高溫超聲波流量計采用高溫導(dǎo)波器，可測量 400 ℃ 以內(nèi)高溫介質(zhì)的流量，從而解決了有機熱載體鍋爐能效測試中的一個重要測試難點。文章介紹了高溫超聲波流量計的組成及工作特點，并對流量測量中如何選位、安裝和使用提出具體建議，為用戶應(yīng)用高溫超聲波流量計提供可以借鑒的經(jīng)驗和方法。

能源是國民經(jīng)濟發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，能耗也急劇增加，高能耗行業(yè)尤其令人矚目。鍋爐作為一種熱力設(shè)備，對能源的消耗占有很大的比重，工業(yè)鍋爐能源消耗位居全國工業(yè)行業(yè)第二，僅次于電站鍋爐，煤炭消耗量遠(yuǎn)高于鋼鐵、石化、建材等高耗能工業(yè)行業(yè)因此，在能源緊缺、資源相對不足的當(dāng)今社會，節(jié)能成為當(dāng)前世界各國的重點任務(wù)，鍋爐作為能源使用大戶，對鍋爐進行能效測試，減少能源浪費，提高能源使用率，已是迫在眉睫的任務(wù)開展鍋爐能效測試工作對我國節(jié)能減排意義重大，而有機熱載體鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，有必要提高其運行熱效率。對于有機熱載體鍋爐，鍋爐循環(huán)流量是能效測試中的一個重要參數(shù)，但在鍋爐實際運行中，由于循環(huán)導(dǎo)熱油介質(zhì)溫度較高，通常達到 200 ～ 300 ℃ ，使用常規(guī)的流量計測量高溫介質(zhì)流量難度非常大 。通常的渦輪、渦街、孔板等流量計在安裝前鍋爐需要停爐，安裝過程也存在一些不安全因素，安裝時導(dǎo)熱介質(zhì)容易泄露，從而影響整個生產(chǎn)工藝，并且對于高溫介質(zhì)流量測量結(jié)果誤差較大 。目前使用較為普遍的超聲波流量計可測介質(zhì)溫度一般也在 120 ℃ 以下，因而無法滿足能效測試中有機熱載體鍋爐高溫介質(zhì)流量的測量要求。

為適應(yīng)當(dāng)前著力加強鍋爐節(jié)能監(jiān)測工作的需要，利用高溫超聲波流量計檢測技術(shù)測量有機熱載體鍋爐高溫介質(zhì)流量，可在不切斷鍋爐工藝管道的條件下，滿足能效測試中鍋爐循環(huán)流量的測量要求，從而使能效測試工作更加科學(xué)、準(zhǔn)確、規(guī)范，為節(jié)能監(jiān)管工作提供技術(shù)性支持。

1.高溫超聲波流量計的組成

高溫超聲波流量計利用超聲信號，通過時差式測量方法測量介質(zhì)對雙向聲波信號的影響，來確定超聲信號傳播路徑上的平均流速，并利用電子測試技術(shù)引入超聲信號測量的有效性，評估測量值的合理性。該流量計采用高溫導(dǎo)波器配合專用傳感器，高溫導(dǎo)波器將傳感器信號傳遞給管壁，由于導(dǎo)波板的冷卻效應(yīng)，阻止了傳感器表面和管壁傳遞熱量，保護傳感器不承受高溫能夠正常工作，可測量 400 ℃ 以內(nèi)高溫介質(zhì)的流量，從而滿足了有機熱載體鍋爐能效測試中高溫介質(zhì)流量的測量要求。

在有機熱載體鍋爐介質(zhì)流量測試中，高溫超聲波流量計是由主機、高溫導(dǎo)波器和傳感器組成。其中，高溫導(dǎo)波器是流量計的重要組成部分，它由金屬導(dǎo)波板、探頭夾具、管道夾具以及聲耦合片、超聲探頭構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，借助高溫導(dǎo)波器，流量計探頭可在 400 ℃ 以下的高溫下連續(xù)正常工作，由于導(dǎo)波器的冷卻效應(yīng)，傳感器安裝時無需停爐。

作為外夾式超聲波流量測量技術(shù)，高溫超聲波流量計能夠測量雙向及快速變化的液體，并且安裝簡單、操作方便、測量精度高，能提供、穩(wěn)定的測量結(jié)果，因而高溫超聲波流量計能夠穩(wěn)定可靠地應(yīng)用于有機熱載體鍋爐高溫介質(zhì)流量的測量。

2.超聲波流量計安裝及使用注意事項

由于鍋爐現(xiàn)場安裝環(huán)境、管道材質(zhì)及參數(shù)、傳感器安裝等因素的影響，高溫超聲波流量計測量的準(zhǔn)確度往往低于其標(biāo)稱值，有時甚至誤差較大，因此，只有消除各種不利因素，才能提高其測量準(zhǔn)確度。結(jié)合以往的流量測量經(jīng)驗，就其上述影響因素進行探討。

2. 1安裝環(huán)境的影響

超聲波流量計安裝時，一般要求流量計前直管道至少 10倍管徑，后直管道至少 5 倍管徑 ，流量計盡量安裝在垂直管道上，且流體自下而上，避免出現(xiàn)非滿管狀態(tài)，以確保被測介質(zhì)的流態(tài)滿足儀器精度要求。使用流量計進行測試前，需要根據(jù)鍋爐管道布置情況進行安裝，但實際上往往很難找到滿足以上測量要求的探頭安裝位置。直管段不足將導(dǎo)致不同的測量誤差，應(yīng)用中直管段可適當(dāng)縮短，上游側(cè)有 3 倍以上管徑直管時可基本滿足測量要求，當(dāng)上游直管段不夠，如在彎頭、閥門、泵閥之后安裝流量計時，一般表現(xiàn)為正誤差，而下游直管段對測量誤差影響較小。此外，流量計安裝處應(yīng)避免振動和電磁場干擾，降低測量誤差。

2. 2管道參數(shù)輸入的影響

超聲波流量計探頭安裝好后，需要在儀器主機上輸入管徑及管壁厚等相關(guān)管道結(jié)構(gòu)參數(shù)，輸入的管道參數(shù)對測量結(jié)果影響較大。在實際測量管道不變的情況下僅改變其輸入?yún)?shù)，管徑輸入的誤差將使得測量結(jié)果的誤差擴大 2 倍; 管壁厚輸入誤差與測量誤差成正相關(guān)，但對介質(zhì)流量測量結(jié)果影響較小。

2. 3 內(nèi)襯及管道材質(zhì)的影響

流量計探頭的安裝間距是測量過程中的一個重要參數(shù)，被測管道材質(zhì)及內(nèi)襯輸入錯誤會使得探頭安裝間距計算錯誤，測量誤差增大，嚴(yán)重時影響測量信號和設(shè)置，甚至造成超聲波流量計無法正常工作。管道內(nèi)襯對流量測量結(jié)果影響較大，主要原因是管道內(nèi)襯造成了實際管徑的變化，內(nèi)襯減少了介質(zhì)通流截面積，因而通過流速換算得到的流量值減少。流量測量誤差與管道截面積變化成正比，測量時應(yīng)根據(jù)實際被測管道情況準(zhǔn)確輸入內(nèi)襯厚度，內(nèi)襯過厚而設(shè)置時輸入數(shù)值太小或未輸入會發(fā)生測量信號錯誤。由于超聲波在各種介質(zhì)中傳播速度具有差異性，因而管道及內(nèi)襯材質(zhì)對流量測量結(jié)果具有一定影響，如

果設(shè)置的聲速大于材質(zhì)的實際聲速，則流量測量結(jié)果偏大，反之則偏小。

2. 4 傳感器安裝

根據(jù)測量環(huán)境和測量探頭的不同，傳感器的安裝方法分為Z 法、V 法、X 法等。測量傳感器安裝方法的選擇原則是:當(dāng)被測流體沿管軸平行流動時，選 Z 法安裝;  當(dāng)流動方向與管線軸不平行或管路安裝地點使換能器安裝間隔受到限制時，采用 V 法和 X 法。在不影響信號接收的情況下，V 法測量準(zhǔn)確度高于 Z 法。此外，兩個傳感器之間的安裝間距有嚴(yán)格的要求，它影響測量準(zhǔn)確度，使得測試誤差較大，因此一定要按計算間距值進行安裝。

2. 5 其它外界因素

根據(jù)超聲波流量計的運行特點及測量影響的誤差分析，為了在管道和傳感器之間獲得***佳的聲耦合，***大限度地保證流量測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，還必須注意以下幾點:

①清除管道表面鐵銹或涂層;

②所在位置應(yīng)有利于聲的傳播; ③傳感器安裝處應(yīng)注意避開管路變形、缺陷附近、接口、焊縫和沉積物等位置; ④傳感器表面與管壁之間不能有氣泡; ⑤在傳感器接觸表面涂高溫耦合劑。

3.應(yīng)用實例

對某在用有機熱載體鍋爐進行能效測試，該鍋爐型號為 YY( Q) W － 5000Y( Q) ，額定熱功率為 5000 kW，額定壓力為 1. 1 MPa，介質(zhì)額定出口溫度為 320 ℃ ，該鍋爐系統(tǒng)采用 L － QB300 型導(dǎo)熱油，鍋爐運行時導(dǎo)熱油工作溫度為 240 ℃ ，測量其鍋爐導(dǎo)熱油循環(huán)流量。

使用超聲波流量計對高溫介質(zhì)進行流量測試前，查閱有機熱載體鍋爐、導(dǎo)熱介質(zhì)以及熱力管道的相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品資料，包括鍋爐的結(jié)構(gòu)參數(shù)、運行參數(shù)以及整個系統(tǒng)流程，鍋爐熱力管道的材質(zhì)、規(guī)格，鍋爐循環(huán)介質(zhì)的物理化學(xué)特性，如密度、比熱、運動粘度及***高使用溫度等，了解導(dǎo)熱介質(zhì)的工作溫度，以確定傳感器的型號。此外，還要對鍋爐現(xiàn)場進行實地勘察，尤其是熱力管道的位置和走向，***后確定介質(zhì)流量測點的位置。

流量測試中，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)熱油工作溫度及鍋爐熱力管道規(guī)格選擇適宜的傳感器及高溫導(dǎo)波器。打開主機選擇測量通道，輸入被測管道的材質(zhì)、外徑、壁厚和粗糙度等，高溫導(dǎo)熱油的密度、溫度、運動粘度及聲速值等相關(guān)參數(shù)，選擇測量物理量、測量單位、聲程數(shù)等參數(shù)。流量計主機通過已設(shè)置的參數(shù)初步計算出傳感器的安裝間距，當(dāng)傳感器安裝之后，再輸入實際的傳感器間距 。為了獲得***佳的聲耦合效果，應(yīng)選用儀器專配的高溫型耦合劑。

正確安裝高溫導(dǎo)波器及傳感器后，對超聲波流量計檢測系統(tǒng)進行反復(fù)調(diào)試，不斷縮小聲速的預(yù)估區(qū)間，直至獲得***大的信號強度。本次鍋爐能效測試時間為 4 h，測得有機熱載體鍋爐導(dǎo)熱介質(zhì)流量為 351575 kg / h。

4.結(jié) 論

有機熱載體鍋爐能效測試時，高溫介質(zhì)流量的測量始終是一個難點。利用高溫超聲波流量計檢測技術(shù)在不切斷工藝管道的條件下，采用高溫導(dǎo)波器配合專用傳感器，可測量 400 ℃ 以內(nèi)高溫介質(zhì)的流量，從而滿足了有機熱載體鍋爐流量測量的高溫要求。結(jié)合以往的流量測量經(jīng)驗，在高溫超聲波流量計的安裝和使用時應(yīng)注意現(xiàn)場安裝環(huán)境、管道材質(zhì)及參數(shù)、傳感器安裝等因素的影響，只有消除各種不利因素，才能提高其測量準(zhǔn)確度。實際應(yīng)用表明，高溫超聲波流量計能夠穩(wěn)定可靠的應(yīng)用于有機熱載體鍋爐高溫介質(zhì)的流量測量。