超聲波氣體流量計在混合煤氣流量計量中的安裝、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，本文介紹了新型超聲波氣體流量計性能特點及工作原理，討論了超聲波氣體流量計在濟(jì)鋼混合煤氣流量計量中的安裝、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。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，將會導(dǎo)致混合煤氣的混合比隨時發(fā)生改變，而高爐、焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐煤氣的密度、動力粘度和熱傳導(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)生變化同樣會造成較大的測量誤差。
針對在節(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，為實際運(yùn)行時各組分氣體實際流量;
p為設(shè)計優(yōu)良壓力;
t為設(shè)計優(yōu)良溫度;
p，為實際工作優(yōu)良壓力;
t，為實際工作優(yōu)良溫度。
但是在濟(jì)鋼球團(tuán)廠的實際應(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的傳輸比較困難，在豎爐生產(chǎn)過程中難以實現(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)用了兩臺超聲波氣體流量計，解決此問題，同時也解決了節(jié)流裝置中取壓管易堵的問題。
2超聲波氣體流量計測量原理及特點
(1)概述
超聲波流量計通過在煤氣管道中測量順流和逆流方向超聲波的傳播時間，再經(jīng)過計算得出煤氣的流速。煤氣的流量則可以通過對煤氣流速、管徑，以及用雷諾數(shù)對流體進(jìn)行動力學(xué)方面的校正后得到。
(2)測量原理
在管道中斜裝一對超聲波傳感器，兩個傳感器之間的距離為超聲波的傳播聲程。超聲波在兩個傳感器之間的順流和逆流傳播時間分別表示為:
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:
該方法稱為傳播時間倒數(shù)差計算法。從公式(4)
可知，傳播時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，因為消去了在靜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。同時也大大減小了溫度等環(huán)境參數(shù)對流量測量的影響。這對于生產(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
超聲波流量計只能測出氣體流速，只有用流速乘以截面積才可以得到實際流量，如果管道內(nèi)結(jié)垢比較嚴(yán)重或有積水，則實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，從而實現(xiàn)對氣體流量的**測量。
(4)主要特點
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，實現(xiàn)煤氣流量的準(zhǔn)確測量，確保豎爐燃燒室自動控制功能的實現(xiàn)，經(jīng)多方面考察、論證，在3#球團(tuán)豎爐安裝了兩臺超聲波氣體流量計。
(1)安裝及調(diào)試
超聲波氣體流量計安裝和常規(guī)測量液體流量的超聲波流量計相似，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，傳感器與管道軸線的夾角為450，兩個傳感器的軸線重合。并且超聲波氣體流量計可實現(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轉(zhuǎn)換器連接后，利用示波器觀察兩個通道的波形，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
超聲波氣體流量計安裝調(diào)試完成后，利用風(fēng)速管對混合煤氣流量進(jìn)行實測，測量數(shù)據(jù)經(jīng)計算與超聲波
氣體流量計進(jìn)行比較。
4結(jié)束語
超聲波氣體流量計的傳感器部分對流體無壓縮、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。
