超聲波流量計在火電廠中的應用

劉云峰

沈陽新北熱電有限責任公司 ， 遼寧沈陽 110000

0 引言

由于火電廠的水循環系統具有循環較慢、管道直徑較大等特點，所以對于其水流量的測量工作比較困難，普通儀器很難實現準確測量。超聲波流量計以其獨有的特點很好地解決了這一方面的難題，在流量測量方面發揮著越來越重要的作用。盡管超聲波流量計有著許多無法取代的優勢，但是在使用中也有許多事項需要我們去注意。只有對注意事項進行足夠的重視，才能充分發揮其優勢。本文對超聲波流量計在火電廠中的應用進行了較為詳細的闡述和分析，對注意事項進行了初步探討。

1 超聲波流量計簡介及工作原理

超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束的作用進而測量流量的儀器，屬于非接觸測量儀器，并不與被測流體進行直接接觸，所以也不會對流體流動產生干擾和破壞。具有測量精度高、安裝方便、不與流體直接接觸、不影響管路設備的正常運行等諸多優點，所以在火電廠的流體測量中得到了非常廣泛的應用。

根據對信號檢測的原理可以將超聲波流量計分為以下幾種類型：傳播速度差法（直接時差法、時差法、相位差法）、波束偏移法、多普勒法、互相關法、噪聲法等等。其中以時間差法超聲波流量計最常見。本文也針對這種最常見的方法來進行敘述。時間差法超聲波流量計通過直接測量超聲波脈沖順流和逆流傳播的時間差來實現對測量流體流量的測量。其工作原理示意圖如下：

流速方程：

流量計算公式：

其中：v-線平均流速；

L-超聲波在流體中的傳播路徑長度（聲道長度）；

t1-超聲波從換能器1 到換能器2 的順流傳播時間；

Δt-超聲波在流體中順、逆流傳播的時間差；

θ-超聲波傳播方向與流體流動方向之間的夾角；

qV-體積流量；

K-平均流速修正系數，K=v/u；

u-面平均流速；

v-線平均流速；

D-管道內徑。

超聲波流量計的優點：

超聲波流量計屬于非接觸式儀表，測量時并不需要將儀器放入流體內部，可以直接從流體管道外部進行測量，對管道自身結構不用進行再次處理，對于流體也不會造成影響，而流體自身的因素也不會影響到測量儀器及測量結果，儀器自身沒有壓力損失，可以使測量結果更加準確；

一般的測量工具隨著流體管道直徑的增大，不論是制作工藝方面還是制造成本方面都會相應地提高，而超聲波流量計的造價與測量能力與管道直徑的大小沒有直接的關系，這樣既節約設計成本，又節約能耗，一舉兩得；

由于其特殊的優點，所能夠測量的對象更加廣泛。由于超聲波流量計測量時不用與被測對象進行直接接觸，所以可以對那些諸如高腐蝕性、易揮發性、易燃易爆等具有惡劣性質的對象進行流量測量，而且對設備本身也不會產生損害。正是由于其不受被測對象限制這一特點，才給測量工作帶來了極大的便利。此外，對于管道的材質要求也比較低。

2 實際應用過程中所應注意事項

在實際的應用過程中需要注意的事項有很多，概括為一下幾個方面。

2.1 公式中的參數要進行準確測量

根據超聲波流量計的測量原理公式可以知道，流體管道的直徑和管壁厚度的測量結果與流速的計算相關，所以在計算過程中，首先要保證測量的準確性，要使用恰當的工具，在測量過程中要注意進行多次測量，然后取數據的平均值，以減小誤差，保證數據的準確性。

2.2 安裝位置和方法均要合理

超聲波流量計應該安裝在管道的直管段，并且要遠離流動紊亂的位置，以減少振動對測量結果的誤差。將設備盡量安裝在懸空的水平管道上，這樣不僅方便安裝施工，同時對于位置調整也是十分方便的。設備安裝的方法正確與否也直接會影響到設備的測量結果。

2.3 探頭的安裝和調整

超聲波流量計探頭是其最重要的部位，也是影響測量結果最重要的因素。一般情況下探頭有兩種安裝方式：直射式測量的Z 式安裝和反射式測量的V 式安裝。前者是最常用的方式，但是二者適用范圍有一定的區別。如果流體流動情況較復雜，比如會產生旋渦斜流等情況時則采用V 式安裝；一般正常情況下兩者都可以采用。為了減小流體中氣體對測量結果的影響，一般講探頭安裝在管道的兩側而不是頂部。

當探頭安裝出現問題時會導致設備不能正常運行，主要有信號不穩定和不能進入測量程序兩種狀況。

信號不穩定主要由流體本身原因或者探頭安裝錯誤兩方面的原因引起，需要對二者進行分析。如果是流體原因，則需要改變探頭的安裝位置，對于后者則可以將安裝方式進行對換，以增加信號穩定性，或者調整兩個探頭之間的距離。保持信號強度在一定的最佳范圍內，需要通過調整兩個探頭間的距離來實現。

如果設備不能進入測量程序，自檢失敗，說明探頭安裝有問題，也有可能設備受到環境影響干擾過于嚴重，影響到了設備的性能。對于安裝問題，需要對安裝方式進行重新檢查和安裝，要保證探頭的安裝位置，檢查探頭的間隔距離是否合理，探頭安裝平面是否與流體運動方向平行等等。除此之外，管道內壁和外壁的清潔程度對于測量的結果也有影響，內壁污垢太多會影響到流體流速，外壁污垢太多則會對探頭安裝的穩定性產生威脅。如果是因為外界環境因素對結果產生影響，則需要重新選擇安裝地點進行安裝。

3 結論

通過對超聲波流量計的工作原理進行了解，對于安裝運行過程所出現的問題進行闡述和分析，并提出改善措施，可以有效改善儀器的不足之處，充分發揮其優勢，以保證其更好的為人類生產生活服務。火電廠的管道設備比較龐大，流體流量測量比較困難，使用超聲波流量計可以有效解決這方面的問題，得到比較令人滿意的結果。

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