Az ultrahangos gázáramlás-érzékelők, más néven ultrahangos gázáramlásmérők, fejlett mérési technológiát képviselnek gázközegek (beleértve a földgázt, a sűrített levegőt és a technológiai gázokat) mérésére. Ezek a nem-invazív eszközök ultrahanghullámokat használnak a gázáramlás mérésére anélkül, hogy fizikailag érintkeznének a folyékony közeggel, így kiváló pontosságot és megbízhatóságot biztosítanak különféle ipari alkalmazásokban. Ez az útmutató az ultrahangos gázáramlás-érzékelők működési elveit, szerkezeti felépítését és gyakorlati alkalmazásait vizsgálja.
Az ultrahangos gázáramlás-érzékelő működési elve:
Az ultrahangos gázáramlás-érzékelők lényege a hanghullámok felhasználása a gáz sebességének mérésére. Az elsődleges módszer a tranzit{1}}idő elve, ahol az ultrahangos átalakítók (érzékelők) impulzusokat bocsátanak ki, amelyek a gázáramon keresztül haladnak. Két jelátalakító úgy van elhelyezve, hogy az egyik lefelé (az áramlással együtt), a másik pedig az áramlással szemben (az áramlással szemben) küld jeleket. Az utak közötti időkülönbség (Δt) arányos a gáz sebességével (V), a következő képlettel számítva:
ahol L az út hossza és t0 az átlagos tranzitidő. A térfogatáramot ezután úgy számítjuk ki, hogy megszorozzuk a cső keresztmetszeti területével-. Egy másik változat aDoppler hatás, ahol a hullámok visszaverik a gázban lévő buborékokat vagy részecskéket, a frekvenciaeltolás pedig a szennyeződéseket tartalmazó gázok számára ideális -sebességet jelez. A fejlett modellek nyíróhullámokat alkalmaznak a közvetlen átvitelhez vagy a Lamb-hullámokat, amelyek a cső falát rezonálják, hogy felerősítsék a jeleket alacsony-nyomású vagy csillapító gázokban. A több-útvonalas konfigurációk (például 4 vagy 6 útvonal) átlagosan mérik a csövön keresztül a turbulens vagy aszimmetrikus áramlásokat, javítva ezzel a pontosságot. Ez a diagram szemlélteti atranzit{0}}idő beállítása, amely megmutatja, hogy a felfelé irányuló és a lefelé irányuló jelek hogyan különböznek az áramlástól függően.
Több-csatornás ultrahangos gázáramlás-érzékelő szerkezet
A többcsatornás ultrahangos gázáramlásmérők összetétele főként négy részből áll: az ultrahangos áramlásmérő főteste, a nyomástávadó, az intelligens hőmérséklet-távadó és az áramlásmérő számítógép. Az ultrahangos áramlásmérő főként két fő összetevőből áll: Az egyik a mérőcső szakasz, amely több pár ultrahangos átalakítóval van felszerelve (más néven elsődleges műszer); A másik a jelfeldolgozó egység (SPU) méréssel, pillanatnyi áramlási sebesség kijelzéssel és kommunikációs funkciókkal, amelyet általában másodlagos műszernek neveznek. A következő diagram egy többcsatornás ultrahang blokkvázlatát mutatja be.
áramlásmérő.
A másodlagos műszer közvetlenül csatlakozhat a csővezetékben lévő gáznyomás- és hőmérsékletérzékelőkhöz, és belső jelátalakításon és kompenzációs számításon keresztül kiegészítheti a csővezetékben lévő hőmérséklet és nyomás kompenzációs hatását a gáz térfogatáramára, függetlenül a térfogatáram mérését, anélkül, hogy az áramlási számítógépre támaszkodna. Ezenkívül az intelligens hőmérséklet- és nyomástávadón keresztül a csővezetékben lévő hőmérséklet és nyomás digitális jelei is továbbíthatók az áramlási számítógéphez, hogy kompenzálják a másodlagos műszer által mért pillanatnyi áramlási sebesség és térfogatáram értékeket.
A több-csatornás gáz-ultrahangos áramlásmérő szenzoros része főként a mérőcsővezeték-részre, az áramlásérzékelő szerkezeti elemzése pedig főként a mérőcső csatlakoztatására és az egyes ultrahangos átalakítók telepítési elosztási helyzetére vonatkozik. Az áramlásmérő csővezeték karimás véglapokkal van megtervezve és gyártva, az egyenes szállító csővezetékbe csatlakoztatva. Az Amerikai Gázszövetség által 1998-ban kidolgozott AGA No. 9 "Multi-Channel Ultrasonic Flow Meers for Measuring Natural Gas Flow" című dokumentumban a kutatómunka már rámutatott arra, hogy az aszimmetrikus sebességeloszlás az előfordulási ponttól 50D-ig vagy lefelé is fennáll, és a sebességi profilok a távoli 0D-nél is létezhetnek. a mérővezeték).
Ezért az általános ipari gázáramlás mérési helyeken az áramlásmérő felszerelési helyzeténél figyelembe kell venni az összetett áramlási állapotok hatását az áramlási sebesség mérésére. A GB/T 18604-2023 szabvány szerint a következő ajánlásokat javasoljuk a több-csatornás gáz ultrahangos áramlásmérők beépítési helyzetére: A minimális egyenes csőhossz felfelé 10D, a minimális egyenes csőhossz lefelé pedig 5D. Ez az ajánlás csak akkor állapítható meg, ha a felfelé irányuló feltételek viszonylag ideálisak (például nagyon kicsi örvényintenzitás és enyhén aszimmetrikus sebességeloszlás), és a mérési igények kielégítésének minimális követelményének kell tekinteni. Amint az alábbi ábrán látható, a többcsatornás gáz-ultrahangos áramlásmérőknek figyelembe kell venniük az ultrahanghullámok terjedési hatékonyságát, és a mérővezetékbe beágyazott és telepített ultrahang-átalakítókat kell alkalmazniuk.
Az alábbi ábra egy több-csatornás ultrahangos gázáramlásmérő érzékelő csatornaelrendezésének vázlatos diagramját mutatja, amely szemlélteti a gyűrűs- alakú csővezeték szerkezetét egy négy-csatornás keresztirányú ultrahangos gázáramlásmérővel mérve.
A 4 csatorna rendre különböző áramlási rétegeken van elrendezve, és a csatornák y irányban nézve keresztezik egymást, és z irányban nézve párhuzamosak egymással. A mérővezeték egy 4 csatornás kompozit érzékelőből áll, amelyet 200-250 kHz működési frekvenciájú ultrahang-átalakító párok alkotnak. A cső átmérője D=300 mm, valamint az egyes csatornák és az axiális irány közötti φ szög 60 fok.
A többcsatornás ultrahangos gázáramlás-érzékelő szerkezetének alkalmazási forgatókönyvei{0}
A több-csatornás ultrahangos gázáramlás-érzékelők kulcsfontosságúak a pontos gázmérést igénylő iparágakban:
Olaj- és gázipar: letétkezelés, csővezeték-felügyelet, kompresszorállomások és szivárgásérzékelés földgázrendszerekben.
Vegyi és petrolkémiai: technológiai gázmérés zord környezetben.
Áramtermelés és gyártás: Kibocsátásfigyelés, készletszabályozás és hatékonyságoptimalizálás.
HVAC és közművek: Sűrített levegő és biogáz áramlás az épületekben vagy szennyvízkezelés.
GYIK
K: Milyen gyakran kell az ultrahangos gázáramlás-érzékelőket kalibrálni?
V: Az ultrahangos gázáramlás-érzékelők kezdeti kalibrálást igényelnek az üzembe helyezéskor, az újrakalibrálás általában 2-5 évente javasolt, az alkalmazás kritikusságától függően. Az AGA-9 hét áramlási sebességgel ajánl kalibrálást: 100%, 75%, 50%, 25%, 10%, 5% és 2,5% a maximális áramláshoz, minden egyes vizsgálati pont 90-300 másodperces átlagával. A gyártási eltérések és a csőszerelési különbségek befolyásolhatják a pontosságot, így a kalibrálás elengedhetetlen az optimális teljesítményhez. A jelentős mértékben sodródó mechanikus mérőkkel ellentétben az ultrahangos mérők stabil pontosságot tartanak fenn az idő múlásával, mivel nincsenek mozgó alkatrészeik, így ritkábban kell újrakalibrálni.
K: Mennyi a kezdeti költség a hosszú távú{0}}tulajdonlási összköltséggel szemben?
V: Míg az ultrahangos áramlásmérőkbe történő kezdeti beruházás meghaladhatja a hagyományos mérőórákat, a teljes birtoklási költség gyakran alacsonyabbnak bizonyul a csökkentett karbantartás, a minimális állásidő és a hosszabb élettartam miatt. Egyetlen ultrahangos gázmérő helyettesíthet két párhuzamos turbinás mérőt (kis- és fősínt), csökkentve ezzel az infrastruktúra költségeit. Az ultrahangos mérők kezdeti költségei drágák, de alacsonyabbak az üzembe helyezési költségek, mint egyes alternatívák, a mozgó alkatrészek hiánya miatt minimális karbantartás mellett. Az optimalizált jelérzékelés kiküszöböli a költséges zajcsillapítási infrastruktúrát, és a mérési pontok alacsonyabb karbantartási és javítási költségei ellensúlyozzák a magasabb előzetes befektetést. Nagy-átmérőjű alkalmazásoknál a változatok rögzítése{5}} jelentős telepítési költségmegtakarítást eredményez.
K: Milyen rutin karbantartás szükséges és milyen gyakran?
V: Az ultrahangos gázáramlás-érzékelőket alacsony-karbantartási igényű működésre tervezték, tipikus karbantartással, beleértve a szonda felületének 1-6 hónapos időközönkénti tisztítását, a helyszíni körülményektől függően, az öblítőrendszer és a levegőszűrők ellenőrzését, valamint szükség esetén időnkénti újrakalibrálást. Poros környezetben, például füstgáz-alkalmazásokban a 0,1-0,6 MPa tiszta műszerlevegőt használó, 3-6 l/perc sebességű automatizált tisztítórendszerek tisztán tartják az érzékelőfelületeket, és megakadályozzák a mérési eltolódást. Az érzékelők a helyszínen és nyomás alatt cserélhetők plug-and-play konfigurációval, és a mérőműszer működését nem befolyásolják közvetlenül a csövek falán lévő szennyeződések.
K: Melyek az ultrahangos gázáramlás-érzékelők működési hőmérséklet- és nyomáshatárai?
V: A jelátalakítókat úgy fejlesztették ki, hogy ellenálljanak a -260 F-tól az LNG-mérésnél az erőművi alkalmazásoknál 500-500 F-ig terjedő hőmérsékletnek. A modern érzékelők jellemzően -40-tól +170 fokig (-40 F-tól +338 F-ig) kezelik a szabványos alkalmazásokhoz, a speciális, magas hőmérsékletű változatok pedig 150-550 fok (+302 F-tól +1022 F-fokig). A nyomástartomány 1 bar és 300 bar (14,5 és 4350 psi) között van, az érzékelők 120 vagy 200 kHz szabványos frekvencián működnek. Alacsony nyomású alkalmazásoknál a hangátvitelhez minimális gázsűrűség szükséges, a Lamb wave technológia pedig közel atmoszférikus nyomásig teszi lehetővé a mérést.
