以上測量所得的是流體的體積流量,在引入流體的溫度,壓力,相對分子質量等測量值進行補償運算后就可以得到比較高精度的流體質量流量。
運用超聲波時差法原理,在測量得到順流、逆流聲波傳播時間平均值的情況下可以進一步根據“平均傳播時間=聲程/聲速”的原理,計算得出聲波在介質中傳播速度,即聲速。由于固定介質在已知溫度和已知壓力情況下聲速是保持不變的物理量,因此聲速的測量可以推算出流體內介質的組成成分及分子量數據。
4 火炬氣超聲波流量計的性能
GESensing公司的GF868火炬氣流量采用超聲波時差法的原理對火炬氣類介質流量進行測量。它秉承了超聲波流量測量的優勢,具有高精度、快速響應、高可靠性、寬量程比等特點;利用相互時差技術,結合數字信號處理,具有相對分子質量測量功能。還可以對氣體的實際聲速進行二次測量,在測得氣體聲速后,再通過流量計電子設備中內設的一項獲得的算法計算后,就可以通過聲速、壓力和溫度測量出氣體的平均相對分子質量。相較于傳統思路利用色譜分析儀進行氣體組分分析而得出氣體平均相對分子質量的方法,盡管GF868火炬氣超聲波流量計在平均相對分子質量分析上無法達到色譜分析儀的精度,但在酸性氣和燃料氣測量控制領域上做定性判斷已經足夠。這樣只用1臺超聲波流量計就可結合流量測量和相對分子質量測量的功能,粗略推算出氣體組分的大概變化。
GF868火炬氣超聲波流量計在選用BWT技術的探頭并加緩沖棒系統后,可以使用于-190~450℃的氣體環境,具有抗高速流體產生沖擊的能力,zui高可以適用10MPa的工作壓力,還有很高的抗腐蝕能力,適用于酸性氣測量環境。
正常運行情況下,火炬氣超聲波流量計可以測量0.1~0.5m/s的低流速流體,情況下滿足zui低流速0.03m/s的測量。當出現“擾動”時,火炬氣超聲波流量計可測量高達80m/s的高流速流體,并且滿足雙向流體的要求。GF868火炬氣超聲波流量計采用插入式探頭,可以滿足工藝管線直徑從76mm~3m的變化,具有較寬的工作范圍,其量程比高達2750∶1,1臺GF868就可滿足所能遇到的絕大多數工況的流量測量。
該流量計可以配置1對或2對測量探頭。單對聲道測量時,當流速在±0.3~±85m/s之間,流量測量精度滿足讀數的±2%~5%。雙對聲道測量時,當流速在±0.3~±85m/s之間,流量測量精度滿足讀數的±1.4%~3.5%。測量相對分子質量時,測量精度滿足±1.8%。
綜上所述,GF868火炬氣超聲波流量計滿足測量變組分大量程比腐蝕性有毒氣體流量的要求,是硫磺回收裝置中酸性氣和燃料氣流量測量的*選擇。
5 火炬氣超聲波流量計的安裝設計
GF868火炬氣超聲波流量測量系統包括一對傳感器(每個通道一對),前置放大器和1臺現場變送器。
GF868火炬氣超聲波流量計的傳感器分為T1型(鈦傳感器外殼與不銹鋼管緊固聯接而成)和T2(鈦傳感器外殼與鈦管焊接而成)兩類。其材料可以選擇鈦、Hasloy,Monel和316不銹鋼。傳感器可以安裝在預先加工好的帶機械插拔裝置接口的測量管上。也可以通過熱鉆孔或冷鉆孔的方式直接在線將機械插拔裝置安裝在工藝管道上,與工藝管道的連接為法蘭。前者相對費用高但安裝精度好,一般用于小口徑管道的應用。安裝于管線上的超聲波傳感器向氣體順流和逆流發射超聲波信號。每一個傳感器都能發射和接收超聲波信號。
考慮到管路中流體可能存在的固體顆粒分布,傳感器一般應水平安裝。選擇測量管路時應該盡量避免選用流體自上向下流動的豎直管線。傳感器安裝位置應遠離彎頭、變徑、閥門、節流裝置,安裝點直管段的要求滿足前20D后10D(D為管線直徑),如有閥門、泵、變徑、節流裝置等,直管段應適當再加長。
防爆型前置放大器一般要求就地放于傳感器附近,以達到良好的信號傳遞功能。傳感器電纜zui大長度可以達到300m。在現場惡劣的條件下,可以集中將變送器放于室內。如將變送器機箱放于室外時可以選擇鋁加環氧樹脂涂層或不銹鋼的防爆外殼。
GF868火炬氣超聲波流量計的變送器內置流量計算機,存儲器(線性或循環)可記錄超過4.3×105個流量數據點。內置改進的分子量算法,基于溫度和壓力修正聲速,具有較強的計算校正功能。變送器部分能夠地測量聲波在兩個傳感器之間傳播所用的時間,分別測量順流方向和逆流方向超聲波傳播所需的時間。流速越高,順流和逆流傳播時間之間的測量差值(即時間差)就越大。實際體積流量是流速和管道內橫截面積的乘積。通過外置變送器輸入的氣體溫度和壓力信號,就可以計算出標準體積流量。再通過流量計本身測量出的氣體平均相對分子質量,還能計算出流體的質量流量。變送器有2個獨立設置的64×128像素LCD圖像顯示器,以數字或圖形方式顯示流量數據,也可顯示記錄的數據及診斷值。變送器通過39鍵觸覺反饋膜鍵盤設定實時計算流速,即時平均分子量,質量流量及其他流量參數。還可同時處理其他工作,諸如設定、記錄、校準以及數據輸出和自診斷。
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