工业气体流量测量是过程控制、能源管理和环境监测的关键环节。Panametrics推出的PanaFlow Z1G（单声道）和Z2G（双声道）管段式超声波气体流量计，采用时差法测量原理，专为含杂质工业气体设计，在沼气、天然气、石化废气等领域得到广泛应用。本文从测量原理、技术特点、性能参数、选型方法、安装要点及应用案例等方面，对两款产品进行系统性技术解析，为工程选型提供参考。
PanaFlow Z1G和Z2G属于Panametrics DigitalFlow系列管段式超声波气体流量计，是专为工业气体测量设计的固定式流量监测系统。两款产品均采用时差法Transit-Time超声波测量原理，核心差异在于声道配置：Z1G为单声道设计，Z2G为双声道设计。
产品主要特点包括：全铸造表体无焊缝设计，流场分布均匀；无内件、无阻流部件，不产生压力损失；传感器不接触工艺介质，避免腐蚀和污染；Class I Div 1/Zone 1防爆认证，可在危险区域安全运行；IP66/NEMA 4X防护等级，适应户外恶劣环境。
典型应用介质包括：沼气、生物气、垃圾填埋气、天然气、煤层气、页岩气、火炬气、燃料气、工业废气、蒸汽等可传播超声波的气体。
时差法Transit-Time是超声波流量计应用广泛的测量原理。其工作过程如下：
两个超声波传感器（换能器）安装在测量管段的两侧，交替发射和接收超声波脉冲信号。当气体静止时，超声波在顺流方向和逆流方向的传播时间相等；当气体流动时，顺流方向的传播时间缩短，逆流方向的传播时间延长。
设L为声程长度，c为气体中的声速，v为气体流速，θ为超声波路径与流体流向的夹角，则：
通过精确测量ΔT，结合已知的管道几何参数和声速，即可计算出气体的平均流速和体积流量。
单声道方案（Z1G）： 一对传感器形成一条测量路径，该路径上的流速被假设为管道截面的平均流速。这种假设成立的前提是流场分布对称且充分发展。
双声道方案（Z2G）： 两对传感器形成两条交叉的测量路径，系统同时测量两条路径上的流速，取加权平均值作为管道截面的平均流速。
双声道设计的核心价值在于对流场畸变的补偿能力。实际工业现场，上游的弯头、阀门、变径管等管件会导致流场畸变，气体流经弯头时外侧流速高于内侧，流经阀门时阀后形成涡流区。这些非对称流场会使单声道测量值偏离真实流量。双声道通过两条交叉路径的测量，可有效抵消非对称分量，获得更接近真实值的平均流速。
在同等工况条件下，双声道的精度可达读数的±1.0%，比单声道的±1.5%提高约30%的测量准确度。
| 参数项目 | Z1G/Z2G技术指标 |
|---|
| 测量原理 | 时差法Transit-Time超声波 |
| 管径范围 | 2~16英寸（50~400mm），可定制更大 |
| 流速范围 | 0.15~76 m/s |
| 量程比 | 500:1 |
| 重复性 | ±0.2%~0.5%读数 |
| 过程温度 | -40°C~150°C |
| 环境温度 | -40°C~60°C |
| 防护等级 | IP66 / NEMA 4X |
| 防爆认证 | Class I Div 1 Groups B,C,D；ATEX/IECEx II 2 G Ex d IIC T6 |
| 参数项目 | Z1G（单声道） | Z2G（双声道） |
|---|
| 测量精度 | ±1.5%读数 | ±1.0%读数 |
| 适用工况 | 流场对称、直管段充足 | 流场复杂、直管段不足 |
| CH₄浓度估算 | 不支持 | 支持（精度±2%） |
| 参数项目 | 技术指标 |
|---|
| 法兰等级 | ASME 150#~600# / PN10~PN63 |
| 表体材质 | 碳钢SA-216 Gr.WCB；不锈钢CF8/CF8M；双相不锈钢（可定制） |
| 传感器温度范围 | -40°C~150°C |
| 通讯接口（标准） | RS232/RS485 |
| 通讯接口（可选） | Modbus RTU、HART、Foundation Fieldbus |
| 模拟输出 | 4-20mA（可选） |
| 数字输出 | 脉冲/频率（可选） |
| 安装方式 | 本地安装 / 远程安装（过程温度>85°C时推荐） |
选择Z1G还是Z2G，需要综合考虑以下因素：
2~6英寸小管径场景，流场相对容易控制，Z1G通常能满足需求。8英寸以上大管径场景，流场复杂性显著增加，建议选用Z2G。
上游直管段充足（大于15倍管径）时，Z1G可获得较稳定的流场。直管段不足（小于10倍管径）或上游存在多个扰动源（弯头、阀门、变径等）时，Z2G的补偿能力更为关键。
一般过程控制、泄漏检测、工艺监控等场景，Z1G精度足够。贸易结算、能源审计、排放合规监测、物料平衡计算等需要高精度数据的场景，建议选用Z2G。
清洁干燥气体对两款产品均适用。含液滴、含固体颗粒、高湿度气体对超声波信号有衰减作用，需要评估信号质量。Z2G的双路径设计在信号处理上有一定冗余优势。
Z2G内置甲烷浓度计算算法，可外接温度探头实现沼气中CH₄浓度的在线估算，精度约±2%。对于沼气工程、垃圾填埋气项目等需要监测甲烷含量的场景，Z2G具有特别价值。
Z2G价格高于Z1G，但差距并非成倍。对于关键计量点，Z2G的投入产出比通常优于Z1G。选型应基于全生命周期成本评估，而非单纯比较初始采购价格。
火炬气流量监控是典型应用场景。火炬气组分波动大、含液滴、压力不稳定，对流量计的适应性要求高。Z2G的双声道设计可应对流场波动，CH₄浓度估算功能有助于热值核算。
燃料气管网计量、炼厂气体平衡等场景，根据精度需求选择Z1G或Z2G。对于参与全厂物料平衡计算的计量点，建议选用Z2G以提高数据可靠性。
井口计量、集输计量、煤层气生产等场景，介质相对清洁，直管段条件较好，Z1G可满足大多数需求。
页岩气生产计量、贸易交接点、分输站计量等高精度场景，建议选用Z2G。双声道设计可有效补偿上游阀门、弯头造成的流场畸变，提高计量准确度。
厌氧发酵沼气通常含水分和CO₂，流场条件复杂。Z2G的CH₄浓度估算功能在此场景下具有特别价值，可实现在线监测沼气热值，为沼气发电、提纯等工艺提供数据支持。
垃圾填埋气工况类似，推荐Z2G。双声道设计可应对气体组分波动带来的测量不确定性。
废气排放监测通常需要满足环保部门的精度要求，Z2G更为稳妥。蒸汽回收系统计量涉及高温工况，需确认传感器耐温指标，必要时选用远程安装方式。
燃气轮机燃料气计量、锅炉燃气监控等场景，Z1G可满足常规需求。对于参与电网调度或环保考核的计量点，建议选用Z2G。
直管段条件直接影响测量精度。Z1G建议上游15D、下游5D；Z2G建议上游10D、下游5D（D为管道直径）。带整流器可缩短上游直管段需求。
应避开管道顶部（防止气囊积聚）、远离泵和阀门等扰动源、确认传感器安装位置无气泡或液体积聚。优先选择垂直管段（气体自下而上流动）或水平管段的侧面位置。
防爆区域需严格按照防爆规范施工，电缆敷设、接地处理均需符合相关标准。远程安装时，电子单元与传感器之间的电缆长度需符合产品规格要求。
安装完成后，需进行零点校准和量程验证。对于高精度计量场景，建议采用在线比对或离线校准方式确认测量精度。
Z1G和Z2G均为无活动部件设计，日常维护工作量较小。主要维护内容包括：
定期检查传感器耦合状态，确保超声波信号传输良好
检查电缆连接是否牢固，防爆密封是否完好
清洁表体外表面，保持散热良好
定期验证测量精度，必要时进行校准
常见故障及处理方法：
信号质量下降：检查传感器安装是否松动、耦合剂是否干涸、管道内壁是否有结垢或积液。
测量值波动大：检查流场是否稳定、直管段是否满足要求、气体组分是否发生显著变化。
通讯故障：检查通讯参数设置、电缆连接、终端电阻配置等。
超声波流量计无节流件，无压力损失，长期运行可节约大量能源成本。量程比更宽（500:1），适应流量波动大的工况。无磨损，长期稳定性好。但初期投资较高，对安装条件要求较严格。
超声波流量计对低流速更敏感，可测量更低的流速。不受机械振动干扰，适用于振动较大的场合。无活动部件，维护工作量更小。但价格相对较高，对气体清洁度有一定要求。
超声波流量计无需温度压力补偿即可测量工况体积流量，配合温压补偿可转换为标况流量。测量范围更宽，适用于大管径场合。但热式质量流量计在微小流量测量方面具有优势。
PanaFlow Z1G和Z2G为工业气体流量测量提供了成熟的超声波解决方案。Z1G单声道方案适合管径较小、流场条件较好、精度要求一般的应用场景，具有较高的性价比。Z2G双声道方案适合大管径、流场复杂、精度要求高的关键计量点，测量准确度更优。
选型的核心在于准确评估实际工况的复杂程度和精度需求，而非一味追求高配置。合理的选型既能满足测量要求，又能控制投资成本。
广东赫米仪表有限公司 | Panametrics授权代理商
更新时间：2026-08-06 
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