液体流量计用超声流量计在线比对的影响因素

超声流量计比对法是目前使用***多的一种液体流量仪表在线使用中检验的方法, 超声流量计按检测原理可分为多种, 主要有时差法、多普勒法和声束偏移法, 其中在线使用中检验采用***多的是基于时差法的外夹式超声流量计。

时差法超声流量计利用流速不同会使超声波在流体中传播的速度发生变化, 通过分析计算改变的超声波信号, 可以检测到流体的流速, 进而可以得到流量值。通常认为声波在流体中的实际传播速度是由介质静止状态下声波的传播速度 (c_f) 和流体轴向平均流速 (v_m) 在声波传播方向上的分量组成。如图1所示, 顺流和逆流传播时间与各量之间的关系是:

式中:

t_up为超声波在流体中逆流传播的时间;

t_down为超声波在流体中顺流传播的时间;

L为声道长度;

c_f为声波在流体中传播的速度;

v_m为流体的轴向平均流速;

φ为声道角。

利用式 (1) 的两个公式得出流体流速的表达式:

利用公式得出流体轴向平均流速后, 可以通过下式得出管道内的流量:

式中:

A为管道内截面积, m²。

ID为管道内直径, m。

i 为管道外周长, m;

d为管道壁厚, m。

通过数学模型, 可看出影响超声流量计测量结果的因素包括声速、管道内流体的轴向平均流速、声道长度、管道外周长和管道壁厚。

下面从这几个方面讨论具体应用时需要注意的问题。

超声流量计内置多种流体可以选择, 勾选流体类型和流体温度后, 超声流量计自动显示相应在该流体内的声速。如果超声流量计内没有测量介质的选项, 需要手动输入声速。

外夹式超声流量计的传感器安装在管道外侧, 所以还须考虑管道对声速的影响。需要正确地输入管道的材质、是否有内衬及内衬的材质、管道及内衬的厚度, 对于碳钢等管材, 还需要考虑管道内侧锈蚀的因素, 管道内壁锈蚀产生气泡或锈蚀与管道形成间隙, 会对声速测量形成较大影响。对于使用时间较长, 怀疑内部锈蚀的管道, 选定测量位置后可以用榔头轻轻敲击, 可以使管道内表面的锈蚀脱落, 吸附在管壁的气泡也会被流体冲走, 减少对声速测量的影响。

超声流量计的原理是测量管道内轴向平均流速, 从而推导出管道内的流量, 保证轴向平均流速测量准确可靠就显得格外重要。

超声流量计测量处的流体应该是充分发展的紊流。要保证管道是满管流动, 选择超声流量计安装位置时水平走向的管道不要选择在***高点的位置。如果超声流量计安装位置的管道不是水平走向, 则要选择流体从下往上的管道, 保证管道满管、无气泡。

超声流量计的流量测量建立在理想的速度分布基础上, 如果管道内的流速分布混乱, 则无法得到理想的测量结果。在选择超声流量计的安装位置时, 应避免选择靠近阀门下游 (尤其不全开的阀门) 、靠近水泵处、变径下游、弯头下游。保证超声流量计的上下游有足够的直管段, 使得流体速度分布达到比较理想的状态, 才能保证测量得到的平均流速能真实反映管道内流体的流速。

管道已知、超声流量计的传感器选定的情况下, 声道长度仅和传感器的安装方式有关。超声流量计传感器的安装方式主要有Z法安装、V法安装和W法安装。

V法安装使用的***为普遍, Z法安装主要用于DN10以下小管道 (配合专用夹具) 和DN500以上的大口径管道;V法安装时两个传感器在管道同一侧, 两个传感器保证在与管道轴线平行的同一直线上相对容易;V法安装时两个传感器分布在管道的两侧, 同时传感器与管道贴合点应在包含管道轴线的同一平面上, 安装时需要根据现场管道的走向选取传感器的安装位置。

选定超声流量计传感器安装位置后, 需要对选定管段表面处理后测量管道外周长 (或外直径) 。小口径的管道可以测量外周长或者用游标卡尺直接外管径, 大口径的管道只能测量外周长。用卷尺在安装传感器位置测量几次, 选择***小的值作为外周长。也可以用弹性小的细线绕管道, 在同一位置调整细线几次, 得到***短长度, 再用卷尺测量这一长度。

选定传感器安装位置后, 需要对管道表面处理, 去除油污、表面油漆等, 并打磨光滑, 在换能器安装位置均布几个点, 使用测厚仪测量管道壁厚, 并取其平均值作为管道壁厚。对无法测量的参数, 如管道材质、衬里材料、厚度等, 根据现场技术资料查明并确认。

除上述因素, 具体使用中还应注意以下方面:

(1) 在线比对用超声流量计应有有效的溯源证书, 其基本误差应不低于±0.5%;

(2) 在线比对用到的其他辅助设备, 如卷尺、测厚仪、秒表等计量器具均应具有有效的检定证书或校准证书;

(3) 超声流量计传感器量值溯源是的管道口径应尽可能和现场使用的管道口径一致, 如果口径比值超过2倍或小于1/2, 还应增加1个0.5%的附加误差。