中國石油化工股份有限公司洛陽分公司計量處（chù）　任翠平（píng）

　　時差式（shì）超聲波流量計的應用技術近年來發展迅速，以其安裝方便，維（wéi）護量小，適用量程範圍廣，無（wú）接觸測量等（děng）優點廣泛（fàn）應用於石化行業。根（gēn）據管徑及介質特點，首次在我廠大口徑循環水管道(我廠供化纖循環水管線管徑為DN1620)和（hé）其它五個循環水（shuǐ）檢測點上選用了康樂創生（shēng）產的夾裝時差式（shì）超聲波（bō）流量計。它克（kè）服了插（chā）入式電磁流量計應（yīng）用在大口徑管道中存在的（de）儀表故障率高，計量（liàng）不準確的缺點，滿足了計量的需要。現（xiàn）根據現場（chǎng）應用的經驗將這種超聲波流量計的特性及應用中可能影響測量準確度的一些問題分析如下。

　　一（yī）、測量原理

　　時差式超聲波流量計用（yòng）於測（cè）量液體流速對雙（shuāng）向聲波信號的影響（xiǎng）。它的兩個換能器(T1、T2)以（yǐ）一定的（de）間距安裝在管壁外，交替（tì）發射和接收超聲波。當聲波（bō）在（zài）靜止的流體中傳播時（shí），從T1到T2的聲（shēng）波信號（hào）傳送時間與從T2到T1的傳送時間相同；當流體流動時，上遊換能器T1向下遊換能（néng）器T2發射一個信號，同時下遊也向上遊發射信號，而流體流（liú）速對聲波信號的作用，將加快從上（shàng）遊到下遊方向的信號速度，同時減慢從（cóng）下遊到上遊方向的信號速度，兩個（gè）信（xìn）號之間產生了（le）時間差，由此求得液體的流速，再與（yǔ）圓管的流通截麵積相乘，計算出流量（liàng）。流體流速的基本計算公式為:

　　Vf=Kdt/TL
　　式中:Vf——流速；K——標定係（xì）數；dt——上（shàng）下遊換能器測量出的時間的差；TL——測量出的聲波平均穿過流體的時（shí）間。
　　測量原理如圖1所示:

圖1 時差式超聲波流量（liàng）計測量原（yuán）理圖

　　二、時差式超聲（shēng）波流量（liàng）計的優點

　　1.超聲波流量計由換能器和轉換器兩部分構成。換能器可安裝在被測管道的外壁上，無需將管道截斷或流（liú）體停流。這是一種非接觸式測量，不阻（zǔ）擾管道內流體的（de）流動，無壓力損失、無介（jiè）質泄漏，並且（qiě）對介質的導電性和腐蝕性沒有任何要求，儀表安裝簡單、操作（zuò）方（fāng）便。量程（chéng）範圍廣，適合（hé）各種口徑的管道，節省安裝（zhuāng）費用。智能度高，儀表維護量小。
　　2.采用（yòng）智能型計算器，大容量的數據記錄儀，有200KB到1MB的（de）數據存（cún）儲器，可（kě）以存儲流量測量的曆（lì）史數據，便於判斷儀表故障，方便計量結算。
　　3.具有檢測和指示含氣量的功能，可以配合工藝操作（zuò）。
　　4.係統設有自診斷（duàn）功能，可以對管道（dào）中流體（tǐ）狀態進行分析。當測量條件滿足工作要求後，能（néng）自動恢複原工作狀態。
　　5.儀表（biǎo）性能穩定，一般的時差式流量計準確度為1%～2%，可以滿足循環水測量的需要。

　　三、影響（xiǎng）流量計測量準確度的因素

　　1.上下遊直管段對測量準確度的影響
　　標定係數（shù）K是雷諾數的函數（shù），流體（tǐ）從層流過渡到紊流，流速分布（bù）不均勻，標定係數K將產生（shēng）較大的變化，引起測量準確度下降，根據生產商要求，換能器應安裝在上（shàng）遊直管段為10D，下遊直管段為5D的（de）位置，對於上（shàng）遊（yóu）存在泵、閥等設備時直管段的長度，要求“距離紊流、震（zhèn）動、熱源、噪音源和射線源（yuán）越遠越好”。我廠在試（shì）用（yòng）該（gāi）種流量（liàng）計時曾遇到了上述問題（tí），有一台流量計因為換能器上遊有泵（bèng）存在，而且換（huàn）能器安裝位（wèi）置上（shàng）遊直管段不足10D，造成測（cè）量數據的波動大，一直（zhí）不穩定，通過查詢有關資料發現，日本JEMIS(日本電氣測量儀器工業會)的標準對此（cǐ）有明確要求，如果換能器安裝位（wèi）置的上遊有（yǒu）泵、閥（fá）等設備，要（yào）求直管（guǎn）段為30D以上。
　　因此，直管段長度是保證測量準確度的主要因素。

　　2.管道參數設置對測量準確度（dù）的影響
　　管道參數設（shè）置準確與否，與測量準確度關係密切。如果管道材質及尺寸的設置與實際管道尺寸不相符，將使理論管道流通截麵積與實際流通截麵（miàn）積產生誤差，導致最終結果不準確，另（lìng）外，換（huàn）能器之間的發射間距是根（gēn）據流體(聲速、動力粘度)、管道(材質和尺寸)、換能器的安裝方式(V法或Z法)等各（gè）種參數綜合運算（suàn）的結果，換能器的安裝距離產生偏差，也會引起很大的測量誤差（chà）。其（qí）中管道內（nèi）徑的設（shè）置和安（ān）裝距離（lí）對測量準確度影響比較突（tū）出，據（jù）有關資料介紹，若管道內徑誤差±1%，則引起約±3%的流量誤差（chà）；若安裝距（jù）離誤差（chà）±1mm將產生±1%以內的（de）流量誤差，圖2為不同管道內徑（jìng）誤差±1mm對測量準確（què）度的影響:

圖2 不同管道內徑（jìng）誤差±1mm對測量準確度（dù）的影（yǐng）響

　　可見，隻有正確設置管道參數，換能器才能（néng）安裝準確，減（jiǎn）少（shǎo）管道參數（shù）設置對測量準確度的影響。

　　3.換（huàn）能器安裝位置對測量準確（què）度的影響
　　換能器的安裝有反射式(V型)和直射式(Z型)兩（liǎng）種方（fāng）式，如圖3所示:

圖3 換能器（qì）安裝方（fāng）式

　　利用Z法安裝聲束行程短，可以增強信號強度。我廠用於測量化（huà）纖循環水的兩台流量計先後采用了兩種方式進行安裝，Z法的測量效果明顯優於V法，而且另外五個檢（jiǎn）測點都采用（yòng）Z法（fǎ）安裝，測量效果比（bǐ）較好。
　　另外，換能器必須安裝在與管線正切的方向，否則會影響（xiǎng）聲波的發（fā）射和接收，進而影響（xiǎng）測量準確度。

　　4.含氣量對測量準確度的影響
　　含氣（qì）量對測量數據也有（yǒu）很大（dà）影響。不溶氣體具（jù）有非常低的聲阻抗，可能造成（chéng）聲束分散。含氣量大時，將減小聲波信號的強度。Vaer是該流量計（jì）表征含（hán）氣量的參數，通常狀態下Vaer<50，我廠用於測量化纖循環水的兩台流量計（jì）的換（huàn）能器安裝位置不好，一台泵前有一個大晾水池，泵距換（huàn）能器間（jiān）直管段小於10D，測量數據不穩定；另一台泵距換能器間直管段距（jù）滿足了10D的要求，測量數據（jù）比較穩定（dìng）。由於（yú）工藝（yì）操作（zuò）的（de）需要，每（měi）半個月循環水中要加入一次剝離劑，管（guǎn）道中含氣量大量增加。泵至換（huàn）能（néng）器前直管（guǎn）段太短，氣（qì）泡嚴重影（yǐng）響（xiǎng）測量，流量計停止工作，其（qí）間大概持續兩天時間。工（gōng）況恢（huī）複正常時，流量計自動恢複（fù）工作(為了證實這一狀況，同一時間，我們曾用多普勒式超聲（shēng）波流量計測（cè）量，可以正常（cháng）工作，而且指示含（hán）量大)。
　　因此，要消（xiāo）除含氣量，必須保證換能器前後直管段的長度。

　　5.耦合劑對（duì）測（cè）量準確度的影響
　　為了（le）保證換能器和（hé）管道充分接觸（chù），安裝（zhuāng）換能器時需要往管道（dào）表（biǎo）麵均勻地塗一層耦合劑（jì），一般厚度為(2～3)mm。應將（jiāng）耦合劑內（nèi）的氣泡和顆（kē）粒擠出去，換能（néng）器的發（fā）射麵應緊密的貼在管壁上。測量循環水的流（liú）量計大多安裝在水井中（zhōng），安裝環境（jìng）潮（cháo）濕，有時會被水淹，如果選用一般（bān）的耦合劑，在很短（duǎn）時間內便會失效，影響測量準確度。因此，必（bì）須選用特製的防水耦合劑。

　　耦合劑有（yǒu）使用有效期，據生產商介紹，一般（bān）耦合劑可以使用18個月，因此，為了保證測量準確度，每18個月應該重新安裝換能（néng）器，更換耦合劑（jì）。
　　上述分析表明，時差式超聲波流量計應用於（yú）大口徑管道（dào）循環水流量的測量具有明（míng）顯的優越性。但（dàn）是，超聲（shēng）波流量計的應用有一定的條件，隻有在使用前了（le）解儀表的性能標（biāo）準及安裝要求，選擇良好的安裝位置和（hé）滿足安裝（zhuāng）條件的管道，正確安裝、使用（yòng）和維護，才能獲得滿意的應用效果。