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气体超声波流量计的工作原理及应用_论文

流程制造│PROCESS MANUFACTURING│ 67 气体超声波流量计的工作原理及应用 Working Principle of Gas Ultrasonic Flowmeter and Its Application in Production ?宜宾市电子科技有限公司 李定川 Li Dingchuan 摘 要:本论文分析了影响外夹式气体超声波流量计进行流量计量的因素,并得出结论。根据对现场 应用中管段式气体超声波流量计的故障分析及处理,提出了气体超声波流量计现场应用的优化性建 议。论文研究成果对气体超声波流量计在输气管道现场应用具有一定的实用价值和参考意义。 关键词:超声波流量计 流速测量 探讨 Abstract: This paper analyzes the impact clamp type gas ultrasonic flowmeter for flow measurement, and the conclusion. According to the field application of pipe sections of gas ultrasonic flowmeter failure analysis and processing, put forward the gas ultrasonic flowmeter the optimization of the field application. Thesis research results of gas ultrasonic flowmeter in the pipeline field application has a certain practical value and reference significance. Key words: Ultrasonic flowmeter Flow measurement Discussion 【中图分类号】TH814【文献标识码】B 文章编号1606-5123(2017)04-0067-04 1 引言 气体超声波流量计是一种利用超声声学原理工作的新 型流量测量仪表,与传统的流量计相比,气体超声波流量计 具有运行稳定、易于安装、计量准确可靠、非接触测量、量 程比宽、无压力损失、节约能源等特点,是一种比较理想的 节能型流量计,在大管径流量测量方面也有优越性。 本论文源于西南油气田公司输气管理处开展的气体超 声波流量计在输气管道现场的运用研究项目。在查阅大量 国内外相关资料的基础上,论文对气体超声波流量计的测 量原理、性能技术特点及软硬件构成进行了细致研究,并 在此基础上进行了现场实验,主要有:噪音对外夹式气体 超声波流量计影响测试;外夹式气体超声波流量计传感器 耦合剂替代材料测试;壁厚值对传感器选型的影响测试; 外夹式气体超声波流量计对气体流速和管道压力的要求测 试;管道外壁粗糙程度对外夹式气体超声波流量计的影 响;直管段长度对气体超声波流量计的影响测试;外夹式 气体超声波流量计与管段式气体超声波流量计、高级孔板 阀计量系统流量对比测试。根据现场试验及对各种数据的 分析研究和后续调试工作。 2 超声波流量测量 应用超声波原理测量流量始于 1928 年,而进入实用 阶段约在20世纪70年代,但仍限于测量液体,用于测量气 体流量约在 90 年代。由于气体超声波流量计具有许多传 统流量计 ( 孔板、涡轮、涡街……等 ) 无法相比的突出优点 ( 见表 1) ,在天然气流量计量领域中,它犹如一颗耀眼的 新星,备受国内外工程技术界的关注。往年在巴西召开的 “FOLMEKO2000第十届流量测量国际学术讨论会”上, 重点讨论了超声波流量计,该方面的论文数占论文总数的 29.4%,接近1/3;而历届讨论最多的有关差压式的论文数 仅占17.6%,不再成为热点。从发展趋势来看,由于超声波 流量计具有精确度高、性能稳定可靠、量程比大、管道中 无检测件等特点,在工程应用及国际贸易中,大有后来居 上取代传统流量仪表的趋势。目前,美国、英国、荷兰、 德国、加拿大、俄罗斯等10余个国家已批准它为天然气贸 易输送系统的计量仪表。 据了解,我国也正对此进行技术推广,制定了标准。 仅以我国四大世纪工程之一的西气东输工程为例,经多次 流量计量论证,已将气体超声波流量计作为流量计量的首 68 │PROCESS MANUFACTURING│流程制造 选仪表。据估算,该项目一期工程对检测控制仪表的投资 将达到100亿元左右。流量计量是整个工程中重要的检测参 数,初步估计,管道为DN150~DN1000的大中型天然气输 配计量站约数百个,DN100以下的流量计量所需仪表将以 万计,流量计量投资约10亿元左右。这个巨大的市场对于 仪表生产厂商来说,真是千载难逢。 表1 项目 精确度(%) 量程比 管径范围(mm) 压损 对涡流的敏感 对流速分布的敏感 测脉动流 测双向流 测湿气体 清洗管路 流量计的性能比较 涡街 ±1 30∶1 50~300 较小 很敏感 很敏感 不适合 不能 不能 不能 涡轮 ±1 20∶1 10~500 较小 较敏感 较敏感 不适合 不能 不能 不能 超声波 ±0.5 300∶1 75~1600 无 不敏感 不敏感 适合 可以 可以 可以 孔板 ±1 3∶1 50~800 很大 很敏感 很敏感 不适合 不能 不能 不能 式中: C——声速 Vm——声道上的平均流速 θ——换能器安装的倾角(声道角度) B接受信号后,向A返回的超声波信号为逆流向,所需 时间为: tab=L/(C-Vmcosθ) 再考虑cos?=X/L,两式相减化简可得: (1) 从式(1)可知,用时差法测流体的轴向速度与声速C无 关,这就大大简化了测量电路。这个方法早为人们所知, 但实际应用到测量气体流量当时还有困难。近几年来由于 集成电路的飞速发展,可以精确测量极其微小的时间差(达 10-9s~10-12s),才使


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