超声波流量计在火电厂中的应用

刘云峰

沈阳新北热电有限责任公司 ， 辽宁沈阳 110000

0 引言

由于火电厂的水循环系统具有循环较慢、管道直径较大等特点，所以对于其水流量的测量工作比较困难，普通仪器很难实现准确测量。超声波流量计以其独有的特点很好地解决了这一方面的难题，在流量测量方面发挥着越来越重要的作用。尽管超声波流量计有着许多无法取代的优势，但是在使用中也有许多事项需要我们去注意。只有对注意事项进行足够的重视，才能充分发挥其优势。本文对超声波流量计在火电厂中的应用进行了较为详细的阐述和分析，对注意事项进行了初步探讨。

1 超声波流量计简介及工作原理

超声波流量计是通过检测流体流动对超声束的作用进而测量流量的仪器，属于非接触测量仪器，并不与被测流体进行直接接触，所以也不会对流体流动产生干扰和破坏。具有测量精度高、安装方便、不与流体直接接触、不影响管路设备的正常运行等诸多优点，所以在火电厂的流体测量中得到了非常广泛的应用。

根据对信号检测的原理可以将超声波流量计分为以下几种类型：传播速度差法（直接时差法、时差法、相位差法）、波束偏移法、多普勒法、互相关法、噪声法等等。其中以时间差法超声波流量计最常见。本文也针对这种最常见的方法来进行叙述。时间差法超声波流量计通过直接测量超声波脉冲顺流和逆流传播的时间差来实现对测量流体流量的测量。其工作原理示意图如下：

流速方程：

流量计算公式：

其中：v-线平均流速；

L-超声波在流体中的传播路径长度（声道长度）；

t1-超声波从换能器1 到换能器2 的顺流传播时间；

Δt-超声波在流体中顺、逆流传播的时间差；

θ-超声波传播方向与流体流动方向之间的夹角；

qV-体积流量；

K-平均流速修正系数，K=v/u；

u-面平均流速；

v-线平均流速；

D-管道内径。

超声波流量计的优点：

超声波流量计属于非接触式仪表，测量时并不需要将仪器放入流体内部，可以直接从流体管道外部进行测量，对管道自身结构不用进行再次处理，对于流体也不会造成影响，而流体自身的因素也不会影响到测量仪器及测量结果，仪器自身没有压力损失，可以使测量结果更加准确；

一般的测量工具随着流体管道直径的增大，不论是制作工艺方面还是制造成本方面都会相应地提高，而超声波流量计的造价与测量能力与管道直径的大小没有直接的关系，这样既节约设计成本，又节约能耗，一举两得；

由于其特殊的优点，所能够测量的对象更加广泛。由于超声波流量计测量时不用与被测对象进行直接接触，所以可以对那些诸如高腐蚀性、易挥发性、易燃易爆等具有恶劣性质的对象进行流量测量，而且对设备本身也不会产生损害。正是由于其不受被测对象限制这一特点，才给测量工作带来了极大的便利。此外，对于管道的材质要求也比较低。

2 实际应用过程中所应注意事项

在实际的应用过程中需要注意的事项有很多，概括为一下几个方面。

2.1 公式中的参数要进行准确测量

根据超声波流量计的测量原理公式可以知道，流体管道的直径和管壁厚度的测量结果与流速的计算相关，所以在计算过程中，首先要保证测量的准确性，要使用恰当的工具，在测量过程中要注意进行多次测量，然后取数据的平均值，以减小误差，保证数据的准确性。

2.2 安装位置和方法均要合理

超声波流量计应该安装在管道的直管段，并且要远离流动紊乱的位置，以减少振动对测量结果的误差。将设备尽量安装在悬空的水平管道上，这样不仅方便安装施工，同时对于位置调整也是十分方便的。设备安装的方法正确与否也直接会影响到设备的测量结果。

2.3 探头的安装和调整

超声波流量计探头是其最重要的部位，也是影响测量结果最重要的因素。一般情况下探头有两种安装方式：直射式测量的Z 式安装和反射式测量的V 式安装。前者是最常用的方式，但是二者适用范围有一定的区别。如果流体流动情况较复杂，比如会产生旋涡斜流等情况时则采用V 式安装；一般正常情况下两者都可以采用。为了减小流体中气体对测量结果的影响，一般讲探头安装在管道的两侧而不是顶部。

当探头安装出现问题时会导致设备不能正常运行，主要有信号不稳定和不能进入测量程序两种状况。

信号不稳定主要由流体本身原因或者探头安装错误两方面的原因引起，需要对二者进行分析。如果是流体原因，则需要改变探头的安装位置，对于后者则可以将安装方式进行对换，以增加信号稳定性，或者调整两个探头之间的距离。保持信号强度在一定的最佳范围内，需要通过调整两个探头间的距离来实现。

如果设备不能进入测量程序，自检失败，说明探头安装有问题，也有可能设备受到环境影响干扰过于严重，影响到了设备的性能。对于安装问题，需要对安装方式进行重新检查和安装，要保证探头的安装位置，检查探头的间隔距离是否合理，探头安装平面是否与流体运动方向平行等等。除此之外，管道内壁和外壁的清洁程度对于测量的结果也有影响，内壁污垢太多会影响到流体流速，外壁污垢太多则会对探头安装的稳定性产生威胁。如果是因为外界环境因素对结果产生影响，则需要重新选择安装地点进行安装。

3 结论

通过对超声波流量计的工作原理进行了解，对于安装运行过程所出现的问题进行阐述和分析，并提出改善措施，可以有效改善仪器的不足之处，充分发挥其优势，以保证其更好的为人类生产生活服务。火电厂的管道设备比较庞大，流体流量测量比较困难，使用超声波流量计可以有效解决这方面的问题，得到比较令人满意的结果。

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