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DigitalFlow XGF868i火炬氣質量超聲波流量計應用技術

來源：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量流量計，采用專有相關時差法（Correlation Transit-Time™）測量技術，專為火炬氣、放空氣、沼氣等復雜工況氣體流量測量而設計。

該產(chǎn)品不僅能測量體積流量和流速，還能通過聲速法測量氣體平均分子量，進而計算質量流量和凈熱值（NHV），為環(huán)保排放計量、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 相關時差法流速測量

XGF868i采用超聲波時差法測量原理。每對超聲波傳感器交替發(fā)射和接收超聲脈沖信號，通過測量順流和逆流方向的聲傳播時間差來計算氣體的軸向流速。

與普通時差法不同，XGF868i采用Panametrics專有的相關時差法技術，對發(fā)射和接收的信號進行互相關分析，通過相關函數(shù)的峰值確定傳播時間。這種方法具有更強的抗干擾能力，能夠在信號衰減大、噪聲強的工況下穩(wěn)定工作，特別適合火炬氣這類含液、含塵、組分復雜的氣體測量。

2.2 聲速法分子量測量

超聲波在氣體中的傳播速度與氣體的熱力學性質密切相關。對于理想氣體，聲速c與分子量M、比熱比γ、溫度T的關系為：

c = √(γRT/M)

其中R為氣體常數(shù)。

XGF868i利用這一關系，通過測量超聲波在氣體中的傳播速度，結合Panametrics專有的烴類混合氣體算法，計算出氣體的平均分子量。再結合溫度、壓力測量值，計算氣體密度和質量流量。

該方法的優(yōu)勢在于：無需額外配置氣體分析儀，單臺流量計即可同時獲得體積流量、質量流量、分子量、凈熱值等多個參數(shù)，降低了系統(tǒng)投資和維護成本。

3. 技術參數(shù)

3.1 測量性能

參數(shù)	數(shù)值	備注
測量原理	相關時差法超聲波	Panametrics專有技術
測量參數(shù)	體積流量、質量流量、流速、平均分子量、凈熱值（NHV）
流速范圍	標準量程：±100 m/s（雙向）擴展量程：0.03 ~ 120 m/s（單向）
量程比	4000:1（擴展量程）
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、標定方式
質量流量精度	±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)	標準2通道	單通道可選
聲道配置	對角線交叉布置

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
標準材質	鈦	鈦	可選蒙乃爾、哈氏合金
溫度范圍	標準型：-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	環(huán)氧樹脂涂層鋁（標準）不銹鋼（可選）
防護等級	IP66
防爆認證	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	磁性按鍵，防爆區(qū)不開蓋操作
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
報警繼電器	2路	可配置為流量報警、故障報警等
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、壓力補償
數(shù)字通信	RS232（標準）、HART（標準） Modbus RS485/TCP-IP（可選）基金會現(xiàn)場總線（可選）以太網(wǎng)（可選）

3.5 認證與標準

認證	說明
ATEX	II 2G Ex d IIC T6 Gb
IECEx	Ex d IIC T6 Gb
FM	Class I, Div. 1, Groups B, C, D
CE	歐盟符合性認證
PED	壓力設備指令（DN25以下）

4. 主要技術特點

4.1 相關時差法專有技術

相關時差法（Correlation Transit-Time）是Panametrics的主要專有技術之一。與傳統(tǒng)的脈沖回波或閾值檢測方法不同，相關時差法通過對整個接收信號與發(fā)射信號做互相關運算，找到相關函數(shù)的峰值來確定傳播時間。

這種方法的優(yōu)勢在于：

抗噪聲能力強，在信噪比低的情況下仍能準確測量
對信號衰減不敏感，適合含液、含塵氣體
測量穩(wěn)定性好，重復性高

4.2 聲速法測分子量與質量流量

XGF868i內置的分子量計算算法基于大量烴類混合氣體的實驗數(shù)據(jù)建立，能夠在較寬的組分范圍內準確計算平均分子量。與傳統(tǒng)的需要已知組分才能計算質量流量的方法相比，該方法具有以下優(yōu)勢：

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

4.3 超寬量程比

4000:1的量程比使得單臺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)的復雜配置和投資。

寬量程比的實現(xiàn)得益于：

先進的信號處理算法，低流速下仍能獲得足夠的信噪比
高精度時間測量電路
優(yōu)化的傳感器設計，聲束能量集中

4.4 雙通道交叉配置

標準雙通道采用對角線交叉布置，具有以下優(yōu)勢：

雙聲道取平均，提高測量精度
更好地適應流速分布不均勻的情況
對于大口徑管道，測量代表性更好
一定的流場診斷能力

4.5 在線可維護性

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

5. 典型應用

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量
催化裂化裝置再生煙氣、待生氣體計量
加氫裝置排放氣計量
酸性氣、瓦斯氣排放計量

5.2 化學工業(yè)

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

5.3 天然氣工業(yè)

天然氣處理廠放空計量
長輸管道站場放空
LNG接收站火炬氣計量
儲氣庫注采氣計量

5.4 環(huán)保與新能源

污水處理廠厭氧消化沼氣流量計量
垃圾填埋氣收集與利用計量
生物質燃氣計量
工業(yè)廢氣治理效果評估

5.5 鋼鐵與冶金工業(yè)

高爐煤氣放散計量
焦爐煤氣放散與回收計量
轉爐煤氣回收與放散計量

6. 工程應用要點

6.1 直管段要求

為保證測量精度，推薦的直管段長度為：

上游：≥20D（D為管道內徑）
下游：≥10D

如現(xiàn)場直管段不足，應根據(jù)實際情況進行評估，必要時可采用流場修正或現(xiàn)場標定的方式保證測量精度。

6.2 安裝位置選擇

避免安裝在管道上限點（可能積液、積氣）
避免安裝在有強烈振動的位置
避免強電磁干擾源（如大功率電機、變壓器）
傳感器安裝位置應考慮維護可達性

6.3 溫度壓力補償

質量流量計算需要準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、壓力測點應盡量靠近流量計安裝位置

6.4 氣體組分適用性

XGF868i的分子量計算算法主要針對烴類混合氣體優(yōu)化，對于含大量非烴類組分（如高濃度N?、CO?、H?等）的氣體，應提前與廠家溝通，確認測量精度是否滿足要求。

7. 常見故障與處理

表格

故障現(xiàn)象	可能原因	處理方法
信號強度低	傳感器結垢/積液氣體衰減太大傳感器安裝不對中	清洗傳感器檢查氣體組分調整傳感器對中
測量值波動大	流場不穩(wěn)定氣體脈動直管段不足	檢查直管段考慮安裝整流器調整阻尼
無流量信號	傳感器電纜故障變送器故障管道內無流動	檢查電纜連接重啟變送器確認管道狀態(tài)
質量流量偏差大	溫度/壓力輸入不準氣體組分偏離算法范圍	校準溫壓變送器評估氣體組分適用性

8. 結語

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

在工程應用中，應根據(jù)具體工況條件進行合理選型和安裝，必要時配合現(xiàn)場標定，以獲得理想的測量效果。

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故障現(xiàn)象	可能原因	處理方法
信號強度低	傳感器結垢/積液氣體衰減太大傳感器安裝不對中	清洗傳感器檢查氣體組分調整傳感器對中
測量值波動大	流場不穩(wěn)定氣體脈動直管段不足	檢查直管段考慮安裝整流器調整阻尼
無流量信號	傳感器電纜故障變送器故障管道內無流動	檢查電纜連接重啟變送器確認管道狀態(tài)
質量流量偏差大	溫度/壓力輸入不準氣體組分偏離算法范圍	校準溫壓變送器評估氣體組分適用性

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