Ultrasonic gasflæðisskynjarar, einnig þekktir sem ultrasonic gasflæðismælar, tákna háþróaða mælitækni fyrir gasmiðla (þar á meðal jarðgas, þjappað loft og vinnslulofttegundir). Þessi ó-ífarandi tæki nota úthljóðsbylgjur til að mæla gasflæði án líkamlegrar snertingar við vökvamiðilinn, sem veitir framúrskarandi nákvæmni og áreiðanleika í ýmsum iðnaði. Þessi handbók kannar vinnureglur, byggingarhönnun og hagnýt notkun ultrasonic gasflæðisskynjara.
Vinnureglur Ultrasonic gasflæðiskynjara:
Kjarni ultrasonic gasflæðisskynjara er notkun hljóðbylgna til að mæla gashraða. Aðalaðferðin er flutnings-tímareglan, þar sem úthljóðsskynjarar (skynjarar) gefa frá sér púls sem ferðast í gegnum gasstrauminn. Tveir umbreytar eru staðsettir þannig að annar sendir merki niðurstreymis (með flæðinu) og hinn sendir merki uppstreymis (gegn flæði). Tímamunurinn (Δt) milli þessara leiða er í réttu hlutfalli við gashraðann (V), reiknaður með eftirfarandi formúlu:
þar sem L er leiðarlengd og t0 er meðalflutningstími. Rúmmálsrennsli er síðan reiknað út með því að margfalda með þversniðsflatarmáli pípunnar. Annað afbrigði erDoppler áhrif, þar sem bylgjur endurkasta loftbólum eða ögnum í gasinu og tíðnibreytingin gefur til kynna hraða-tilvalinn fyrir lofttegundir sem innihalda óhreinindi. Háþróuð líkön nota skúfbylgjur fyrir beina sendingu eða lambbylgjur, sem valda því að pípuveggurinn endurómar til að magna merki í lágum-þrýstingi eða dempandi lofttegundum. Margar-leiðarstillingar (eins og 4 eða 6 brautir) meðaltalsmælingar yfir pípuna til að takast á við ókyrrð eða ósamhverft flæði, sem bætir nákvæmni. Þessi skýringarmynd sýnirsamgöngutíma-uppsetning, sem sýnir hvernig andstreymis og niðurstreymismerki eru mismunandi eftir flæði.
Uppbygging fjöl-úthljóðs gasflæðisskynjara
Samsetning margra-úthljóðsflæðismæla fyrir gas inniheldur aðallega fjóra hluta: meginhluta úthljóðsflæðismælis, þrýstisendir, greindur hitasendir og flæðitölva. Úthljóðsrennslismælirinn er aðallega samsettur úr tveimur helstu hlutum: Einn er mælingarpípuhlutinn búinn mörgum pörum af úthljóðsbreytum (einnig þekktur sem aðal tækið); Hin er merkjavinnslueiningin (SPU) með mælingum, tafarlausum flæðihraðaskjá og samskiptaaðgerðum, sem almennt er nefnt aukahljóðfæri. Eftirfarandi skýringarmynd sýnir blokkskýringarmynd af fjöl-úthljóðstæki
flæðimælir.
Auka tækið getur beint tengst gasþrýstings- og hitaskynjara í leiðslunni, og með innri merkjabreytingu og bótaútreikningi, lokið bótaáhrifum hitastigs og þrýstings í leiðslunni á rúmmálsflæði gassins, sjálfstætt að ljúka mælingu á rúmmálsflæðishraða án þess að treysta á flæðistölvuna. Að auki, með snjöllum hitasendi og þrýstisendi, er einnig hægt að senda stafræn merki um hitastig og þrýsting í leiðslunni til flæðistölvunnar til að bæta upp fyrir tafarlausan flæðihraða og rúmmálsflæðisgildi sem mæld eru af aukatækinu.
Skynjarhluti fjöl-rása gasúthljóðsflæðismælisins vísar aðallega til mælingarleiðsluhlutans og burðargreining flæðiskynjarans vísar aðallega til tengingar mælileiðslunnar og uppsetningardreifingarstaða hvers úthljóðsmælis. Rennslismælingarleiðslan er hönnuð og framleidd með flansendahliðum, tengdum í beinni flutningsleiðslu. Í AGA No. 9 skjalinu „Multi-Channel Ultrasonic Flow Meters for Measuring Natural Gas Flow“, sem American Gas Association mótaði árið 1998, hafa rannsóknir þegar bent á að ósamhverf dreifing hraða er viðvarandi frá þeim stað þar sem hann gerist upp í 50D eða niðurstreymis, og hraðasnið 20 í fjær eða D er hægt að vera til við 20 þvermál mælingarleiðslunnar).
Þess vegna, á almennum iðnaðargasflæðismælingum, verður uppsetningarstaða flæðimælisins að taka tillit til áhrifa flókinna flæðisástanda á flæðishraðamælingu. Samkvæmt GB/T 18604-2023 staðlinum eru eftirfarandi ráðleggingar lagðar til fyrir uppsetningarstöðu fjöl-rása gasúthljóðsflæðismæla: Lágmarkslengd beinnar pípa andstreymis er 10D og lágmarkslengd beinnar pípa niðurstreymis er 5D. Þessum tilmælum er aðeins hægt að koma á framfæri þegar andstreymisskilyrðin eru tiltölulega ákjósanleg (svo sem mjög lítill hvirfilstyrkur og örlítið ósamhverf hraðadreifing), og ætti að líta á þær sem lágmarkskrafa til að mæta mælingarþörf. Eins og sýnt er á myndinni hér að neðan, þurfa multi-rás gas ultrasonic flæðimælir að íhuga útbreiðslu skilvirkni úthljóðsbylgna, samþykkja ultrasonic transducers innbyggða og uppsetta á mælingarleiðslunni.
Myndin hér að neðan sýnir skýringarmynd af rásarskipulagi fjöl-rása úthljóðs gasflæðismælis skynjara, sem sýnir hringlaga-laga leiðslubyggingu sem mæld er með fjögurra-rása þverhljóðs gasflæðismæli.
Rásunum 4 er hver um sig raðað á mismunandi flæðislög og rásirnar þvera hvor aðra þegar þær eru skoðaðar í y átt og eru samsíða hver annarri þegar þær eru skoðaðar í z átt. Mælileiðslan samanstendur af samsettum skynjara með 4 rásum sem myndast af pörum af úthljóðsbreytum með 200-250 kHz rekstrartíðni. Þvermál rörsins D=300 mm og hornið φ á milli hverrar rásar og ásstefnunnar er 60 gráður.
Notkunarsviðsmyndir fyrir fjöl-rása ultrasonic gasflæðisskynjara uppbyggingu
Fjöl-rása úthljóðs gasflæðisskynjarar eru mikilvægir í atvinnugreinum sem krefjast nákvæmrar gasmælingar:
Olíu- og gasiðnaður: Vörsluflutningur, eftirlit með leiðslum, þjöppustöðvar og lekaleit í jarðgaskerfum.
Efna- og jarðolíuefnafræði: Mæling á gasi í vinnslu í erfiðu umhverfi.
Orkuframleiðsla og framleiðsla: Vöktun á losun, birgðaeftirlit og hagræðing.
Loftræstikerfi og veitur: Þjappað loft og lífgasflæði í byggingum eða meðhöndlun skólps.
Algengar spurningar
Sp.: Hversu oft þurfa ultrasonic gasflæðisskynjarar að kvarða?
A: Úthljóðs gasflæðisskynjarar þurfa fyrstu kvörðun við gangsetningu, með endurkvörðun venjulega mælt á 2-5 ára fresti, allt eftir mikilvægi notkunar. Fyrir umsóknir um vörsluflutning mælir AGA-9 með kvörðun við sjö flæðishraða: 100%, 75%, 50%, 25%, 10%, 5% og 2,5% af hámarksflæði, með hverjum prófunarpunkti að meðaltali yfir 90-300 sekúndur. Framleiðsluafbrigði og munur á uppsetningu lagna getur haft áhrif á nákvæmni, sem gerir kvörðun nauðsynleg fyrir bestu frammistöðu. Ólíkt vélrænum mælum sem reka verulega, halda úthljóðsmælar stöðugri nákvæmni með tímanum vegna þess að þeir hafa enga hreyfanlega hluta, sem gerir kleift að fá sjaldnar endurkvörðunarbil.
Sp.: Hver er upphafskostnaður á móti langtíma-heildarkostnaði við eignarhald?
A: Þó að upphafleg fjárfesting í úthljóðsrennslismælum geti farið yfir hefðbundna mæla, reynist heildarkostnaður við eignarhald oft lægri vegna minna viðhalds, lágmarks niður í miðbæ og lengri endingartíma. Einn ultrasonic gasmælir getur komið í stað tveggja samhliða hverflamæla (smáhleðslu og aðalhleðslubrautir), sem dregur úr kostnaði við innviði. Ultrasonic mælar hafa dýran upphafskostnað en lægri uppsetningarkostnað en sumir valkostir, með lágmarks viðhaldi vegna enga hreyfanlegra hluta. Bjartsýni merkjagreiningin útilokar dýran hávaðadempunarinnviði og minni viðhalds- og viðgerðarkostnaður á mælistöðum vega upp á móti hærri fyrirframfjárfestingu. Fyrir forrit með stórum-þvermáli, veita klemmu-útgáfur verulegan sparnað í uppsetningarkostnaði.
Sp.: Hvaða reglubundið viðhald er krafist og hversu oft?
A: Úthljóðsgasflæðisskynjarar eru hannaðir fyrir lítið-viðhald, með dæmigerðu viðhaldi, þar á meðal að þrífa rannsakaandlitið með 1-6 mánaða millibili eftir aðstæðum á staðnum, athuga hreinsunarkerfi og loftsíur og einstaka endurkvörðun ef þörf krefur. Í rykugum umhverfi eins og útblásturslofti, halda sjálfvirk hreinsunarkerfi sem nota 0,1-0,6 MPa hreint hljóðfæri við 3-6 l/mín. skynjara andlitum hreinum og koma í veg fyrir mælingar. Hægt er að skipta um skynjara á staðnum og undir þrýstingi með því að nota „plug-and-play“ stillingar og notkun mælisins hefur ekki bein áhrif á óhreinindi á pípuveggjum.
Sp.: Hver eru rekstrarhitastig og þrýstingsmörk fyrir ultrasonic gasflæðisskynjara?
A: Sendarar hafa verið þróaðir til að standast hitastig frá -260 gráður F fyrir LNG-mælingu til 500 gráður F fyrir virkjunarnotkun. Nútíma skynjarar höndla venjulega -40 gráður til +170 gráður (-40 gráður F til +338 gráður F) fyrir venjuleg forrit, með sérhæfðum háhitaútgáfum sem geta verið 150 gráður til 550 gráður (+302 gráður F til +1022 gráður F). Þrýstisvið nær frá 1 bar til 300 bör (14,5 til 4350 psi), með skynjara sem starfa á stöðluðum tíðni 120 eða 200 kHz. Fyrir lágþrýstingsnotkun krefst hljóðflutnings lágmarks gasþéttleika og Lamb-bylgjutækni gerir kleift að mæla niður í nálægt andrúmsloftsþrýstingi.
