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DigitalFlow XGF868i火炬氣質(zhì)量超聲波流量計(jì)應(yīng)用技術(shù)

來(lái)源：廣東赫米儀表有限公司 2026年09月02日 11:39

1. 基本概述

DigitalFlow XGF868i是Panametrics（克瑞旗下品牌）推出的火炬氣專用超聲波質(zhì)量流量計(jì)，采用專有相關(guān)時(shí)差法（Correlation Transit-Time™）測(cè)量技術(shù)，專為火炬氣、放空氣、沼氣等復(fù)雜工況氣體流量測(cè)量而設(shè)計(jì)。

該產(chǎn)品不僅能測(cè)量體積流量和流速，還能通過(guò)聲速法測(cè)量氣體平均分子量，進(jìn)而計(jì)算質(zhì)量流量和凈熱值（NHV），為環(huán)保排放計(jì)量、能源管理、工藝監(jiān)控等提供多維度的數(shù)據(jù)支持。

2. 工作原理

2.1 相關(guān)時(shí)差法流速測(cè)量

XGF868i采用超聲波時(shí)差法測(cè)量原理。每對(duì)超聲波傳感器交替發(fā)射和接收超聲脈沖信號(hào)，通過(guò)測(cè)量順流和逆流方向的聲傳播時(shí)間差來(lái)計(jì)算氣體的軸向流速。

與普通時(shí)差法不同，XGF868i采用Panametrics專有的相關(guān)時(shí)差法技術(shù)，對(duì)發(fā)射和接收的信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)分析，通過(guò)相關(guān)函數(shù)的峰值確定傳播時(shí)間。這種方法具有更強(qiáng)的抗干擾能力，能夠在信號(hào)衰減大、噪聲強(qiáng)的工況下穩(wěn)定工作，特別適合火炬氣這類含液、含塵、組分復(fù)雜的氣體測(cè)量。

2.2 聲速法分子量測(cè)量

超聲波在氣體中的傳播速度與氣體的熱力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。對(duì)于理想氣體，聲速c與分子量M、比熱比γ、溫度T的關(guān)系為：

c = √(γRT/M)

其中R為氣體常數(shù)。

XGF868i利用這一關(guān)系，通過(guò)測(cè)量超聲波在氣體中的傳播速度，結(jié)合Panametrics專有的烴類混合氣體算法，計(jì)算出氣體的平均分子量。再結(jié)合溫度、壓力測(cè)量值，計(jì)算氣體密度和質(zhì)量流量。

該方法的優(yōu)勢(shì)在于：無(wú)需額外配置氣體分析儀，單臺(tái)流量計(jì)即可同時(shí)獲得體積流量、質(zhì)量流量、分子量、凈熱值等多個(gè)參數(shù)，降低了系統(tǒng)投資和維護(hù)成本。

3. 技術(shù)參數(shù)

3.1 測(cè)量性能

參數(shù)	數(shù)值	備注
測(cè)量原理	相關(guān)時(shí)差法超聲波	Panametrics專有技術(shù)
測(cè)量參數(shù)	體積流量、質(zhì)量流量、流速、平均分子量、凈熱值（NHV）
流速范圍	標(biāo)準(zhǔn)量程：±100 m/s（雙向）擴(kuò)展量程：0.03 ~ 120 m/s（單向）
量程比	4000:1（擴(kuò)展量程）
管徑范圍	50 mm ~ 3000 mm（2" ~ 120"）
速度精度	±0.75% ~ ±2.5% 讀數(shù)	取決于管徑、流速、標(biāo)定方式
質(zhì)量流量精度	±2% ~ ±5% 讀數(shù)	取決于氣體組分和工況條件
分子量精度	±1.8% ~ ±2%	典型烴類混合氣體
通道數(shù)	標(biāo)準(zhǔn)2通道	單通道可選
聲道配置	對(duì)角線交叉布置

3.2 傳感器參數(shù)

參數(shù)	T5型傳感器	T17型傳感器	備注
類型	浸入式	浸入式
標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)	鈦	鈦	可選蒙乃爾、哈氏合金
溫度范圍	標(biāo)準(zhǔn)型：-55℃ ~ +150℃ 低溫型：-220℃ ~ -50℃	-50℃ ~ +250℃
壓力范圍	上限103 bar（1500 psig）	上限103 bar（1500 psig）
適用管徑	50 ~ 350 mm（2" ~ 14"）	>350 mm（14"）	對(duì)角線安裝方式

3.3 變送器參數(shù)

參數(shù)	數(shù)值	備注
外殼材質(zhì)	環(huán)氧樹(shù)脂涂層鋁（標(biāo)準(zhǔn)）不銹鋼（可選）
防護(hù)等級(jí)	IP66
防爆認(rèn)證	Class I, Div. 1, Groups B, C, D ATEX II 2G Ex d IIC T6 IECEx Ex d IIC T6
顯示	2行×16字符背光LCD
鍵盤(pán)	磁性按鍵，防爆區(qū)不開(kāi)蓋操作
電源	100-240 VAC ±10% / 12-28 VDC ±5%	雙電源可選
功耗	大20 W
工作溫度	-40℃ ~ +60℃
存儲(chǔ)溫度	-55℃ ~ +75℃
尺寸	約208 mm × 168 mm（高×深）	變送器本體
重量	約4.5 kg

3.4 輸入輸出

類型	參數(shù)	備注
模擬輸出	2路4-20mA，隔離，大負(fù)載600Ω	可配置為流量、溫度、壓力等
脈沖/頻率輸出	2路，光電隔離，上限10 kHz
報(bào)警繼電器	2路	可配置為流量報(bào)警、故障報(bào)警等
模擬輸入	配置1：2路4-20mA + 1路RTD（PT100）配置2：3路4-20mA	用于溫度、壓力補(bǔ)償
數(shù)字通信	RS232（標(biāo)準(zhǔn)）、HART（標(biāo)準(zhǔn)） Modbus RS485/TCP-IP（可選）基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（可選）以太網(wǎng)（可選）

3.5 認(rèn)證與標(biāo)準(zhǔn)

認(rèn)證	說(shuō)明
ATEX	II 2G Ex d IIC T6 Gb
IECEx	Ex d IIC T6 Gb
FM	Class I, Div. 1, Groups B, C, D
CE	歐盟符合性認(rèn)證
PED	壓力設(shè)備指令（DN25以下）

4. 主要技術(shù)特點(diǎn)

4.1 相關(guān)時(shí)差法專有技術(shù)

相關(guān)時(shí)差法（Correlation Transit-Time）是Panametrics的主要專有技術(shù)之一。與傳統(tǒng)的脈沖回波或閾值檢測(cè)方法不同，相關(guān)時(shí)差法通過(guò)對(duì)整個(gè)接收信號(hào)與發(fā)射信號(hào)做互相關(guān)運(yùn)算，找到相關(guān)函數(shù)的峰值來(lái)確定傳播時(shí)間。

這種方法的優(yōu)勢(shì)在于：

抗噪聲能力強(qiáng)，在信噪比低的情況下仍能準(zhǔn)確測(cè)量
對(duì)信號(hào)衰減不敏感，適合含液、含塵氣體
測(cè)量穩(wěn)定性好，重復(fù)性高

4.2 聲速法測(cè)分子量與質(zhì)量流量

XGF868i內(nèi)置的分子量計(jì)算算法基于大量烴類混合氣體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立，能夠在較寬的組分范圍內(nèi)準(zhǔn)確計(jì)算平均分子量。與傳統(tǒng)的需要已知組分才能計(jì)算質(zhì)量流量的方法相比，該方法具有以下優(yōu)勢(shì)：

無(wú)需額外配置氣體分析儀，降低系統(tǒng)成本
組分變化時(shí)自動(dòng)跟隨，無(wú)需人工干預(yù)
同時(shí)輸出凈熱值，為能源管理提供數(shù)據(jù)支持
響應(yīng)速度快，能跟上組分的動(dòng)態(tài)變化

4.3 超寬量程比

4000:1的量程比使得單臺(tái)XGF868i能夠覆蓋火炬氣從正常微漏到事故大排放的全部流量范圍，避免了多表并聯(lián)的復(fù)雜配置和投資。

寬量程比的實(shí)現(xiàn)得益于：

先進(jìn)的信號(hào)處理算法，低流速下仍能獲得足夠的信噪比
高精度時(shí)間測(cè)量電路
優(yōu)化的傳感器設(shè)計(jì)，聲束能量集中

4.4 雙通道交叉配置

標(biāo)準(zhǔn)雙通道采用對(duì)角線交叉布置，具有以下優(yōu)勢(shì)：

雙聲道取平均，提高測(cè)量精度
更好地適應(yīng)流速分布不均勻的情況
對(duì)于大口徑管道，測(cè)量代表性更好
一定的流場(chǎng)診斷能力

4.5 在線可維護(hù)性

傳感器支持帶壓插拔（Hot Tap）更換，無(wú)需停產(chǎn)泄壓。這對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的石化裝置尤為重要，避免了因儀表維護(hù)造成的生產(chǎn)中斷。

5. 典型應(yīng)用

5.1 石油煉制工業(yè)

煉油廠火炬系統(tǒng)總管及各裝置分支管流量測(cè)量
催化裂化裝置再生煙氣、待生氣體計(jì)量
加氫裝置排放氣計(jì)量
酸性氣、瓦斯氣排放計(jì)量

5.2 化學(xué)工業(yè)

化工廠火炬氣排放總計(jì)量
各工藝裝置排放氣計(jì)量
安全泄壓系統(tǒng)監(jiān)測(cè)
VOCs排放核算

5.3 天然氣工業(yè)

天然氣處理廠放空計(jì)量
長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)放空
LNG接收站火炬氣計(jì)量
儲(chǔ)氣庫(kù)注采氣計(jì)量

5.4 環(huán)保與新能源

污水處理廠厭氧消化沼氣流量計(jì)量
垃圾填埋氣收集與利用計(jì)量
生物質(zhì)燃?xì)庥?jì)量
工業(yè)廢氣治理效果評(píng)估

5.5 鋼鐵與冶金工業(yè)

高爐煤氣放散計(jì)量
焦?fàn)t煤氣放散與回收計(jì)量
轉(zhuǎn)爐煤氣回收與放散計(jì)量

6. 工程應(yīng)用要點(diǎn)

6.1 直管段要求

為保證測(cè)量精度，推薦的直管段長(zhǎng)度為：

上游：≥20D（D為管道內(nèi)徑）
下游：≥10D

如現(xiàn)場(chǎng)直管段不足，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行評(píng)估，必要時(shí)可采用流場(chǎng)修正或現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定的方式保證測(cè)量精度。

6.2 安裝位置選擇

避免安裝在管道上限點(diǎn)（可能積液、積氣）
避免安裝在有強(qiáng)烈振動(dòng)的位置
避免強(qiáng)電磁干擾源（如大功率電機(jī)、變壓器）
傳感器安裝位置應(yīng)考慮維護(hù)可達(dá)性

6.3 溫度壓力補(bǔ)償

質(zhì)量流量計(jì)算需要準(zhǔn)確的溫度和壓力輸入。推薦：

溫度傳感器精度不低于±0.5℃
壓力傳感器精度不低于±0.2%FS
溫度、壓力測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量靠近流量計(jì)安裝位置

6.4 氣體組分適用性

XGF868i的分子量計(jì)算算法主要針對(duì)烴類混合氣體優(yōu)化，對(duì)于含大量非烴類組分（如高濃度N?、CO?、H?等）的氣體，應(yīng)提前與廠家溝通，確認(rèn)測(cè)量精度是否滿足要求。

7. 常見(jiàn)故障與處理

表格

故障現(xiàn)象	可能原因	處理方法
信號(hào)強(qiáng)度低	傳感器結(jié)垢/積液氣體衰減太大傳感器安裝不對(duì)中	清洗傳感器檢查氣體組分調(diào)整傳感器對(duì)中
測(cè)量值波動(dòng)大	流場(chǎng)不穩(wěn)定氣體脈動(dòng) 直管段不足	檢查直管段考慮安裝整流器調(diào)整阻尼
無(wú)流量信號(hào)	傳感器電纜故障變送器故障管道內(nèi)無(wú)流動(dòng)	檢查電纜連接重啟變送器確認(rèn)管道狀態(tài)
質(zhì)量流量偏差大	溫度/壓力輸入不準(zhǔn) 氣體組分偏離算法范圍	校準(zhǔn)溫壓變送器評(píng)估氣體組分適用性

8. 結(jié)語(yǔ)

DigitalFlow XGF868i火炬氣質(zhì)量超聲波流量計(jì)憑借專有相關(guān)時(shí)差法技術(shù)、聲速測(cè)分子量功能和超寬量程比，較好地解決了火炬氣等復(fù)雜工況氣體的流量測(cè)量難題。該產(chǎn)品在煉油、化工、天然氣、環(huán)保等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用前景。

在工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體工況條件進(jìn)行合理選型和安裝，必要時(shí)配合現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，以獲得理想的測(cè)量效果。

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