因此水流量计量仪表的安装成为了网络建设的重中之重。

1 水流量计量仪表安装面临的主要问题

对于老旧产线进行计量仪表安装，通常可能遇到以下几个问题：

(1)工艺管道前后直管段不足。

本文结合某工程实例，深入探讨SBS改性沥青混凝土路面施工工艺，并针对SBS改性沥青混凝土施工中常见的问题提出解决方法，最后对施工完成后沥青路面压实度和平整度进行检测，以评价SBS改性沥青混凝土路面施工质量，研究结果表明，路面压实度和平整度指标能够满足要求。

(2)产线不允许停产安装。

(3)管线压力等级高，无法带压取孔。

(4)管道特殊，含有衬胶等特别工艺。

如孔板等传统取压方式仪表，必须要将管道内的介质完全阻断后才能进行施工，但是很多时候，部分工艺管道的停运就意味着整个产线的停运，对集团化运营的企业来说，还可能影响到整个系统的能源平衡，所以是不能允许的。

时效性好就是说超声波流量计的安装周期很短。安装一套外夹式超声波流量计算上调试时间只要一个来小时，而安装其它插入式微差压流量计量仪表，则需要至少半天时间，安装孔板流量计需要时间更长，还有可能需要停产安装。

对主流的节流取压仪表，一般都有前10D后5D的直管段要求，因为工艺管道形成初期未考虑相应测量点的安装问题，形成后再改造成本将会提升很多，有的甚至根本不具备改造条件，无法安装。

(5)测量介质特殊。

首先，超声波流量计有多种安装方式：管段式安装、插入式安装和外夹式安装。相对来说，管段式安装成本较低，适合在水处理等可随时进行阶段性停产的区域进行安装。插入式安装测量精度相对较高，适用于管网压力不是很高，具备带压取孔可能性，且对计量精度要求较高的场合。外夹式安装安装方便，不受管道直径、结构和管网压力等限制，在最大限度上满足了现场安装要求。

目前还有很多主流流量仪表是使用微差压测量技术的，即将测量元件插入测量管道内，通过扰流产生的测量元件各方位的差压有所不同来进行流量测量。这种安装工艺虽然可以不用对管道进行完全阻断，但目前国内很多的带压取孔技术都存在一定的压力限制，并不是在任何情况下都可以安装的，尤其是在发电厂这种高温高压的情况下，带压安装不但风险大，而且成本高。

电磁流量计常用的安装方式为管段式安装，也会遇到前面说到的安装问题，同时，电磁流量计在发电厂的应用中，还有一个很难解决的问题，就是发电厂用于制造蒸汽的水必须是除盐水，电导率都很低，所以，使用电磁流量计无法准确计量。

在发电厂工艺的水处理环节中，有很多酸、碱腐蚀性介质需要在管道中进行传输，这要求管道内部必须进行防腐处理，在有防腐处理的管道上，靠法兰进行管道连接的居多，一般无法进行后期加工，尤其是使用水电焊时，容易损伤内部涂层，所以在这种管道上无论是管段安装还是取孔安装，都有很大难度。

2 使用超声波流量计解决计量难题

在我厂的三级计量网络中，大范围的使用了超声波流量计，使用其进行水流量计量的好处，主要体现在时效性好、性价比高、工况要求低等几个方面。

式（2）中ESIab表示出口产品相似度指数；a、b、k分别为a国、b国和k市场表示两国（地区）出口到k市场的第i种商品额；示两国（地区）出口到k市场的商品总额；ESIab的取值范围[0，100]，数值越大，表明两国（地区）出口到k市场的商品，相似度越高，商品竞争力就越强；反之则互补性越强。

上文提到的各类流量计安装问题，在我厂的三级计量网络建设中都出现过，为了解决上述问题，我们实验了多种流量计产品，最终发现，使用超声波流量计替代传统仪表是解决此类问题的最佳途径。

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性价比是指各类型测量仪表在测量相同介质时所体现出的性能与价格的比值。对于完成相同的功能要求，在达到相同的测量精度的情况下，其采购成本、安装成本等综合成本的价格越低，其性价比越高。国内各类型仪表采购价格见表1。

 

表1 常见流量计价格对比

  

种类超声波流量计超声波流量计(高温型)微差压流量计孔板流量计价格(万)13-45-82-3

通过上表，可以发现超声波流量计的采购成本远低于其它品种流量计。在发电厂可使用超声波流量计计量的测点在150个以上，如果全部使用超声波流量计替代传统仪表，可节约采购成本300万元左右。

工况要求低是指超声波流量计安装对管道无过多要求，管径适应范围大，管内介质无粘度、流速等要求，而孔板流量计无法测量小管径流量，微差压流量计测量大管径流量时需要两端加固等，都限制了其适用范围，尤其是插入式的安装方式，对管道内介质的粘度、腐蚀性等必须做出严格要求，不然极易损伤一次测量元件。考虑到以上因素，超声波流量计特别适于在水处理产线安装，因为水处理生产过程中，涉及到很多盐分，尤其是浓水，含盐比例很高，其它测量元件都十分容易损坏，外夹式超声波流量计完美的解决了此类问题。

不同国家和地区、不同年龄阶段先天性心脏病的发病率各不相同。全球成人先天性心脏病的发病率为1.2‰～17‰[8]。亚洲人群出生时先天性心脏病的发病率约为9.3‰[9]。我国小于18岁的儿童和青少年人群先天性心脏病发病率则为1.5‰～7.7‰[10-12]。本研究先天性上睑下垂患者中，先天性心脏病发生率明显高于同年龄段普通人群，与Larned等[1]的研究相似。合并先天性心脏病的先天性上睑下垂患儿进行上睑下垂矫正手术的围术期心血管风险增加。本研究中有31例患者为先天性心脏病术后择期行眼部手术，仅有9例患者(8例卵圆孔未闭和1例房间隔缺损)经多学科讨论后直接进行了上睑下垂矫正手术。

3 超声波流量计的缺陷

虽然超声波流量计适用范围很广，但是也不是完全适用于各种工况，适应温度一直是其一个硬伤。常用流量计优缺点比较见表2。

由于时间的限制，本文任然存在着不足之处：作者分析了40则语料，但是作为例子，呈现在论文中的只有6则；对于语料的分析基于作者自身的能力，可能存在分析不足的情况；对于广告语类型的划分，是根据作者自身的认知水平。

 

表2 常用流量计优缺点比较

  

种类电磁流量计浮子流量计热式(气体)质量流量计超声波流量计涡轮流量计差压式流量计容积式流量计优点无压力损失;测量范围大,电磁流量变送器的口径从2.5mm到2.6m;不受流体的温度、压力、密度和粘度的影响。用于液体、气体以及蒸汽的测量,特别适宜低速小流量的介质流量测量,结构简单,价格低廉。无活动部件,无分流管的热分布式仪表无阻流件,压力损失很小;带分流管的热分布式仪表和浸入型仪表,虽在测量管道中置有阻流件,但压力损失也不大。非接触式测量仪表,可用来测量不易接触、不易观察的流体流量和大管径流量,不会改变流体的流动状态,不会产生压力损失,且便于安装;可以测量强腐蚀性介质和非导电介质的流量;超声波流量计的测量范围大,管径范围从20mm～5m,不受被测流体的温度、压力、粘度及密度等热物性参数的影响;可以做成捆绑式、管道式和便携式两种形式。精度高,重复性高,无零点漂移,抗干扰能力强,量程范围宽,结构紧凑。结构牢固;性能稳定可靠;使用寿命长;应用范围广泛。计量精度高;安装管道条件对计量精度没有影响;可用于高粘度液体的测量;范围度宽;直读式仪表无需外部能源可直接获得累计、总量、清晰明了、操作简便。缺点不能用于测量气体、蒸汽以及含有大量气体的液体,不能用来测量电解率很低的液体介质,不能测量高温高压流体;安装与调试比其它流量计复杂且严格;不能测带有污垢的粘性液体。最大管径150mm;使用流体和出厂标定流体不同时,要作流量示值修正。响应慢;被测气体组分变化较大的场所,因cp值和热导率变化,测量值会有较大变化而产生误差;对于黏性液体在使用上亦受到限制。温度测量范围不高,一般只能测量温度低于200℃的流体;抗干扰能力差;易受气泡、结垢、泵及其它声源混入的超声杂音干扰、影响测量精度;直管段要求严格,为前20D,后5D否则离散性差,测量精度低;测量管道因结垢,会严重影响测量准确度,带来显著的测量误差,甚至在严重时仪表无流量显示;可靠性、精度等级不高(一般为1.5～2.5级左右),重复性差;使用寿命短(一般精度只能保证一年)。不适合长期使用,不能长期保持校准状态;要求上游管道长度应有不小于2D的等径直管段;不适合脏污介质。测量精度低;量程范围窄,一般3:1或4:1;现场安装条件要求高。结果复杂,体积庞大;被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大;不适用于高、低温场合;大部分仪表只适用于洁净单相流体;产生噪声及振动。

由于一次测量元件用于产生超声波的组件由电子元件组成，所以注定了其耐受温度必然不能太高。目前，国内超声波流量计的使用温度上限基本维持在90℃左右，部分国外进口产品可达到120℃。一旦使用温度限制得到大范围提升，其在流量测量仪表领域的地位将无可撼动。

综上所述，在具备安装条件的工况下，应大力推广使用超声波流量计，不仅可以大量节约备件采购资金投入，而且可以最大限度缩短建设周期，尽早获得精确计量带来的经济效益。

参考文献

〔1〕蔡武昌.流量测量方法和仪表的选用〔M〕.北京：化学工业出版社，2001：87-94.

〔2〕石油化工仪表自动化培训教材编写组.石油化工仪表自动化培训教材〔M〕.北京：中国石油化工出版社，1970：48-60 .

〔3〕张华.热工测量仪表〔M〕.北京：冶金工业出版社，2015：63-70.

〔4〕纪纲.流量测量仪表应用技巧〔M〕.北京：化学工业出版社，2003：92-112.

〔5〕中国标准出版社第四编辑室.中国标准出版社，2008：70-76.