超聲波氣體流量計(jì)在混合煤氣流量計(jì)量中的安裝、調(diào)試、運(yùn)行、使用效果，非固定混合比混合臟污氣體流量的在線檢測是工業(yè)流量測量中的難點(diǎn)，本文介紹了新型超聲波氣體流量計(jì)性能特點(diǎn)及工作原理，討論了超聲波氣體流量計(jì)在濟(jì)鋼混合煤氣流量計(jì)量中的安裝、調(diào)試、運(yùn)行、使用效果等應(yīng)用情況。
在冶金工業(yè)企業(yè)中，煤氣的流量測量尤其是非固定組分的混合煤氣的流量測量，一直是工業(yè)流量測量領(lǐng)域中的難點(diǎn)。由于混合煤氣的組分比較復(fù)雜，而且顆粒狀和粘稠狀雜質(zhì)較多，造成煤氣的流量檢測比較困難。
我國現(xiàn)有大管道煤氣計(jì)量儀表主要采用節(jié)流裝置測量，從應(yīng)用角度看，節(jié)流裝置有其優(yōu)勢，如原理及理論研究成熟、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、結(jié)構(gòu)簡單等，但用于檢測煤氣流量，由于測量介質(zhì)臟污等原因，經(jīng)常造成取壓管堵塞等故障，造成數(shù)據(jù)失準(zhǔn)。而且由于工藝條件發(fā)生變化等原因，將會(huì)導(dǎo)致混合煤氣的混合比隨時(shí)發(fā)生改變，而高爐、焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐煤氣的密度、動(dòng)力粘度和熱傳導(dǎo)系數(shù)等熱力學(xué)性質(zhì)不盡相同，因而造成混合煤氣的密度、熱傳導(dǎo)系數(shù)等熱力學(xué)參數(shù)也不斷發(fā)生改變。因此混合煤氣的混合比發(fā)生變化同樣會(huì)造成較大的測量誤差。
針對(duì)在節(jié)流裝置中混合氣體混合比變化的問題，我們曾考慮采用修正的方法解決，修正公式為(混合煤氣按焦?fàn)t、高爐、轉(zhuǎn)爐3種煤氣混合比1:1:1的比例計(jì)算;公式中未考慮介質(zhì)濕度的影響):
式中:
q’為修正后混合煤氣實(shí)際體積流量;
q為修正前體積流量;
p，、pz、p，為各組分密度;
q，、qz、q，為實(shí)際運(yùn)行時(shí)各組分氣體實(shí)際流量;
p為設(shè)計(jì)優(yōu)良?jí)毫?
t為設(shè)計(jì)優(yōu)良溫度;
p，為實(shí)際工作優(yōu)良?jí)毫?
t，為實(shí)際工作優(yōu)良溫度。
但是在濟(jì)鋼球團(tuán)廠的實(shí)際應(yīng)用中，由于煤氣混合站與球團(tuán)廠的距離較遠(yuǎn)，單一煤氣的流量信號(hào)的傳輸比較困難，在豎爐生產(chǎn)過程中難以實(shí)現(xiàn)混合煤氣流量檢測的在線修正，因此導(dǎo)致煤氣流量數(shù)據(jù)經(jīng)常失準(zhǔn)，無法起到正確指導(dǎo)球團(tuán)豎爐生產(chǎn)的作用。因此我們在濟(jì)鋼球團(tuán)廠3#豎爐應(yīng)用了兩臺(tái)超聲波氣體流量計(jì)，解決此問題，同時(shí)也解決了節(jié)流裝置中取壓管易堵的問題。
2超聲波氣體流量計(jì)測量原理及特點(diǎn)
(1)概述
超聲波流量計(jì)通過在煤氣管道中測量順流和逆流方向超聲波的傳播時(shí)間，再經(jīng)過計(jì)算得出煤氣的流速。煤氣的流量則可以通過對(duì)煤氣流速、管徑，以及用雷諾數(shù)對(duì)流體進(jìn)行動(dòng)力學(xué)方面的校正后得到。
(2)測量原理
在管道中斜裝一對(duì)超聲波傳感器，兩個(gè)傳感器之間的距離為超聲波的傳播聲程。超聲波在兩個(gè)傳感器之間的順流和逆流傳播時(shí)間分別表示為:
式中:
c為超聲波在靜止氣體中的傳播速度，隨氣體性質(zhì)變化而變化，it1}s }
v為氣體流速，ii7}s }
e為超聲波聲程z與管道軸線之間的夾角;
根據(jù)t，和t。的表達(dá)式，可求得沿聲程z的線平均流速:
該方法稱為傳播時(shí)間倒數(shù)差計(jì)算法。從公式(4)
可知，傳播時(shí)間與氣體流速成一定比例關(guān)系，線性非常好。而且，在求t，和t。的倒數(shù)差時(shí)，因?yàn)橄チ嗽陟o止氣體中的傳播速度c，所以氣體流速僅與測量參數(shù)t,和t}有關(guān)，與氣體本身性質(zhì)無關(guān)，即不受氣體成分、密度、粘度等的影響。同時(shí)也大大減小了溫度等環(huán)境參數(shù)對(duì)流量測量的影響。這對(duì)于生產(chǎn)現(xiàn)場的在線流量檢測非常有利。
(3)流量測量修正方式
1)溫度壓力修正
超聲波氣體流量計(jì)按測量原理屬于流速測量儀表，因此必須進(jìn)行溫度、壓力修正:
式中:
q’為標(biāo)準(zhǔn)狀況下流量;
q為工作狀況下流量;
r為介質(zhì)工作溫度;
p為介質(zhì)工作壓力。
2)質(zhì)量流量計(jì)算
式中:
p}為標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體密度。
3)截面積修正
超聲波流量計(jì)只能測出氣體流速，只有用流速乘以截面積才可以得到實(shí)際流量，如果管道內(nèi)結(jié)垢比較嚴(yán)重或有積水，則實(shí)際管道的截面積將減小。因此采用專用超聲波傳感器和專用信號(hào)轉(zhuǎn)換器連接，可測出管道內(nèi)積水和結(jié)垢厚度，進(jìn)行截面積修正，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體流量的**測量。
(4)主要特點(diǎn)
1)不受測量介質(zhì)本身性質(zhì)的影響;
2)測量結(jié)果呈線性，可實(shí)現(xiàn)雙向測量;
3)可測量臟污、腐蝕氣體及多組分氣體;
4)無可動(dòng)部件;
5)無壓力損失，無磨損，無堵塞;
6)安裝簡單，可帶壓安裝;
7)可不斷流拆裝、維護(hù)，在線檢修方便;
8)受環(huán)境變化影響小。
3超聲波氣體流量計(jì)的安裝、調(diào)試及測試
濟(jì)鋼球團(tuán)廠3#豎爐燃燒用煤氣分為東、西燃燒室兩根管道，以前用高爐煤氣作為燃料，采用差壓式計(jì)量檢測裝置。2003年3月由于3#豎爐改為燃燒混合煤氣，為配合球團(tuán)豎爐改燒混合煤氣工程，實(shí)現(xiàn)煤氣流量的準(zhǔn)確測量，確保豎爐燃燒室自動(dòng)控制功能的實(shí)現(xiàn)，經(jīng)多方面考察、論證，在3#球團(tuán)豎爐安裝了兩臺(tái)超聲波氣體流量計(jì)。
(1)安裝及調(diào)試
超聲波氣體流量計(jì)安裝和常規(guī)測量液體流量的超聲波流量計(jì)相似，采用z形安裝，在管道上開孔，將傳感器探人管道內(nèi)部，傳感器與管道內(nèi)平面平齊或深人一點(diǎn)，傳感器與管道軸線的夾角為450，兩個(gè)傳感器的軸線重合。并且超聲波氣體流量計(jì)可實(shí)現(xiàn)在線不停產(chǎn)安裝。
儀表參數(shù)設(shè)定非常簡單，在信號(hào)轉(zhuǎn)換器設(shè)定流量量程、壓力量程、溫度量程、比例系數(shù)及聲程等參數(shù)。若無壓力、溫度補(bǔ)償，可設(shè)定固定補(bǔ)償值。調(diào)試工作采用示波器，將超聲波傳感器與信號(hào)轉(zhuǎn)換器連接后，利用示波器觀察兩個(gè)通道的波形，相應(yīng)調(diào)節(jié)電位器即可。如果需要4-20ma輸出，可調(diào)節(jié)電位器校正。
(2)在線測試
超聲波氣體流量計(jì)安裝調(diào)試完成后，利用風(fēng)速管對(duì)混合煤氣流量進(jìn)行實(shí)測，測量數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算與超聲波
氣體流量計(jì)進(jìn)行比較。
4結(jié)束語
超聲波氣體流量計(jì)的傳感器部分對(duì)流體無壓縮、無壓力損失、運(yùn)行可靠、維護(hù)量小，可在線不停產(chǎn)安裝清洗。根據(jù)在3#豎爐的運(yùn)行情況來看，運(yùn)行狀況良好。超聲波氣體流量計(jì)同孔板相比，降低壓力損失，節(jié)約了能源消耗。很好的解決了混合臟污氣體的流量測量難題，測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，滿足了生產(chǎn)的需要。
