供热系统选用便携超声波流量计

  这些年来, 随着我国新技术的长足发展及加大节能减排力度, 克拉玛依市热力有限责任公司也紧跟步伐, 吸收运用新技术, 其中超声波流量计在供热管道测量获得了广泛的运用。超声波流量计以其安装方便简单方便, 无机械损耗寿命长等优点, 尤其是外夹式超声波流量计安装方便, 仅仅是附加在管外探头来测量流量。因此, 对管道不需太多的处理 (测点局部除锈除漆) , 对管道密闭没有压力损失, 相比其它在线仪表, 无需断管处理, 无任何扰流设备、机械转动设备, 无需缩径、引流孔板等, 安装方便, 泄露隐患减少, 在供热系统领域有着巨大的应用潜力。

  在对比公司现有的超声波流量计, 其中有进口及国产流量计, 安装有便携式及固定式, 价格有几千到几万流量计, 通过数据的实验比较不同型号、不同价格、不同安装方式流量计其测量值误差。本文主要以超声波流量测量中的现场应用效果探讨公司现应用超声波流量计对供热管道中热水流量进行测量的问题。

  超声波在流体中传播时其传播速度要受到流体流速的影响, 通过测量超声波在流体中传播速度可以检测出流体的流速而换算出流量来。以本公司使用***广泛的时差法超声波流量计 (图1) 为例, 当超声波在流体中传播时顺流方向超声波的传播速度会增、逆流方向则减小, 即同一传播距离就有不同的传播时间, 再利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速而换算流量。即当超声波束在管道内水介质流动方向上的“上游传感器”与“下流传感器”之间传播时, 水的流动会使超声波的传播时间相对于静态传播产生一个微小变化, 并且这个传播时间的变化与水的流速成正比, 这就是时差式超声波流量计的测量原理。

图1 超声波表原理图

  但目前超声波流量计所存在的缺点主要是可测流体的温度范围受超声波换能量及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制, 以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全, 目前国产的超声波流量计理论值只能用于测量150℃以下的流体, 测量精度1%。一般供热管道液体的流速常常是每秒0.5~3m, 而声波在液体中的传播速度约为1 500m/s左右, 被测流体流速变化带给声速的变化量***大也是10-3数量级.若要1%准确度, 则对声速的测量准确度需求为10-6数量级, 因此必须有较好的测量条件才能实现较高准确值。其具体如下:

(1) 正确选择型号

  超声波流量计这是超声波流量计能够正常工作的基础。这其中以介质类型、工作压力范围、量程比、测量准确度等级、流量计的探头工作温度的限制为重要参数, 如果选型不当或不适, 或会造成流量无法测量, 或者使用不便等问题出现;

(2) 合理安装位置

  安装不合理是超声波流量计不能正常工作的主要原因。安装需要考虑位置正确性和方式的选则。确定位置时除保证足够的上、下游直管段外, 尤其要注意探头 (换能器) 尽量避开有强磁场电源的场合如:配电室、变频调速嚣、电焊机等工作区域;

(3) 在安装方式上, 主要有对贴安装方式和V方式、Z方式3种。

  本公司主要使用时差式超声波流量计, 见图2、图3。

图2 V方式安装

图3 Z方式安装

  通常情况下, 管径小于300mm时, 采用V方式安装, 管径大于200mm时, 即可以用V方式安装又可以Z方式安装的换能器, 但尽量选用Z方式, 因其声波受介质干扰。车间及换热站所固定流量计基本为Z法安装。

  超声波流量计使用注意事项:无论固定式或便携式管道参数输入设置必须正确、与实际相符, 否则流量计不可能正常工作。安装外夹式传感器时要使用多的耦合剂把传感器粘贴在管道壁上, 一边察看主机显示的信号强度和信号质量值, 一边在安装点附近慢慢移动传感器直到收到***强的信号和***大的信号质量值。管道直径越大, 传感器移动范围越大。然后确认安装距离是否与M25所给传感器安装距离相吻合、传感器是否安装在管道轴线的同一直线上。如果信号强度总是0.00字样说明流量计没有收到超声波信号, 检查参数 (包括所有与管道有关的参数) 是否输入正确、传感器安装方法选择是否正确、上下探头是否在管道水平线内无轴向夹角、与管线贴紧并保证探头与管道贴合间有足够的耦合剂、是否离阀门弯头太近、特别注意钢板卷成的管道, 因为此类管道不规则会严重影响测量。如果不是这些原因, 还是接收不到信号, 只好换另一测量点试试, 或者选用插入式传感器。确认流量计是否正常可靠的工作:信号强度越大、信号质量Q值越高, 其显示的流量值可信度越高, 流量计越能长时间可靠的工作。如果环境电磁干扰太大或是接受信号太低, 则显示的流量值可信度就低, 偏差值就大。

  以前进车间为例, 车间为了流量的准确性先后在总出口上安装2套流量计计算流量, 以这2个流量计进行比对, 把便携式流量计安装在同样工况下进行测量。在同一时段的工况下取3块流量计数值, 为保证取值准确性分别多次取值, 其具体数值见表1。

表1 3块流量计测量数值

表1中Z法 (超声波) 和电磁流量计是前进车间现场2块总出水流量计仪表, 都是固定式安装。V法 (超声波) 为便携式流量计, 在现场根据工况临时取点安装。经过比对发现便携式流量计在现场测量与另2块表出现比较大的偏差, 这对临时测量管线流量的真实有效数据采集出现严重误差。

  经过分析燃气锅炉设计***大出水流量为1 209m3/s允许超流量理论为10%即1 329m3/s, 现场固定安装的流量计都在理论值内。如果以电磁流量计为基准测量值, 与Z法超声波流量计测量曲线值吻合, 其测量误差也在表测量精度范围内 (电磁流量计量准确度 (0.5%~21%) , 超声波流量计高 (1%~2%) ) 。现场工况影响测量因素其水质没有发生变化, 现场测量时间段没有水处理水质相对平稳 (水质的变化对电磁流量计测量值影响比较大) , 锅炉运行负荷没有发生变化和调整, 泵功率扬程也没有改变。

  比对以上数据发现主要是便携式流量计测量误差比较大。实践表明, 固定Z方式安装的换能器超声波信号强度高, 测量的信号稳定性也好于现场便携式超声波流量计, 其测量误差基本在允许范围内, 而便携式超声波流量计经过多次调整更换测量点也不能保证其数值的稳定性测量出现了较大的误差, 其测量值偏差较大, 可信度较低。

  经过实际使用便携式超声波流量计对于供热管网流量调节数据测量有一定的参考有效性, 其值受到不同环境安装调试都比固定式流量计测量数据误差大, 主要是其测量值有表误差。但是其值有一定的规律, 如果想发挥其效率应结合现场工况, 一是现场有固定式流量计表应做好前期数据采集记录工作, 发生流量突变时, 要利用便携式超声波流量计进行及时核校比对数据, 查清流量突变的原因, 弄清楚是仪表发生故障还是流量确实发生了变化;二是对于临时测量点无固定式流量计的使用人员现场尽量满足设备测量安装需求, 尽量减少人为因素干扰, 换能器的安装是影响测量准确度的主要关键因素, 因此现场应用应根据环境调试安装, 确保选位好、安装好、测量准。便携式超声波流量计使用效果好坏取决于操作人员结合现场情况判断分析, 需要人机配合经验的积累。