產(chǎn)品詳情
摘 要: 許多液體流量計無法離線送檢,部分可以采用超聲流量計在線比對的方式對流量計的工作狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)。對比對有影響的因素有聲速、管道內(nèi)流體的軸向平均流速、聲道長度、管道外周長和管道壁厚等。分析對比對有影響的因素,并提出相應(yīng)的處理方法。
1 引言
超聲流量計比對法是目前使用#多的一種液體流量儀表在線使用中檢驗的方法,超聲流量計按檢測原理可分為多種,主要有時差法、多普勒法和聲束偏移法,其中在線使用中檢驗采用#多的是基于時差法的外夾式超聲流量計。
2 時差法超聲流量計
時差法超聲流量計利用流速不同會使超聲波在流體中傳播的速度發(fā)生變化,通過分析計算改變的超聲波信號,可以檢測到流體的流速,進(jìn)而可以得到流量值。通常認(rèn)為聲波在流體中的實際傳播速度是由介質(zhì)靜止?fàn)顟B(tài)下聲波的傳播速度(c f )和流體軸向平均流速(v m )在聲波傳播方向上的分量組成。如圖1所示,順流和逆流傳播時間與各量之間的關(guān)系是:
式中:
t up 為超聲波在流體中逆流傳播的時間;
t down 為超聲波在流體中順流傳播的時間;
L為聲道長度;
c f 為聲波在流體中傳播的速度;
v m 為流體的軸向平均流速;
φ 為聲道角。
利用式(1)的兩個公式得出流體流速的表達(dá)式:
利用公式得出流體軸向平均流速后,可以通過下式得出管道內(nèi)的流量:
式中:
A為管道內(nèi)截面積,m 2 。
ID為管道內(nèi)直徑,m。
l ˉ 為管道外周長,m;
d ˉ 為管道壁厚,m。
通過數(shù)學(xué)模型,可看出影響超聲流量計測量結(jié)果的因素包括聲速、管道內(nèi)流體的軸向平均流速、聲道長度、管道外周長和管道壁厚。
3 影響因素
下面從這幾個方面討論具體應(yīng)用時需要注意的問題。
3.1 聲速
超聲流量計內(nèi)置多種流體可以選擇,勾選流體類型和流體溫度后,超聲流量計自動顯示相應(yīng)在該流體內(nèi)的聲速。如果超聲流量計內(nèi)沒有測量介質(zhì)的選項,需要手動輸入聲速。
外夾式超聲流量計的傳感器安裝在管道外側(cè),所以還須考慮管道對聲速的影響。需要正確地輸入管道的材質(zhì)、是否有內(nèi)襯及內(nèi)襯的材質(zhì)、管道及內(nèi)襯的厚度,對于碳鋼等管材,還需要考慮管道內(nèi)側(cè)銹蝕的因素,管道內(nèi)壁銹蝕產(chǎn)生氣泡或銹蝕與管道形成間隙,會對聲速測量形成較大影響。對于使用時間較長,懷疑內(nèi)部銹蝕的管道,選定測量位置后可以用榔頭輕輕敲擊,可以使管道內(nèi)表面的銹蝕脫落,吸附在管壁的氣泡也會被流體沖走,減少對聲速測量的影響。
3.2 管道內(nèi)流體的軸向平均流速
超聲流量計的原理是測量管道內(nèi)軸向平均流速,從而推導(dǎo)出管道內(nèi)的流量,保證軸向平均流速測量準(zhǔn)確可靠就顯得格外重要。
超聲流量計測量處的流體應(yīng)該是充分發(fā)展的紊流。要保證管道是滿管流動,選擇超聲流量計安裝位置時水平走向的管道不要選擇在#高點的位置。如果超聲流量計安裝位置的管道不是水平走向,則要選擇流體從下往上的管道,保證管道滿管、無氣泡。
超聲流量計的流量測量建立在理想的速度分布基礎(chǔ)上,如果管道內(nèi)的流速分布混亂,則無法得到理想的測量結(jié)果。在選擇超聲流量計的安裝位置時,應(yīng)避免選擇靠近閥門下游(尤其不全開的閥門)、靠近水泵處、變徑下游、彎頭下游。保證超聲流量計的上下游有足夠的直管段,使得流體速度分布達(dá)到比較理想的狀態(tài),才能保證測量得到的平均流速能真實反映管道內(nèi)流體的流速。
3.3 聲道長度
管道已知、超聲流量計的傳感器選定的情況下,聲道長度僅和傳感器的安裝方式有關(guān)。超聲流量計傳感器的安裝方式主要有Z法安裝、V法安裝和W法安裝。V法安裝使用的#為普遍,Z法安裝主要用于DN10以下小管道(配合專用夾具)和DN500以上的大口徑管道;V法安裝時兩個傳感器在管道同一側(cè),兩個傳感器保證在與管道軸線平行的同一直線上相對容易;V法安裝時兩個傳感器分布在管道的兩側(cè),同時傳感器與管道貼合點應(yīng)在包含管道軸線的同一平面上,安裝時需要根據(jù)現(xiàn)場管道的走向選取傳感器的安裝位置。
3.4 管道外周長(或外直徑)
選定超聲流量計傳感器安裝位置后,需要對選定管段表面處理后測量管道外周長(或外直徑)。小口徑的管道可以測量外周長或者用游標(biāo)卡尺直接外管徑,大口徑的管道只能測量外周長。用卷尺在安裝傳感器位置測量幾次,選擇#小的值作為外周長。也可以用彈性小的細(xì)線繞管道,在同一位置調(diào)整細(xì)線幾次,得到#短長度,再用卷尺測量這一長度。
3.5 管道壁厚
選定傳感器安裝位置后,需要對管道表面處理,去除油污、表面油漆等,并打磨光滑,在換能器安裝位置均布幾個點,使用測厚儀測量管道壁厚,并取其平均值作為管道壁厚。對無法測量的參數(shù),如管道材質(zhì)、襯里材料、厚度等,根據(jù)現(xiàn)場技術(shù)資料查明并確認(rèn)。
除上述因素,具體使用中還應(yīng)注意以下方面:
(1)在線比對用超聲流量計應(yīng)有有效的溯源證書,其基本誤差應(yīng)不低于±0.5%;
(2)在線比對用到的其他輔助設(shè)備,如卷尺、測厚儀、秒表等計量器具均應(yīng)具有有效的檢定證書或校準(zhǔn)證書;
(3)超聲流量計傳感器量值溯源是的管道口徑應(yīng)盡可能和現(xiàn)場使用的管道口徑一致,如果口徑比值超過2倍或小于1/2,還應(yīng)增加1個0.5%的附加誤差。