Ultraheli gaasivooluandurid, tuntud ka kui ultraheli gaasivoolumõõturid, esindavad gaasikeskkonna (sh maagaas, suruõhk ja protsessigaasid) täiustatud mõõtmistehnoloogiat. Need mitteinvasiivsed seadmed kasutavad ultrahelilaineid, et mõõta gaasivoolu ilma vedela keskkonnaga füüsiliselt kokku puutumata, pakkudes suurepärast täpsust ja töökindlust erinevates tööstuslikes rakendustes. Selles juhendis käsitletakse ultraheligaasivooluandurite tööpõhimõtteid, konstruktsiooni ja praktilisi rakendusi.
Ultraheli gaasivooluanduri tööpõhimõte:
Ultraheli gaasivooluandurite tuumaks on helilainete kasutamine gaasi kiiruse mõõtmiseks. Peamine meetod on transiidi-aja põhimõte, mille puhul ultraheliandurid (andurid) väljastavad impulsse, mis liiguvad läbi gaasivoo. Kaks andurit on paigutatud nii, et üks saadab signaale allavoolu (koos vooluga) ja teine saadab signaale ülesvoolu (vastuvoolu). Ajavahe (Δt) nende radade vahel on võrdeline gaasi kiirusega (V), mis arvutatakse järgmise valemi abil:
kus L on tee pikkus ja t0 on keskmine transiidiaeg. Seejärel arvutatakse mahuline voolukiirus, korrutades selle toru ristlõikepindalaga. Teine variant onDoppleri efekt, kus lained peegelduvad gaasi mullide või osakeste eest ja sageduse nihe näitab kiirust,{0}}mis on ideaalne lisandeid sisaldavate gaaside jaoks. Täiustatud mudelid kasutavad otseseks ülekandeks nihkelaineid või lambi laineid, mis põhjustavad toru seina resonantsi, et võimendada signaale madala rõhuga või summutavates gaasides. Mitme -tee konfiguratsioonid (nt 4 või 6 rada) võtavad keskmised mõõtmised läbi toru, et käsitleda turbulentseid või asümmeetrilisi voolusid, mis parandavad täpsust. See diagramm illustreeribtranspordi{0}}aja seadistamine, mis näitab, kuidas üles- ja allavoolu signaalid voo alusel erinevad.
Mitme kanaliga ultraheli gaasivooluanduri struktuur
Mitme kanaliga gaasi ultraheli voolumõõturid koosnevad peamiselt neljast osast: ultraheli voolumõõturi põhikorpus, rõhuandur, intelligentne temperatuuriandur ja vooluarvuti. Ultraheli voolumõõtur koosneb peamiselt kahest põhikomponendist: üks on mõõtetoru osa, mis on varustatud mitme paari ultrahelianduriga (tuntud ka kui esmane instrument); Teine on signaalitöötlusüksus (SPU) mõõtmise, hetkelise voolukiiruse kuva ja sidefunktsioonidega, mida tavaliselt nimetatakse sekundaarseks instrumendiks. Järgmisel diagrammil on kujutatud mitme kanaliga ultraheli plokkskeem
voolumõõtur.
Sekundaarne seade saab otse ühendada torujuhtmes olevate gaasirõhu- ja temperatuurianduritega ning sisemise signaali muundamise ja kompensatsiooni arvutamise kaudu täiendada torujuhtme temperatuuri ja rõhu kompenseerivat mõju gaasi mahulise voolukiirusele, viies iseseisvalt lõpule mahulise voolukiiruse mõõtmise ilma vooluarvutile tuginemata. Lisaks saab intelligentse temperatuurianduri ja rõhuanduri kaudu edastada torujuhtme temperatuuri ja rõhu digitaalseid signaale ka vooluarvutisse, et kompenseerida sekundaarse instrumendi poolt mõõdetud hetkelise voolukiiruse ja mahulise voolukiiruse väärtusi.
Mitme kanaliga gaasi ultraheli voolumõõturi anduriosa viitab peamiselt mõõtetorustiku osale ja vooluanduri struktuurianalüüs viitab peamiselt mõõtetorustiku ühendamisele ja iga ultrahelianduri paigaldusjaotuspositsioonidele. Voolumõõtetorustik on projekteeritud ja toodetud ääriku otspindadega, mis on ühendatud sirge ülekandetorustikuga. AGA nr. 9 dokumendis "Multi-Channel Ultrasonic Flowmeters for Measuring Natural Gas Flow" (Multi-Channel Ultrasonic Flowmeters for Measuring Natural Gas Flow), mille koostas Ameerika Gaasiühendus 1998. aastal, on uurimistöö juba juhtinud tähelepanu sellele, et asümmeetriline kiiruse jaotus püsib esinemiskohast kuni 50D või allavoolu ning kiirusprofiilid D võivad esineda ka kaugemal2 mõõtetorustikust).
Seetõttu tuleb üldistes tööstuslikes gaasivoolu mõõtmiskohtades voolumõõturi paigaldusasendis arvestada keeruliste vooluolekute mõju voolukiiruse mõõtmisele. Vastavalt GB/T 18604-2023 standardile on mitme kanaliga gaasi ultrahelivoolumõõturite paigaldusasendiks pakutud järgmised soovitused: minimaalne sirge toru pikkus ülesvoolu on 10D ja minimaalne sirge toru pikkus allavoolu on 5D. Selle soovituse saab kehtestada ainult siis, kui ülesvoolu tingimused on suhteliselt ideaalsed (nagu väga väike keerise intensiivsus ja kergelt asümmeetriline kiiruse jaotus) ning seda tuleks pidada mõõtmisvajaduste täitmiseks minimaalseks nõudeks. Nagu on näidatud alloleval joonisel, peavad mitme kanaliga gaasi ultraheli voolumõõturid arvestama ultrahelilainete levimise efektiivsusega, võttes kasutusele ultraheliandurid, mis on manustatud ja paigaldatud mõõtetorustikule.
Alloleval joonisel on skemaatiline diagramm kanalite paigutusest mitme-kanaliga ultraheligaasi voolumõõturi anduri jaoks, mis illustreerib rõngakujulist-torustiku struktuuri, mõõdetuna nelja-kanaliga risti ultraheligaasi voolumõõturiga.
4 kanalit on vastavalt paigutatud erinevatele voolukihtidele ning kanalid ristuvad y-suunas vaadatuna ja on z-suunas vaadates üksteisega paralleelsed. Mõõtetorustik koosneb 4 kanaliga komposiitandurist, mille moodustavad 200-250 kHz töösagedusega ultraheliandurite paarid. Toru läbimõõt D=300 mm ja nurk φ iga kanali ja teljesuunalise suuna vahel on 60 kraadi.
Mitme{0}}kanalilise ultraheligaasivooluanduri struktuuri rakendusstsenaariumid
Mitme kanaliga ultraheligaasivooluandurid on üliolulised tööstusharudes, mis nõuavad täpset gaasimõõtmist.
Nafta- ja gaasitööstus: hoiuüleandmine, torujuhtmete seire, kompressorijaamad ja lekete tuvastamine maagaasisüsteemides.
Keemia ja naftakeemia: protsessi gaasi mõõtmine karmides keskkondades.
Elektrienergia tootmine ja tootmine: heitkoguste jälgimine, varude kontroll ja tõhususe optimeerimine.
HVAC ja kommunaalteenused: suruõhu ja biogaasi vool hoonetes või reoveepuhastus.
KKK
K: Kui sageli vajavad ultraheli gaasivoolu andurid kalibreerimist?
V: Ultraheli gaasivoolu andurid vajavad kasutuselevõtul esmast kalibreerimist, mida soovitatakse tavaliselt iga 2–5 aasta tagant uuesti kalibreerida, sõltuvalt rakenduse kriitilisusest. Haldusõiguse ülekandmise rakenduste puhul soovitab AGA-9 kalibreerida seitsme voolukiirusega: 100%, 75%, 50%, 25%, 10%, 5% ja 2,5% maksimaalsest voolust, kusjuures iga katsepunkt on keskmiselt 90–300 sekundit. Tootmise erinevused ja torustike paigaldamise erinevused võivad mõjutada täpsust, mistõttu on kalibreerimine optimaalse jõudluse jaoks hädavajalik. Erinevalt mehaanilistest arvestitest, mis triivivad oluliselt, säilitavad ultrahelimõõturid aja jooksul stabiilse täpsuse, kuna neil puuduvad liikuvad osad, mis võimaldab harvemaid ümberkalibreerimisintervalle.
K: Mis on esialgne kulu{0}}pikas perspektiivis omamise kogukulu suhtes?
V: Kuigi esialgne investeering ultraheli voolumõõturitesse võib ületada traditsioonilisi arvestiid, osutub omamise kogukulu sageli väiksemaks hoolduse vähenemise, minimaalse seisakuaja ja pikema kasutusea tõttu. Üks ultraheligaasimõõtur võib asendada kaks paralleelset turbiinmõõturit (väike- ja põhikoormusrööpad), vähendades infrastruktuurikulusid. Ultrahelimõõturitel on kallid algkulud, kuid madalamad seadistamiskulud kui mõnel alternatiivil, kuna liikuvate osade puudumise tõttu on hooldus minimaalne. Optimeeritud signaalituvastus välistab kalli mürasummutamise infrastruktuuri ning väiksemad hooldus- ja remondikulud mõõtepunktides kompenseerivad suuremad esialgsed investeeringud. Suure-läbimõõduga rakenduste puhul võimaldab kinnitus{5}}versioonide paigaldamine märkimisväärselt kokku hoida.
K: Millist rutiinset hooldust on vaja ja kui sageli?
V: Ultraheli gaasivooluandurid on ette nähtud vähese-hooldusega tööks, kusjuures tüüpiline hooldus hõlmab sondi esiosa puhastamist 1-6-kuuliste intervallidega, olenevalt saidi tingimustest, puhastussüsteemi ja õhufiltrite kontrollimist ning vajaduse korral aeg-ajalt uuesti kalibreerimist. Tolmustes keskkondades, nagu suitsugaaside rakendused, hoiavad automaatsed puhastussüsteemid, mis kasutavad 0,1-0,6 MPa puhast instrumendiõhku kiirusel 3-6 l/min, anduri pinnad puhtad ja hoiavad ära mõõtmiste triivi. Andureid saab vahetada kohapeal ja rõhu all, kasutades plug-and-play konfiguratsiooni ning arvesti tööd ei mõjuta otseselt toruseintel olevad lisandid.
K: Millised on ultraheli gaasivooluandurite töötemperatuuri ja rõhu piirangud?
V: Andurid on välja töötatud taluma temperatuure alates -260 kraadi F LNG mõõtmisel kuni 500 kraadi F elektrijaama rakendustes. Kaasaegsed andurid töötlevad tavaliste rakenduste puhul tavaliselt -40 kraadi kuni +170 kraadi (-40 kraadi F kuni +338 kraadi F), spetsialiseeritud kõrge temperatuuriga versioonid suudavad 150 kuni 550 kraadi (+302 kraadi F kuni +1022 kraadi F). Rõhuvahemikud ulatuvad 1 baarist 300 baarini (14,5 kuni 4350 psi), andurid töötavad standardsagedustel 120 või 200 kHz. Madala rõhuga rakenduste puhul nõuab heli edastamine minimaalset gaasitihedust ja Lambi lainetehnoloogia võimaldab mõõta kuni atmosfäärirõhuni.
