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超聲波流量計在冶金企業(yè)水計量中大有作為 流量計技術指標

時間:2020-07-30    來源:儀多多儀器網    作者:儀多多商城     
冶金企業(yè)是連續(xù)綜合作業(yè),不但是耗能大戶也是耗淡水大戶。水是一種地球上的一種特殊資源,特別是淡水更是頻臨稀缺資源,地下水的噸水成本逐年大幅提高。節(jié)約用水已經不僅僅是一個企業(yè)經濟問題,更重要的是一個關乎企業(yè)持續(xù)發(fā)展與社會民生和諧發(fā)展的重大社會問題。

計量是企業(yè)節(jié)約用水績效的測量技術支撐,計量對企業(yè)合理控制用水有著不可替代的顯示作用和指導作用。測量技術的支撐對實現企業(yè)信息化管理起著基礎作用。

企業(yè)中的水計量,原來大多采用機械式水表,它存在著如下缺陷:⑴精度低,正負偏差大;⑵易損壞;⑶校驗或校準不便捷;⑷接表管道縮徑造成水壓力損失;⑸不能顯示實時流量;⑹特別是計量數據無法通過網絡進行遠程傳送,不能適應企業(yè)信息化需求。技術人員經過對工業(yè)液體流量儀表的資料審閱和實物對比,結合企業(yè)信息化建設需求,大多轉而采用超聲波流量計進行水計量。據了解,萊鋼、濟鋼等大型冶金企業(yè)集團計量處對總公司與煉鐵廠、煉鋼廠、各軋鋼廠、動力廠之間的水計量已逐步采用超聲波流量計,并嘗試用便攜式進行比對。

一、超聲波流量計的測量原理

超聲波流量計是一種非接觸式流量計。工作原理是:超聲波在流體中傳播時其傳播速度要受到流體流速的影響,通過測量超聲波在流體中傳播速度可以檢測出流體的流速而換算出流量來。

以使用廣泛的時差法超聲波流量計為例,當超聲波在流體中傳播時順流方向超聲波的傳播速度會增大、逆流方向則減小,即同一傳播距離就有不同的傳播時間,再利用傳播速度之差與被測流體流速之關系求取流速而換算出流量。即當超聲波束在管道內水介質流動方向上的“上游傳感器”與“下流傳感器”之間傳播時,水的流動會使超聲波束的傳播時間相對于靜態(tài)傳播產生一個微小變化,并且這個傳播時間的變化與水的流速成正比,這就是時差式超聲波流量計的測量原理。

其關系的理論表達式如下式:V=MD/sin2θ×△T/TupTdown

其中,M—為超聲波束在水中的直線傳播次數

θ—為超聲波束與水流動方向的夾角

Tup—為超聲波束在正方向上的傳播時間(由上游傳感器到下游傳感器間的傳播時間)

Tdown—為超聲波束在逆方向上的傳播時間(由下游傳感器到上游傳感器間的傳播時間)

△T=Tup-Tdown

二、超聲波流量計的特點

超聲波流量計基于微處理技術,大多采用集成電路及低電壓寬脈沖發(fā)射技術而設計的。在測量技術上,為取得更高的分辨率和更大的測量范圍,多使用0.1ns超高分辨率時間測量線路。它專門用于液體介質測量特別是水的測量。其顯著特點是:精度等級為±1.0%,可在不停產狀態(tài)下帶壓安裝,主機既可安裝于值控室還可輸出電流、脈沖等標準信號并可利用RS232或RS485接口通訊進行計量數據遠程傳送。另外該流量計具有高可靠性、低功耗、抗干擾、安裝維護方便之優(yōu)點。

三、超聲波流量計的構造與安裝

1、超聲波流量計的構造

超聲波流量計一般可分現場傳感器(即探頭),傳輸電纜,顯示主機三大部分。其傳感器有外夾式、插入式、法藍式(即管段式),顯示主機分固定式、便攜式,而便攜式主機可配備外夾式傳感器對固定在線運行的超聲波流量計進行比對(現場校準)且安裝十分簡便(約10多分鐘)。

2、超聲波流量計測量點的確定

超聲波流量計需先選取一個適宜的測量點,然后把測量點的水管參數輸入流量計中,最后將傳感器(即探頭)安裝在水管上。

⑴測量點的一般要求

超聲波流量計的測量點要求需在一定長度的直管段上,即選擇水流分布均勻的管段,以減少測量誤差。

⑵測量點的選取原則

a、測量點宜選擇距上游(水流來方向)10倍管徑長度、距下游(水流去方向)5倍管徑長度的均勻直管段(即上、下游閥門在該長度以外,或水管的拐點在該長度之外)。
b、該直管段的材質要均勻無疤、裂痕以利于超聲波傳輸。
c、該直管段的內壁應無水垢(若略有水垢有條件時可用蒸汽或高壓水吹掃)。
d、該直管段要充滿水(無論垂直或水平管段)。

3、超聲波流量計傳感器的安裝

超聲波流量計傳感器的安裝質量直接關乎水流量測量的準確性、可信度和運行可靠性。

⑴超聲波流量計傳感器(探頭)的分類

常用的超聲波流量計傳感器按安裝方式有如下三種:

外夾式傳感器—安裝時需將管外壁的擬安裝位置打磨光滑后用耦合劑將傳感器(探頭)貼于管外壁再用專用夾緊裝置固定。該方式能方便地在管外進行水流量測量,也適合便攜式。缺點是易因耦合劑的處置不當引起信號接收狀態(tài)惡變而影響測量的穩(wěn)定性。

插入式傳感器—安裝時用鉆孔工具在不停產狀態(tài)下將傳感器(探頭)插入管路中。優(yōu)點是能在水管內壁結垢或水中帶氣情況下實現穩(wěn)定可靠的測量。

管段式傳感器—安裝時需要切開選定的直管段,采用法藍聯接。產品已經過專門出廠標定,好處是傳感器可以不停產進行維修,特點是測量準確度高。

⑵超聲波流量計傳感器(探頭)的安裝

超聲波流量計傳感器(探頭)的安裝位置一般選擇兩個傳感器(探頭)管軸在輸水管道的管軸水平方向上或與管軸水平面成45度夾角。

超聲波流量計傳感器(探頭)的安裝方式有Z、V、N、W方式。其中N、W方式適用于管徑為50mm以下的輸水管道,因使用難度和性價比較高而很少應用。常用方式有兩種:

a、“V”方式安裝

“V”式安裝是標準的安裝方法,可測管徑范圍為25mm—400mm。安裝傳感器(探頭)時須注意上下游兩傳感器(探頭)水平對齊,使其中心連線與輸水管道軸線水平一致。(示意圖見說明書)

b、“Z”方式安裝

“Z”式安裝一般適用于輸水管道粗或水介質不很潔凈或管道內壁有水垢而使“V”式安裝信號失真狀況。一般說來,300mm以上管徑的輸水管道選用“Z”式安裝較適宜,“Z”式安裝的可測管徑范圍通常在100mm—600mm。安裝傳感器(探頭)時須注意上下游兩傳感器(探頭)與輸水管道軸線在同一平面內,且上游傳感器(探頭)在低位、上游傳感器(探頭)在高位。(示意圖見說明書)

⑶超聲波流量計傳感器探頭的安裝檢查

a、主要檢查傳感器(即探頭)的安裝位置是否適宜。
b、與水管外壁的結合是否光滑緊密。
c、通過主機檢查信號強度和信號質量,觀察傳感器是否能夠接收到使主機正常工作的超聲波信號。

4、超聲波流量計的調試

⑴按流量計要求輸入管道參數,并記錄。

⑵對上下游傳感器(即探頭)的安裝位置、間距、管道接合度進行調整,將上下游兩個方向上接收的信號強度調整至較強(信號強度越大則測量值越穩(wěn)定、可信度越大,越能長時可靠運行)。

5、超聲波流量計計量數據的遠傳與共享

技術人員通常通過PC機或其他通信設備實現超聲波流量計的通信,用適當的串行口電纜將超聲波流量計的標準串行口與上位機串口聯接起來,用軟件在上位機上發(fā)出預先設置的命令,就可使流量計發(fā)出相關的應答信號。

技術人員使用超聲波流量計的標識碼作為網絡地址碼,使用相應命令集作為通信協(xié)議,使用流量計的電流環(huán)及其OCT輸出來控制步進式(或模擬式)電磁閥的開度,繼電器輸出可控制其他設備的上下電,既可實現數據采集又可實現遠程控制(數據的傳送硬件在較近距離時使用RS232或RS485接口通訊,在較長距離時采用電流環(huán)或無線傳輸),通過以太網將流量計數據傳入企業(yè)網實現公司內相關二級單位的數據共享。并實現了水計量的實時監(jiān)控狀態(tài)。

江蘇厚德儀表有限公司主要致力于標準校驗、溫度、壓力、物位、流量等儀器儀表的研發(fā)與生產,并提供自動化控制系統(tǒng)的現場解決方案。為廣大電力、石油、冶金、化工、環(huán)保、制藥等企業(yè)的生產更化、更節(jié)能化、更安全化服務。下面給大家?guī)韮x表的小知識:如何正確安裝和維護金屬管浮子流量計

一、金屬管浮子流量計的安裝注意事項:
1.金屬管浮子流量計安裝到工藝管道之前,工藝管道應該吹掃,將管道內的焊渣清洗干凈,防止管道中雜質堵塞儀表,影響正常使用。
2.為了保證測量精度,推薦在流量計上游安裝5DN的入口直管段,下游安裝250mm出口直管段。
3.金屬管浮子流量計有垂直安裝和水平安裝形式,如果是垂直安裝形式,安裝垂直度應該保證優(yōu)于1%,如果是水平安裝形式,安裝水平度都應該保證優(yōu)于1%。
4.若介質中含有固體雜質,應在閥門和直管段間加裝過濾器;若介質中含有鐵磁物質,應在金屬管浮子流量計的上游安裝磁過濾器。
5.由于金屬管浮子流量計安裝了一個磁遠傳系統(tǒng),要確保周圍其他設備產生的磁場不影響測量結果。
6.若被測介質為大的脈動流或兩相流,應在流量計的上游安裝緩沖器來消除或減弱脈動,保證介質的流動是單相穩(wěn)定的,同時,建議流量計好使用阻尼型的。
7.測量氣體的流量計,是在特殊壓力下的校準,如果氣體在流量計的出口直接排放到大氣,將會在浮子處產生較大的壓力損失,引起數據失真,如果這樣的工況條件,應該在流量計的出口安裝一個閥門,以便對所需流量值進行設定。當浮子上方維持標校壓力時,氣體將在閥門處膨脹。
8.為便于清洗和維護,保證生產正常運行,建議設旁通管路。
9.安裝管路的軸線必須與流量計同軸,并適當地支撐管道以避免振動和減小流量計所受應力,測量系統(tǒng)控閥應安裝在流量計下游。
10.安裝內襯聚四氟乙烯的金屬管浮子流量計時,緊固法蘭螺栓時應對稱緊固且勿過緊,以防四氟變形。
二、金屬管浮子流量計的維護注意事項:
1.金屬管浮子流量計屬于精密設備,所以在運輸、安裝、儲存、和使用過程中,必須輕拿輕放,杜絕野蠻運輸,過應力安裝,隨地亂放現象。一定要保證指示器和傳感器的相對位置不能改變,一旦相對位置發(fā)生改變,會直接影響儀表的測量精度。
2.金屬管浮子流量計通常不需進行維修。但在長期使用過程中,管道不可避免要有鐵磁性物質吸附在浮子上,如果雜質過多,會將浮子卡死或影響測量精度,所以要對流量計的傳感器進行清洗。如果在流量計的入口處裝有磁過濾器,也要對磁過濾器定期清洗。清洗時必須將流量計或過濾器從管道上卸下來。
3.對電遠傳及帶報警限位開關的流量計在使用前,打開儀表蓋,按說明書正確接線。對于報警型的旋松限位開關處的螺絲,用戶根據需要設定限位報警位置,并旋緊螺絲,復原后使用。
4.用于氣體測量時,應保證管道壓力不小于5倍儀表壓力損失,以確保浮子工作穩(wěn)定。一般測量氣體的儀表配有氣體阻尼器,以大限度減小浮子震蕩。為進一步確保浮子的穩(wěn)定性,可以在流量計的出口安裝一個節(jié)流閥或適當的孔板。
5.金屬管浮子流量計使用時應緩慢開啟和關閉閥門,以免儀表損壞。若開啟流量計時,由于管道內沒有壓力或系統(tǒng)還未達到儀表正常使用的工作壓力,必須緩慢開啟控制閥,直到系統(tǒng)正常,儀表方可使用,否則容易造成指針跳動或浮子的突然撞擊而損壞的現象。
6.用戶使用時,若被測流體的密度與水不同時,或被測氣體的參數和工作狀態(tài)與制造廠家規(guī)定不同時應對流量計示值讀數進行換算,換算方法見修正。

電磁流量計的維護與保養(yǎng) 
1、日常維護 
我們都知道任何產品都需要合理的維護和保養(yǎng),從而來增加它的使用壽命,那么儀器儀表也不例外(熱電偶、變壓器、流量計等)。只需對儀表作周期性直觀檢查,檢查儀表周圍環(huán)境,掃除塵垢,確保不進水和其他物質,檢查接線是否良好,檢查儀表附近有否新裝強電磁場設備或有新裝電線橫跨儀表。 
若是測量介質容易沾污電極或在測量管壁內沉淀、結垢、應定期作清垢、清洗。 
2、故障查找 
流量計從開始投運或正常投運后,在經過一段時間后發(fā)現儀表工作不正常的時候,應首先檢查流量計外部情況,如電源是否良好、管道是否泄露或處于非滿管狀態(tài)、管道內是否有氣泡、信號電纜是否損壞、轉換器輸出信號(即后位儀表輸入回路)是否開路。切記盲目拆修流量計。 
3、傳感器檢查 
測試設備:500MΩ絕緣電阻測試儀一臺,萬用表一只。 
測試步驟: 
(1) 在管道充滿介質的情況下,用萬用表測量接線端子A、B與C之間的電阻值,A-C、B-C之間的阻值應大至相等。若差異在1倍以上,可能是電極出現滲漏、測量管外壁或接線盒內有冷凝水吸附。 
(2) 在襯里干燥情況下,用MΩ表測A-C、B-C之間的絕緣電阻(應大于200MΩ)。再用萬用表測量端子A、B與測量管內二只電極的電阻(應呈短路連通狀態(tài))。若絕緣電阻很小,說明電極滲漏,應將整套流量計返廠維修。若絕緣有所下降但仍有50MΩ以上且步驟(1)的檢查結果正常,則可能是測量管外壁受潮,可用熱風機對外殼內部進行烘干。 
(3) 用萬用表測量X、Y之間的電阻,若超過200Ω,則勵磁線圈及其引出線可能開路或接觸不良。拆下端子板檢查。 
(4) 檢查X、Y與C之間的絕緣電阻,應在200MΩ以上,若有所下降,用熱風對外殼內部進行烘干處理。實際運行時,線圈絕緣性下降將導致測量誤差增大、儀表輸出信號不穩(wěn)定。 
(5) 如判定傳感器有故障,請與電磁流量計生產廠家,一般現場無法解決,需到廠家維修。 
4、轉換器檢查 
如判定是轉換器故障,經檢查外部原因確實沒問題的情況下,請直接與電磁流量計生產廠家,廠家一般會采取更換線路板的方式解決。 

 



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