這些年來(lái), 隨著我國(guó)新技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展及加大節(jié)能減排力度, 克拉瑪依市熱力有限責(zé)任公司也緊跟步伐, 吸收運(yùn)用新技術(shù), 其中超聲波流量計(jì)在供熱管道測(cè)量獲得了廣泛的運(yùn)用。超聲波流量計(jì)以其安裝方便簡(jiǎn)單方便, 無(wú)機(jī)械損耗壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn), 尤其是外夾式超聲波流量計(jì)安裝方便, 僅僅是附加在管外探頭來(lái)測(cè)量流量。因此, 對(duì)管道不需太多的處理 (測(cè)點(diǎn)局部除銹除漆) , 對(duì)管道密閉沒(méi)有壓力損失, 相比其它在線儀表, 無(wú)需斷管處理, 無(wú)任何擾流設(shè)備、機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備, 無(wú)需縮徑、引流孔板等, 安裝方便, 泄露隱患減少, 在供熱系統(tǒng)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。

  在對(duì)比公司現(xiàn)有的超聲波流量計(jì), 其中有進(jìn)口及國(guó)產(chǎn)流量計(jì), 安裝有便攜式及固定式, 價(jià)格有幾千到幾萬(wàn)流量計(jì), 通過(guò)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)比較不同型號(hào)、不同價(jià)格、不同安裝方式流量計(jì)其測(cè)量值誤差。本文主要以超聲波流量測(cè)量中的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果探討公司現(xiàn)應(yīng)用超聲波流量計(jì)對(duì)供熱管道中熱水流量進(jìn)行測(cè)量的問(wèn)題。

  超聲波在流體中傳播時(shí)其傳播速度要受到流體流速的影響, 通過(guò)測(cè)量超聲波在流體中傳播速度可以檢測(cè)出流體的流速而換算出流量來(lái)。以本公司使用***廣泛的時(shí)差法超聲波流量計(jì) (圖1) 為例, 當(dāng)超聲波在流體中傳播時(shí)順流方向超聲波的傳播速度會(huì)增、逆流方向則減小, 即同一傳播距離就有不同的傳播時(shí)間, 再利用傳播速度之差與被測(cè)流體流速之關(guān)系求取流速而換算流量。即當(dāng)超聲波束在管道內(nèi)水介質(zhì)流動(dòng)方向上的“上游傳感器”與“下流傳感器”之間傳播時(shí), 水的流動(dòng)會(huì)使超聲波的傳播時(shí)間相對(duì)于靜態(tài)傳播產(chǎn)生一個(gè)微小變化, 并且這個(gè)傳播時(shí)間的變化與水的流速成正比, 這就是時(shí)差式超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理。

  但目前超聲波流量計(jì)所存在的缺點(diǎn)主要是可測(cè)流體的溫度范圍受超聲波換能量及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制, 以及高溫下被測(cè)流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全, 目前國(guó)產(chǎn)的超聲波流量計(jì)理論值只能用于測(cè)量150℃以下的流體, 測(cè)量精度1%。一般供熱管道液體的流速常常是每秒0.5~3m, 而聲波在液體中的傳播速度約為1 500m/s左右, 被測(cè)流體流速變化帶給聲速的變化量***大也是10-3數(shù)量級(jí).若要1%準(zhǔn)確度, 則對(duì)聲速的測(cè)量準(zhǔn)確度需求為10-6數(shù)量級(jí), 因此必須有較好的測(cè)量條件才能實(shí)現(xiàn)較高準(zhǔn)確值。其具體如下:

(1) 正確選擇型號(hào)

  超聲波流量計(jì)這是超聲波流量計(jì)能夠正常工作的基礎(chǔ)。這其中以介質(zhì)類型、工作壓力范圍、量程比、測(cè)量準(zhǔn)確度等級(jí)、流量計(jì)的探頭工作溫度的限制為重要參數(shù), 如果選型不當(dāng)或不適, 或會(huì)造成流量無(wú)法測(cè)量, 或者使用不便等問(wèn)題出現(xiàn);

(2) 合理安裝位置

  安裝不合理是超聲波流量計(jì)不能正常工作的主要原因。安裝需要考慮位置正確性和方式的選則。確定位置時(shí)除保證足夠的上、下游直管段外, 尤其要注意探頭 (換能器) 盡量避開(kāi)有強(qiáng)磁場(chǎng)電源的場(chǎng)合如:配電室、變頻調(diào)速囂、電焊機(jī)等工作區(qū)域;

(3) 在安裝方式上, 主要有對(duì)貼安裝方式和V方式、Z方式3種。

  本公司主要使用時(shí)差式超聲波流量計(jì), 見(jiàn)圖2、圖3。

  通常情況下, 管徑小于300mm時(shí), 采用V方式安裝, 管徑大于200mm時(shí), 即可以用V方式安裝又可以Z方式安裝的換能器, 但盡量選用Z方式, 因其聲波受介質(zhì)干擾。車間及換熱站所固定流量計(jì)基本為Z法安裝。

  超聲波流量計(jì)使用注意事項(xiàng):無(wú)論固定式或便攜式管道參數(shù)輸入設(shè)置必須正確、與實(shí)際相符, 否則流量計(jì)不可能正常工作。安裝外夾式傳感器時(shí)要使用多的耦合劑把傳感器粘貼在管道壁上, 一邊察看主機(jī)顯示的信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)質(zhì)量值, 一邊在安裝點(diǎn)附近慢慢移動(dòng)傳感器直到收到***強(qiáng)的信號(hào)和***大的信號(hào)質(zhì)量值。管道直徑越大, 傳感器移動(dòng)范圍越大。然后確認(rèn)安裝距離是否與M25所給傳感器安裝距離相吻合、傳感器是否安裝在管道軸線的同一直線上。如果信號(hào)強(qiáng)度總是0.00字樣說(shuō)明流量計(jì)沒(méi)有收到超聲波信號(hào), 檢查參數(shù) (包括所有與管道有關(guān)的參數(shù)) 是否輸入正確、傳感器安裝方法選擇是否正確、上下探頭是否在管道水平線內(nèi)無(wú)軸向夾角、與管線貼緊并保證探頭與管道貼合間有足夠的耦合劑、是否離閥門彎頭太近、特別注意鋼板卷成的管道, 因?yàn)榇祟惞艿啦灰?guī)則會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量。如果不是這些原因, 還是接收不到信號(hào), 只好換另一測(cè)量點(diǎn)試試, 或者選用插入式傳感器。確認(rèn)流量計(jì)是否正常可靠的工作:信號(hào)強(qiáng)度越大、信號(hào)質(zhì)量Q值越高, 其顯示的流量值可信度越高, 流量計(jì)越能長(zhǎng)時(shí)間可靠的工作。如果環(huán)境電磁干擾太大或是接受信號(hào)太低, 則顯示的流量值可信度就低, 偏差值就大。

  以前進(jìn)車間為例, 車間為了流量的準(zhǔn)確性先后在總出口上安裝2套流量計(jì)計(jì)算流量, 以這2個(gè)流量計(jì)進(jìn)行比對(duì), 把便攜式流量計(jì)安裝在同樣工況下進(jìn)行測(cè)量。在同一時(shí)段的工況下取3塊流量計(jì)數(shù)值, 為保證取值準(zhǔn)確性分別多次取值, 其具體數(shù)值見(jiàn)表1。

表1中Z法 (超聲波) 和電磁流量計(jì)是前進(jìn)車間現(xiàn)場(chǎng)2塊總出水流量計(jì)儀表, 都是固定式安裝。V法 (超聲波) 為便攜式流量計(jì), 在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)工況臨時(shí)取點(diǎn)安裝。經(jīng)過(guò)比對(duì)發(fā)現(xiàn)便攜式流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與另2塊表出現(xiàn)比較大的偏差, 這對(duì)臨時(shí)測(cè)量管線流量的真實(shí)有效數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)嚴(yán)重誤差。

  經(jīng)過(guò)分析燃?xì)忮仩t設(shè)計(jì)***大出水流量為1 209m3/s允許超流量理論為10%即1 329m3/s, 現(xiàn)場(chǎng)固定安裝的流量計(jì)都在理論值內(nèi)。如果以電磁流量計(jì)為基準(zhǔn)測(cè)量值, 與Z法超聲波流量計(jì)測(cè)量曲線值吻合, 其測(cè)量誤差也在表測(cè)量精度范圍內(nèi) (電磁流量計(jì)量準(zhǔn)確度 (0.5%~21%) , 超聲波流量計(jì)高 (1%~2%) ) ?，F(xiàn)場(chǎng)工況影響測(cè)量因素其水質(zhì)沒(méi)有發(fā)生變化, 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)間段沒(méi)有水處理水質(zhì)相對(duì)平穩(wěn) (水質(zhì)的變化對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量值影響比較大) , 鍋爐運(yùn)行負(fù)荷沒(méi)有發(fā)生變化和調(diào)整, 泵功率揚(yáng)程也沒(méi)有改變。

  比對(duì)以上數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)主要是便攜式流量計(jì)測(cè)量誤差比較大。實(shí)踐表明, 固定Z方式安裝的換能器超聲波信號(hào)強(qiáng)度高, 測(cè)量的信號(hào)穩(wěn)定性也好于現(xiàn)場(chǎng)便攜式超聲波流量計(jì), 其測(cè)量誤差基本在允許范圍內(nèi), 而便攜式超聲波流量計(jì)經(jīng)過(guò)多次調(diào)整更換測(cè)量點(diǎn)也不能保證其數(shù)值的穩(wěn)定性測(cè)量出現(xiàn)了較大的誤差, 其測(cè)量值偏差較大, 可信度較低。

  經(jīng)過(guò)實(shí)際使用便攜式超聲波流量計(jì)對(duì)于供熱管網(wǎng)流量調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)測(cè)量有一定的參考有效性, 其值受到不同環(huán)境安裝調(diào)試都比固定式流量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)誤差大, 主要是其測(cè)量值有表誤差。但是其值有一定的規(guī)律, 如果想發(fā)揮其效率應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工況, 一是現(xiàn)場(chǎng)有固定式流量計(jì)表應(yīng)做好前期數(shù)據(jù)采集記錄工作, 發(fā)生流量突變時(shí), 要利用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行及時(shí)核校比對(duì)數(shù)據(jù), 查清流量突變的原因, 弄清楚是儀表發(fā)生故障還是流量確實(shí)發(fā)生了變化;二是對(duì)于臨時(shí)測(cè)量點(diǎn)無(wú)固定式流量計(jì)的使用人員現(xiàn)場(chǎng)盡量滿足設(shè)備測(cè)量安裝需求, 盡量減少人為因素干擾, 換能器的安裝是影響測(cè)量準(zhǔn)確度的主要關(guān)鍵因素, 因此現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用應(yīng)根據(jù)環(huán)境調(diào)試安裝, 確保選位好、安裝好、測(cè)量準(zhǔn)。便攜式超聲波流量計(jì)使用效果好壞取決于操作人員結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況判斷分析, 需要人機(jī)配合經(jīng)驗(yàn)的積累。