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(jī)熱載體鍋爐能效測試中的一個重要測試難點(diǎn)。文章介紹了高溫超聲波流量計的組成及工作特點(diǎn)，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(yàn)和方法。

能源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著我國經(jīng)濟(jì)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(diǎn)任務(wù)，鍋爐作為能源使用大戶，對鍋爐進(jìn)行能效測試，減少能源浪費(fèi)，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(jī)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(yùn)行熱效率。對于有機(jī)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(shí)際運(yùn)行中，由于循環(huán)導(dǎo)熱油介質(zhì)溫度較高，通常達(dá)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(jī)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(qiáng)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(jī)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(hù)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(jī)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(jī)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(jī)、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(jī)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(yàn)，就其上述影響因素進(jìn)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(jìn)行測試前，需要根據(jù)鍋爐管道布置情況進(jìn)行安裝，但實(shí)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(jī)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(shí)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(kuò)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(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)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(jìn)行安裝。

2. 5 其它外界因素

根據(jù)超聲波流量計的運(yùn)行特點(diǎn)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(diǎn):

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(shí)例

對某在用有機(jī)熱載體鍋爐進(jìn)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(yùn)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(jìn)行流量測試前，查閱有機(jī)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(yùn)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(yùn)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(jìn)行實(shí)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(diǎn)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(jī)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(yùn)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(jī)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(shí)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(jìn)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(qiáng)度。本次鍋爐能效測試時間為 4 h，測得有機(jī)熱載體鍋爐導(dǎo)熱介質(zhì)流量為 351575 kg / h。

4.結(jié) 論

有機(jī)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(diǎn)。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(jī)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(yàn)，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(shí)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(jī)熱載體鍋爐高溫介質(zhì)的流量測量。