您好,欢迎访问上海升隆电子科技有限公司官网!咨询热线:021-39152202 51078419

高温超声波流量计在有机热载体锅炉中的应用

时间:2017-05-16 15:27 来源:http://www.shslgs.com 点击数:

高温超声波流量计采用高温导波器,可测量 400 ℃ 以内高温介质的流量,从而解决了有机热载体锅炉能效测试中的一个重要测试难点。文章介绍了高温超声波流量计的组成及工作特点,并对流量测量中如何选位、安装和使用提出具体建议,为用户应用高温超声波流量计提供可以借鉴的经验和方法。

能源是国民经济发展的物质基础,随着我国经济的飞速发展,能耗也急剧增加,高能耗行业尤其令人瞩目。锅炉作为一种热力设备,对能源的消耗占有很大的比重,工业锅炉能源消耗位居全国工业行业第二,仅次于电站锅炉,煤炭消耗量远高于钢铁、石化、建材等高耗能工业行业因此,在能源紧缺、资源相对不足的当今社会,节能成为当前世界各国的重点任务,锅炉作为能源使用大户,对锅炉进行能效测试,减少能源浪费,提高能源使用率,已是迫在眉睫的任务开展锅炉能效测试工作对我国节能减排意义重大,而有机热载体锅炉在工业生产领域中应用广泛,有必要提高其运行热效率。对于有机热载体锅炉,锅炉循环流量是能效测试中的一个重要参数,但在锅炉实际运行中,由于循环导热油介质温度较高,通常达到 200  300 ℃ ,使用常规的流量计测量高温介质流量难度非常大 。通常的涡轮、涡街、孔板等流量计在安装前锅炉需要停炉,安装过程也存在一些不安全因素,安装时导热介质容易泄露,从而影响整个生产工艺,并且对于高温介质流量测量结果误差较大 。目前使用较为普遍的超声波流量计可测介质温度一般也在 120 ℃ 以下,因而无法满足能效测试中有机热载体锅炉高温介质流量的测量要求。

为适应当前国家着力加强锅炉节能监测工作的需要,利用高温超声波流量计检测技术测量有机热载体锅炉高温介质流量,可在不切断锅炉工艺管道的条件下,满足能效测试中锅炉循环流量的测量要求,从而使能效测试工作更加科学、准确、规范,为国家节能监管工作提供技术性支持。

1.高温超声波流量计的组成

高温超声波流量计利用超声信号,通过时差式测量方法测量介质对双向声波信号的影响,来确定超声信号传播路径上的平均流速,并利用电子测试技术引入超声信号测量的有效性,评估测量值的合理性。该流量计采用高温导波器配合专用传感器,高温导波器将传感器信号传递给管壁,由于导波板的冷却效应,阻止了传感器表面和管壁传递热量,保护传感器不承受高温能够正常工作,可测量 400 ℃ 以内高温介质的流量,从而满足了有机热载体锅炉能效测试中高温介质流量的测量要求。

在有机热载体锅炉介质流量测试中,高温超声波流量计是由主机、高温导波器和传感器组成。其中,高温导波器是流量计的重要组成部分,它由金属导波板、探头夹具、管道夹具以及声耦合片、超声探头构成,结构如图所示,借助高温导波器,流量计探头可在 400 ℃ 以下的高温下连续正常工作,由于导波器的冷却效应,传感器安装时无需停炉。

高温1.jpg

作为外夹式超声波流量测量技术,高温超声波流量计能够精确测量双向及快速变化的液体,并且安装简单、操作方便、测量精度高,能提供精确、稳定的测量结果,因而高温超声波流量计能够稳定可靠地应用于有机热载体锅炉高温介质流量的测量。

2.超声波流量计安装及使用注意事项

由于锅炉现场安装环境、管道材质及参数、传感器安装等因素的影响,高温超声波流量计测量的准确度往往低于其标称值,有时甚至误差较大,因此,只有消除各种不利因素,才能提高其测量准确度。结合以往的流量测量经验,就其上述影响因素进行探讨。

2. 1安装环境的影响

超声波流量计安装时,一般要求流量计前直管道至少 10倍管径,后直管道至少 倍管径 ,流量计尽量安装在垂直管道上,且流体自下而上,避免出现非满管状态,以确保被测介质的流态满足仪器精度要求。使用流量计进行测试前,需要根据锅炉管道布置情况进行安装,但实际上往往很难找到满足以上测量要求的探头安装位置。直管段不足将导致不同的测量误差,应用中直管段可适当缩短,上游侧有倍以上管径直管时可基本满足测量要求,当上游直管段不够,如在弯头、阀门、泵阀之后安装流量计时,一般表现为正误差,而下游直管段对测量误差影响较小。此外,流量计安装处应避免振动和电磁场干扰,降低测量误差。

2. 2管道参数输入的影响

超声波流量计探头安装好后,需要在仪器主机上输入管径及管壁厚等相关管道结构参数,输入的管道参数对测量结果影响较大。在实际测量管道不变的情况下仅改变其输入参数,管径输入的误差将使得测量结果的误差扩大; 管壁厚输入误差与测量误差成正相关,但对介质流量测量结果影响较小。

2. 3 内衬及管道材质的影响

流量计探头的安装间距是测量过程中的一个重要参数,被测管道材质及内衬输入错误会使得探头安装间距计算错误,测量误差增大,严重时影响测量信号和设置,甚至造成超声波流量计无法正常工作。管道内衬对流量测量结果影响较大,主要原因是管道内衬造成了实际管径的变化,内衬减少了介质通流截面积,因而通过流速换算得到的流量值减少。流量测量误差与管道截面积变化成正比,测量时应根据实际被测管道情况准确输入内衬厚度,内衬过厚而设置时输入数值太小或未输入会发生测量信号错误。由于超声波在各种介质中传播速度具有差异性,因而管道及内衬材质对流量测量结果具有一定影响,如

果设置的声速大于材质的实际声速,则流量测量结果偏大,反之则偏小。

2. 4 传感器安装

根据测量环境和测量探头的不同,传感器的安装方法分为Z 法、V 法、X 法等测量传感器安装方法的选择原则是:当被测流体沿管轴平行流动时,选 Z 法安装;  当流动方向与管线轴不平行或管路安装地点使换能器安装间隔受到限制时,采用 法和法。在不影响信号接收的情况下,法测量准确度高于法。此外,两个传感器之间的安装间距有严格的要求,它影响测量准确度,使得测试误差较大,因此一定要按计算间距值进行安装。

2. 5 其它外界因素

根据超声波流量计的运行特点及测量影响的误差分析,为了在管道和传感器之间获得最佳的声耦合,最大限度地保证流量测量结果的准确性,还必须注意以下几点:

清除管道表面铁锈或涂层;

所在位置应有利于声的传播; ③传感器安装处应注意避开管路变形、缺陷附近、接口、焊缝和沉积物等位置; ④传感器表面与管壁之间不能有气泡; ⑤在传感器接触表面涂高温耦合剂。

3.应用实例

对某在用有机热载体锅炉进行能效测试,该锅炉型号为 YY( Q) W  5000Y( Q) ,额定热功率为 5000 kW,额定压力为 1. 1 MPa,介质额定出口温度为 320 ℃ ,该锅炉系统采用 L  QB300 型导热油,锅炉运行时导热油工作温度为 240 ℃ ,测量其锅炉导热油循环流量。

使用超声波流量计对高温介质进行流量测试前,查阅有机热载体锅炉、导热介质以及热力管道的相关技术及产品资料,包括锅炉的结构参数、运行参数以及整个系统流程,锅炉热力管道的材质、规格,锅炉循环介质的物理化学特性,如密度、比热、运动粘度及最高使用温度等,了解导热介质的工作温度,以确定传感器的型号。此外,还要对锅炉现场进行实地勘察,尤其是热力管道的位置和走向,最后确定介质流量测点的位置。

流量测试中,应根据导热油工作温度及锅炉热力管道规格选择适宜的传感器及高温导波器。打开主机选择测量通道,输入被测管道的材质、外径、壁厚和粗糙度等,高温导热油的密度、温度、运动粘度及声速值等相关参数,选择测量物理量、测量单位、声程数等参数。流量计主机通过已设置的参数初步计算出传感器的安装间距,当传感器安装之后,再输入实际精确的传感器间距 。为了获得最佳的声耦合效果,应选用仪器专配的高温型耦合剂。

正确安装高温导波器及传感器后,对超声波流量计检测系统进行反复调试,不断缩小声速的预估区间,直至获得最大的信号强度。本次锅炉能效测试时间为 4 h,测得有机热载体锅炉导热介质流量为 351575 kg / h

4.

有机热载体锅炉能效测试时,高温介质流量的测量始终是一个难点。利用高温超声波流量计检测技术在不切断工艺管道的条件下,采用高温导波器配合专用传感器,可测量 400 ℃ 以内高温介质的流量,从而满足了有机热载体锅炉流量测量的高温要求。结合以往的流量测量经验,在高温超声波流量计的安装和使用时应注意现场安装环境、管道材质及参数、传感器安装等因素的影响,只有消除各种不利因素,才能提高其测量准确度。实际应用表明,高温超声波流量计能够稳定可靠的应用于有机热载体锅炉高温介质的流量测量。