高溫超聲波流量計(jì)采用高溫導(dǎo)波器，可測(cè)量 400 ℃ 以?xún)?nèi)高溫介質(zhì)的流量，從而解決了有機(jī)熱載體鍋爐能效測(cè)試中的一個(gè)重要測(cè)試難點(diǎn)。文章介紹了高溫超聲波流量計(jì)的組成及工作特點(diǎn)，并對(duì)流量測(cè)量中如何選位、安裝和使用提出具體建議，為用戶(hù)應(yīng)用高溫超聲波流量計(jì)提供可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)和方法。

能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能耗也急劇增加，高能耗行業(yè)尤其令人矚目。鍋爐作為一種熱力設(shè)備，對(duì)能源的消耗占有很大的比重，工業(yè)鍋爐能源消耗位居全國(guó)工業(yè)行業(yè)第二，僅次于電站鍋爐，煤炭消耗量遠(yuǎn)高于鋼鐵、石化、建材等高耗能工業(yè)行業(yè)因此，在能源緊缺、資源相對(duì)不足的當(dāng)今社會(huì)，節(jié)能成為當(dāng)前世界各國(guó)的重點(diǎn)任務(wù)，鍋爐作為能源使用大戶(hù)，對(duì)鍋爐進(jìn)行能效測(cè)試，減少能源浪費(fèi)，提高能源使用率，已是迫在眉睫的任務(wù)開(kāi)展鍋爐能效測(cè)試工作對(duì)我國(guó)節(jié)能減排意義重大，而有機(jī)熱載體鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，有必要提高其運(yùn)行熱效率。對(duì)于有機(jī)熱載體鍋爐，鍋爐循環(huán)流量是能效測(cè)試中的一個(gè)重要參數(shù)，但在鍋爐實(shí)際運(yùn)行中，由于循環(huán)導(dǎo)熱油介質(zhì)溫度較高，通常達(dá)到 200 ～ 300 ℃ ，使用常規(guī)的流量計(jì)測(cè)量高溫介質(zhì)流量難度非常大 。通常的渦輪、渦街、孔板等流量計(jì)在安裝前鍋爐需要停爐，安裝過(guò)程也存在一些不安全因素，安裝時(shí)導(dǎo)熱介質(zhì)容易泄露，從而影響整個(gè)生產(chǎn)工藝，并且對(duì)于高溫介質(zhì)流量測(cè)量結(jié)果誤差較大 。目前使用較為普遍的超聲波流量計(jì)可測(cè)介質(zhì)溫度一般也在 120 ℃ 以下，因而無(wú)法滿(mǎn)足能效測(cè)試中有機(jī)熱載體鍋爐高溫介質(zhì)流量的測(cè)量要求。

為適應(yīng)當(dāng)前著力加強(qiáng)鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)工作的需要，利用高溫超聲波流量計(jì)檢測(cè)技術(shù)測(cè)量有機(jī)熱載體鍋爐高溫介質(zhì)流量，可在不切斷鍋爐工藝管道的條件下，滿(mǎn)足能效測(cè)試中鍋爐循環(huán)流量的測(cè)量要求，從而使能效測(cè)試工作更加科學(xué)、準(zhǔn)確、規(guī)范，為節(jié)能監(jiān)管工作提供技術(shù)性支持。

1.高溫超聲波流量計(jì)的組成

高溫超聲波流量計(jì)利用超聲信號(hào)，通過(guò)時(shí)差式測(cè)量方法測(cè)量介質(zhì)對(duì)雙向聲波信號(hào)的影響，來(lái)確定超聲信號(hào)傳播路徑上的平均流速，并利用電子測(cè)試技術(shù)引入超聲信號(hào)測(cè)量的有效性，評(píng)估測(cè)量值的合理性。該流量計(jì)采用高溫導(dǎo)波器配合專(zhuān)用傳感器，高溫導(dǎo)波器將傳感器信號(hào)傳遞給管壁，由于導(dǎo)波板的冷卻效應(yīng)，阻止了傳感器表面和管壁傳遞熱量，保護(hù)傳感器不承受高溫能夠正常工作，可測(cè)量 400 ℃ 以?xún)?nèi)高溫介質(zhì)的流量，從而滿(mǎn)足了有機(jī)熱載體鍋爐能效測(cè)試中高溫介質(zhì)流量的測(cè)量要求。

在有機(jī)熱載體鍋爐介質(zhì)流量測(cè)試中，高溫超聲波流量計(jì)是由主機(jī)、高溫導(dǎo)波器和傳感器組成。其中，高溫導(dǎo)波器是流量計(jì)的重要組成部分，它由金屬導(dǎo)波板、探頭夾具、管道夾具以及聲耦合片、超聲探頭構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，借助高溫導(dǎo)波器，流量計(jì)探頭可在 400 ℃ 以下的高溫下連續(xù)正常工作，由于導(dǎo)波器的冷卻效應(yīng)，傳感器安裝時(shí)無(wú)需停爐。

作為外夾式超聲波流量測(cè)量技術(shù)，高溫超聲波流量計(jì)能夠測(cè)量雙向及快速變化的液體，并且安裝簡(jiǎn)單、操作方便、測(cè)量精度高，能提供、穩(wěn)定的測(cè)量結(jié)果，因而高溫超聲波流量計(jì)能夠穩(wěn)定可靠地應(yīng)用于有機(jī)熱載體鍋爐高溫介質(zhì)流量的測(cè)量。

2.超聲波流量計(jì)安裝及使用注意事項(xiàng)

由于鍋爐現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)境、管道材質(zhì)及參數(shù)、傳感器安裝等因素的影響，高溫超聲波流量計(jì)測(cè)量的準(zhǔn)確度往往低于其標(biāo)稱(chēng)值，有時(shí)甚至誤差較大，因此，只有消除各種不利因素，才能提高其測(cè)量準(zhǔn)確度。結(jié)合以往的流量測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，就其上述影響因素進(jìn)行探討。

2. 1安裝環(huán)境的影響

超聲波流量計(jì)安裝時(shí)，一般要求流量計(jì)前直管道至少 10倍管徑，后直管道至少 5 倍管徑 ，流量計(jì)盡量安裝在垂直管道上，且流體自下而上，避免出現(xiàn)非滿(mǎn)管狀態(tài)，以確保被測(cè)介質(zhì)的流態(tài)滿(mǎn)足儀器精度要求。使用流量計(jì)進(jìn)行測(cè)試前，需要根據(jù)鍋爐管道布置情況進(jìn)行安裝，但實(shí)際上往往很難找到滿(mǎn)足以上測(cè)量要求的探頭安裝位置。直管段不足將導(dǎo)致不同的測(cè)量誤差，應(yīng)用中直管段可適當(dāng)縮短，上游側(cè)有 3 倍以上管徑直管時(shí)可基本滿(mǎn)足測(cè)量要求，當(dāng)上游直管段不夠，如在彎頭、閥門(mén)、泵閥之后安裝流量計(jì)時(shí)，一般表現(xiàn)為正誤差，而下游直管段對(duì)測(cè)量誤差影響較小。此外，流量計(jì)安裝處應(yīng)避免振動(dòng)和電磁場(chǎng)干擾，降低測(cè)量誤差。

2. 2管道參數(shù)輸入的影響

超聲波流量計(jì)探頭安裝好后，需要在儀器主機(jī)上輸入管徑及管壁厚等相關(guān)管道結(jié)構(gòu)參數(shù)，輸入的管道參數(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大。在實(shí)際測(cè)量管道不變的情況下僅改變其輸入?yún)?shù)，管徑輸入的誤差將使得測(cè)量結(jié)果的誤差擴(kuò)大 2 倍; 管壁厚輸入誤差與測(cè)量誤差成正相關(guān)，但對(duì)介質(zhì)流量測(cè)量結(jié)果影響較小。

2. 3 內(nèi)襯及管道材質(zhì)的影響

流量計(jì)探頭的安裝間距是測(cè)量過(guò)程中的一個(gè)重要參數(shù)，被測(cè)管道材質(zhì)及內(nèi)襯輸入錯(cuò)誤會(huì)使得探頭安裝間距計(jì)算錯(cuò)誤，測(cè)量誤差增大，嚴(yán)重時(shí)影響測(cè)量信號(hào)和設(shè)置，甚至造成超聲波流量計(jì)無(wú)法正常工作。管道內(nèi)襯對(duì)流量測(cè)量結(jié)果影響較大，主要原因是管道內(nèi)襯造成了實(shí)際管徑的變化，內(nèi)襯減少了介質(zhì)通流截面積，因而通過(guò)流速換算得到的流量值減少。流量測(cè)量誤差與管道截面積變化成正比，測(cè)量時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際被測(cè)管道情況準(zhǔn)確輸入內(nèi)襯厚度，內(nèi)襯過(guò)厚而設(shè)置時(shí)輸入數(shù)值太小或未輸入會(huì)發(fā)生測(cè)量信號(hào)錯(cuò)誤。由于超聲波在各種介質(zhì)中傳播速度具有差異性，因而管道及內(nèi)襯材質(zhì)對(duì)流量測(cè)量結(jié)果具有一定影響，如

果設(shè)置的聲速大于材質(zhì)的實(shí)際聲速，則流量測(cè)量結(jié)果偏大，反之則偏小。

2. 4 傳感器安裝

根據(jù)測(cè)量環(huán)境和測(cè)量探頭的不同，傳感器的安裝方法分為Z 法、V 法、X 法等。測(cè)量傳感器安裝方法的選擇原則是:當(dāng)被測(cè)流體沿管軸平行流動(dòng)時(shí)，選 Z 法安裝;  當(dāng)流動(dòng)方向與管線(xiàn)軸不平行或管路安裝地點(diǎn)使換能器安裝間隔受到限制時(shí)，采用 V 法和 X 法。在不影響信號(hào)接收的情況下，V 法測(cè)量準(zhǔn)確度高于 Z 法。此外，兩個(gè)傳感器之間的安裝間距有嚴(yán)格的要求，它影響測(cè)量準(zhǔn)確度，使得測(cè)試誤差較大，因此一定要按計(jì)算間距值進(jìn)行安裝。

2. 5 其它外界因素

根據(jù)超聲波流量計(jì)的運(yùn)行特點(diǎn)及測(cè)量影響的誤差分析，為了在管道和傳感器之間獲得***佳的聲耦合，***大限度地保證流量測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，還必須注意以下幾點(diǎn):

①清除管道表面鐵銹或涂層;

②所在位置應(yīng)有利于聲的傳播; ③傳感器安裝處應(yīng)注意避開(kāi)管路變形、缺陷附近、接口、焊縫和沉積物等位置; ④傳感器表面與管壁之間不能有氣泡; ⑤在傳感器接觸表面涂高溫耦合劑。

3.應(yīng)用實(shí)例

對(duì)某在用有機(jī)熱載體鍋爐進(jìn)行能效測(cè)試，該鍋爐型號(hào)為 YY( Q) W － 5000Y( Q) ，額定熱功率為 5000 kW，額定壓力為 1. 1 MPa，介質(zhì)額定出口溫度為 320 ℃ ，該鍋爐系統(tǒng)采用 L － QB300 型導(dǎo)熱油，鍋爐運(yùn)行時(shí)導(dǎo)熱油工作溫度為 240 ℃ ，測(cè)量其鍋爐導(dǎo)熱油循環(huán)流量。

使用超聲波流量計(jì)對(duì)高溫介質(zhì)進(jìn)行流量測(cè)試前，查閱有機(jī)熱載體鍋爐、導(dǎo)熱介質(zhì)以及熱力管道的相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品資料，包括鍋爐的結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)以及整個(gè)系統(tǒng)流程，鍋爐熱力管道的材質(zhì)、規(guī)格，鍋爐循環(huán)介質(zhì)的物理化學(xué)特性，如密度、比熱、運(yùn)動(dòng)粘度及***高使用溫度等，了解導(dǎo)熱介質(zhì)的工作溫度，以確定傳感器的型號(hào)。此外，還要對(duì)鍋爐現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘察，尤其是熱力管道的位置和走向，***后確定介質(zhì)流量測(cè)點(diǎn)的位置。

流量測(cè)試中，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)熱油工作溫度及鍋爐熱力管道規(guī)格選擇適宜的傳感器及高溫導(dǎo)波器。打開(kāi)主機(jī)選擇測(cè)量通道，輸入被測(cè)管道的材質(zhì)、外徑、壁厚和粗糙度等，高溫導(dǎo)熱油的密度、溫度、運(yùn)動(dòng)粘度及聲速值等相關(guān)參數(shù)，選擇測(cè)量物理量、測(cè)量單位、聲程數(shù)等參數(shù)。流量計(jì)主機(jī)通過(guò)已設(shè)置的參數(shù)初步計(jì)算出傳感器的安裝間距，當(dāng)傳感器安裝之后，再輸入實(shí)際的傳感器間距 。為了獲得***佳的聲耦合效果，應(yīng)選用儀器專(zhuān)配的高溫型耦合劑。

正確安裝高溫導(dǎo)波器及傳感器后，對(duì)超聲波流量計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，不斷縮小聲速的預(yù)估區(qū)間，直至獲得***大的信號(hào)強(qiáng)度。本次鍋爐能效測(cè)試時(shí)間為 4 h，測(cè)得有機(jī)熱載體鍋爐導(dǎo)熱介質(zhì)流量為 351575 kg / h。

4.結(jié) 論

有機(jī)熱載體鍋爐能效測(cè)試時(shí)，高溫介質(zhì)流量的測(cè)量始終是一個(gè)難點(diǎn)。利用高溫超聲波流量計(jì)檢測(cè)技術(shù)在不切斷工藝管道的條件下，采用高溫導(dǎo)波器配合專(zhuān)用傳感器，可測(cè)量 400 ℃ 以?xún)?nèi)高溫介質(zhì)的流量，從而滿(mǎn)足了有機(jī)熱載體鍋爐流量測(cè)量的高溫要求。結(jié)合以往的流量測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，在高溫超聲波流量計(jì)的安裝和使用時(shí)應(yīng)注意現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)境、管道材質(zhì)及參數(shù)、傳感器安裝等因素的影響，只有消除各種不利因素，才能提高其測(cè)量準(zhǔn)確度。實(shí)際應(yīng)用表明，高溫超聲波流量計(jì)能夠穩(wěn)定可靠的應(yīng)用于有機(jī)熱載體鍋爐高溫介質(zhì)的流量測(cè)量。