优化流量计选择

目前有无数的流量测量仪器可用，做出最佳的流量计选择往往是一项艰巨的任务。传统上，用户根据价格和公布的产品规格来选择流量计。

然而，用户也发现:

• 基于最低价格的流量计选择决策通常会导致最高的安装成本
• 根据产品规格选择精度最高的仪表，在实际应用中往往导致测量精度最低
• 仅仅依赖于发布的产品规格的比较实际上可能会导致代价高昂的过程停机时间。

在经历了使用这些过时的选择技术的一些风险之后，许多用户正在寻求一种一流的流量计选择方法，这种方法可以始终如一地产生最佳决策。为了避免意外并降低项目风险，需要一种基于同类最佳方法的系统可重复方法，以确定几乎任何流量应用中的最佳流量计选择。

测量流

流量测量是简单的定量流体或气体的数量通过通道介质，如管道或管道。流量计是一种测量仪器，用于量化流体通过通道的流量。流量通常被量化为体积流量(如加仑/分钟)或质量流量(如磅/小时)。

在制造环境中，流体流量测量通常被认为是操作由原材料生产产品或为产品增加价值的过程工厂所必需的。对更精确的流量测量仪器的需求通常是由业务需求或环境限制驱动的，例如需要更严格的过程控制，以减少排放和提高效率。

流量计类型

通过测量压力损失来测量流量的方法已经使用了几个世纪。多年来，对自然流动现象的更好理解，如涡流脱落，科里奥利效应，多普勒效应，以及电磁感应等原理的发现，促进了其他流量传感技术和流量计产品的发展。

目前，以下类型的流量传感技术广泛应用于市场上的各种流量计装置:

• 压差(DP)包括孔口，文丘里管，流动喷嘴，皮托管，平均皮托管和v锥
• 正位移包括往复式活塞，椭圆形齿轮，动盘，旋转叶片和隔膜
• 科里奥利(或质量流)
• 电磁
• 热分散
• 超声波
• 涡
• 涡轮机。

目前安装的许多流量测量仪器都是基于dp传感技术。在即将被释放ARC咨询小组在“流量计全球市场展望”报告中，分析师Lauren Clement估计，差压变送器仍占每年所有流量测量变送器出货量的近一半。智能多变量压力变送器在测量范围、精度、可重复性和多次测量能力方面的改进，为这项成熟但显然仍然可行的技术增添了新的活力(见图1)。

传统流量计选择

对于许多用户来说，为特定应用选择最佳流量计是具有挑战性的，因为当前流量测量仪器的扩散似乎是无止境的。一些用户准备了大量的电子表格，其中填写了评估潜在流量计的选择标准，其中许多可能与用户当前的流量计应用无关。因此，选择太多，而对流量应用或流量计功能的了解太少，往往会导致选择不当。

许多用户可能普遍意识到，特定的流量计或流量传感技术可能最适合测量具有某些匹配流量特性的流体流量。例如，科里奥利型质量流量计可能是满足要求高精度的保管转移应用要求的理想选择，磁性流量计不适合测量碳氢化合物加工行业中常见的非导电流体的流量，基于dp的流量计可能不适合测量层流。然而，用户可能没有经验或意愿获得知识来考虑可能影响流量计选择的相关因素。

表1:安装成本:传统安装

因此，决策通常是基于购买价格和对公布的产品规格的粗略比较。由于隐藏成本，从长远来看，仅根据初始购买价格选择流量计可能并不理想。根据所选择的流量计类型，总安装成本通常明显高于初始购买价格(见表1)。

工艺和环境条件的变化可能会显著影响仪器的精度。例如，选择额定量程精度为0.065%的流量计，实际上可能会由于流量的变化和温度和压力的变化(见图2)而导致实际或安装精度降低三到四倍。因此，根据购买价格和公布的精度规格选择流量计可能会增加运营成本，在某些情况下，还会导致过程停机。

在许多情况下，一个决定可能只是基于过去实践的延续——做出维持现状的选择——而没有审查可用的选项。虽然现状的选择可能被认为可以降低项目风险，但它可能会忽视流量计功能的进步。随着微处理器越来越多地用于最近的流量计设计，许多产品目前提供更高的精度和更多的功能，如多变量测量，名义上的成本增加。例如，许多多变量流量计具有内置功能，以补偿温度和管道压力变化的流量测量。因此，现状的选择可能会给用户带来更高的安装成本，因为可能需要额外的测量设备和/或额外的管道来获得类似的结果。

一流的选择方法

在经历了一些传统流量计选择风险之后，许多用户正在寻求一种一流的流量计选择方法，以始终如一地产生最佳决策。为了避免意外并降低生命周期成本，需要一种基于同类最佳方法的系统、可重复的方法来确定几乎任何流量应用中的最佳流量计选择。

该方法从需求定义开始，以了解过程流量测量背后的目的(见图3)。“测量目的”的典型例子可能包括过程应用中流体的体积或质量流量测量，如配料、连续混合、控制回路、保管转移、灌装、政府法规、库存控制、装载/卸载、质量平衡、监测/指示和安全。

通过了解流量测量背后的主要目的，用户可以专注于相关的选择标准，并在多个选择中优先考虑。例如，在以本地监测/指示能力为主要目的的流量测量应用中，与安装成本相比，与精度相关的选择标准可能不太相关。重要的是要认识到每种流量传感技术和每种流量计都有优点(称为“最适合”或“最佳点”应用)和缺点。

其次，需要定义流动特性，如管道尺寸;流体特性，如液体/气体/蒸汽;流体是否干净/脏或具有腐蚀性/侵蚀性;流体粘度是否会显著影响流量测量;是否规定了工作温度、压力范围和最大允许压降;流体是否具有导电/不导电性能;流动是单向/双向的还是稳定/脉动的。通过更好地了解流量特性，用户可以集中精力确定正在考虑的特定流量计或流量传感技术是否能够满足要求。

在深入了解流量应用需求之后，需要了解实际工厂安装中的流量测量设备性能。这确保了仪器的功能符合工艺流程测量要求。与安装和调试相关的评估标准可能包括内嵌式与插入式安装方式、本地读数要求、直管长度要求、工程简便性、配置、安装、电源的可用性、安装在本质安全区域、是否存在振动、是否存在腐蚀性流体、是否存在电磁场以及校准频率。

与潜在选择标准相关的外部问题，如环境因素、供应商能力和政府法规，可能包括服务的可用性、危险流体逸散排放的可能性，以及与健康或安全相关的考虑因素。例如，通过选择直接安装的DP流量计而不是需要脉冲线的传统仪器，可以提高安装的可靠性和环境安全性。通过安装直接安装DP流量计，潜在泄漏点的数量可以减少80%，这可以显着降低总维护成本。

因为经济评估因素包含在几乎所有的购买决策中，它们被认为是至关重要的，以便评估它们对预算的影响，并潜在地消除负担不起的选择。经济比较可以包括可量化的安装成本或生命周期成本考虑。量化每种选择的成本是为了通过评估经济影响做出客观决策(例如，通过比较购买价格、安装成本和流量计的生命周期成本)。

在该方法的最后一步，将流量测量产品与相关选择标准进行比较，以构建最优产品选择矩阵。为了简化和更好地管理产品选择过程，可能需要应用足够的过滤标准来生成最优产品选择矩阵。显然，随着相关评价标准和/或产品选择数量的增加，选择过程的复杂性将显著增加。

通过确定相关选择标准的优先级和排名，确定每个相关选择标准的相对重要性，并选择提供最大价值的流量计，从而为可用预算提供最佳价值。在某些应用中，可以对相关选择标准的列表进行加权以得到最优选择。

一流的方法的成功实施需要理解流量测量的目的。例如，考虑一个托管转移蒸汽流量测量应用(见图4)。工厂现场的管道限制将测量蒸汽流量的可用直管长度限制在约15 x D，其中D是管道直径，单位为英寸。在这种管道约束条件下，不能提供准确结果的流量测量应该取消。

由于本例中测量的目的是保管转移，因此设备的安装性能是选择流量计的重要考虑因素。量化安装性能的参数包括安装精度(不仅仅是发布的精度)和总体测量误差。例如，希望通过内置温度和压力补偿来适应操作条件的变化，从而减少总体误差。

由于预算紧张，总体安装成本和生命周期成本(不仅仅是初始购买价格)也是重要的考虑因素。例如，需要安装辅助设备来提供温度和压力补偿的流量计可能会导致更高的安装成本。需要频繁更换流量传感装置或需要频繁校准的流量计也可能导致更高的生命周期成本。

为了减少能源使用和成本，在这种应用中，应尽量减少流量计上的永久压降。因此，在将上述需求作为过滤器应用到潜在的评估标准有关此项申请的选择准则如下:

• 安装性能
• 安装成本
• 永久压降
• 直管长度要求/约束。

选择流量计产品进行比较

用于测量保管转移应用中的蒸汽流量的流量传感技术包括DP，旋涡脱落，涡轮，可变面积和科里奥利。考虑到用户对基于DP测量的流量计的偏好，并简化产品比较过程以进行说明，一流的产品选择技术侧重于比较各种类型的DP流量计。虽然这些流量计产品选择技术比较基于dp的流量测量，但它们适用于任何类型的流量测量技术。

表2:DP流量计比较

根据托管转移蒸汽流量测量示例的相关选型标准，选择四种DP流量计类型进行比较(见表2)。

安装性能:精度、流量系数变化和动态补偿是可能影响流量计性能的参数，必须在整个流量范围内进行规定和评估。指定为“量程百分比”的变送器通常在流量调节能力方面受到限制。指定为“读数百分比”的变送器在宽流量关降下表现更好。使用压力和温度变化的动态补偿通常可以提高性能并减少误差。此外，对于可重复的流量测量，通常需要完全补偿。

在系统性能比较中，DP流量计2和DP流量计3因提供补偿流量而排名最佳。DP流量计4排名第二，DP流量计1排名第四，因为这两种流量计不提供流量补偿(见图5)。

安装费用:一些安装技术，如直接流量计安装，通过消除不必要的设备，更可靠，成本更低，在这种情况下，脉冲线。它们还减少了代价高昂的泄漏。基于相对安装成本的比较，DP流量计1排名最佳，因为它提供了最低的安装成本(见图6)。然而，它的流量测量不太准确，因为它没有补偿温度和压力变化。DP流量计3和DP流量计4排名第二，因为它们是直接安装的。DP流量计2排名第四，因为它的安装成本最高。

永久压力损失:一些流量传感技术，如孔板，与其他技术(如平均皮托管)相比，固有地具有更大的永久压力损失。在许多流体应用中，由于流量传感器的存在而增加的压力损失可能是不可接受的，因为它增加了泵送/能源成本;增加压缩机、泵和锅炉的尺寸/容量;减少了吞吐量。四种DP流量计的永久压力损失比较表明，DP流量计4提供的压降最小，特别是当流量处于满量程值时(见表2)。

直管要求:在大多数工厂中，重新配管很少符合直管运行的要求。因此，存在物理限制，例如15 x D直管长度，可能会消除某些流量计类型的使用。

从产品选择矩阵中所列的相对直管要求比较可以看出，该指标DP流量计3排名最佳，DP流量计4排名第二，DP流量计2排名第三，DP流量计1排名第四(见表3)。

表3:产品选择矩阵

产品对比结果:从产品选择矩阵中最终选择流量计取决于测量目的(见表3)。在一种应用中，选择流量计装置的主要标准可能包括安装性能和直管要求。次要标准包括测量装置上的永久压降和总体成本。DP流量计3是最适合这种应用的产品。

如果主要标准是测量装置上的永久压降，那么DP流量计4是最佳产品适配，因为它具有所选标准的最佳额定值。

结论

每种流量传感技术和每种流量计都有各自的优缺点。基于这些优点和缺点，同类最佳流量计选择方法优先考虑选择标准，并匹配最适合的流量计候选项。

Brian Fretschel是艾默生过程管理公司Rosemount测量业务部的全球营销工程师。他是压力营销组织的一部分，专注于各种DP流和多变量产品。Fretschel已经在艾默生工作了两年，拥有Rosemount所有压力产品的经验。他拥有明尼苏达大学德卢斯分校的机械工程学士学位。

Amy Johnson是艾默生过程管理公司罗斯蒙特测量业务部压力营销总监。她是压力营销组织的一部分，专注于DP流量，DP水平和多种产品。Johnson在艾默生工作了30年，拥有Rosemount所有流量产品的经验。她拥有the University of Wisconsin的机械工程学士学位和the University of Minnesota的工商管理硕士学位。

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