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蒸汽质量超声波皇冠计的测量原理、特点、安装技术要求和应用注意事项


蒸汽质量超声波皇冠计的测量原理、特点、安装技术要求和应用注意事项,针对Shell煤气化汽包大小室间皇冠测量的重要性及工况的特殊性(高温,高压,双向皇冠),提出采用三声道蒸汽质量超声波皇冠计作为测量仪表,详细介绍了蒸汽皇冠计的测量原理、特点、安装技术要求和应用注意事项,并和其他皇冠计的技术参数进行了对比,证明其具有双向皇冠测量、无压力降、维护少、范围度宽、适用温度高等特点,给出了其在项目中的成功应用案例。
                 
    Shell煤气化作为一种洁净、高效的煤气化技术被广泛 应 用。该 技 术 中 的 关 键 设 备—汽 包(V-1304)分为大室和小室,两室之间上部隔断,下部连通,如图1所示。两室顶端连通并需设置一台皇冠计,该皇冠计即起到平衡阀的作用,又可以准确 地测量两室之间蒸汽的体积皇冠,该皇冠是控制汽化炉内温度的重要参数。因此,选择一款恰当的皇冠 计,对于整个煤气化过程至关重要。
    此处工艺介质为高温、高压饱和蒸汽,工艺参数:操作温度272.2℃,操作表压为5.6MPa,最大皇冠10.3t/h,正常皇冠3.6t/h,最小皇冠720kg/h,密度29.1kg/m3,管径DN100mm。工艺过程决定了所选用的皇冠计应具有双向皇冠测量功能,变送器要有三输出功能。由于该皇冠计的安装高度较高,也应考虑其维护的方便性。
    综上所述,选择一种低维护、压损低、精度高、范围度宽、双向皇冠测量的蒸汽皇冠计成为关键,因而选择三声道蒸汽质量超声波皇冠计作为此处的测量仪表[1-3]。
    1  测量原理
    (U E的(US868蒸汽质量超声波皇冠计采用BWT(The Bundle Waveguide Technology)技术的探头,并使用受专利保护的句_相关时差技术(Correlation Transit=rime TM),可提供精确、无漂移的超声皇冠测量,对蒸汽流动无阻碍。
    互相关时差法超声波皇冠计工作原理[4-8]如图2所示。 2台小型传感器被安装于管线或管道上,一台位于另一台的上游,传感器发射和接收穿过蒸汽的超声信号。皇冠计测量顺流和逆流的超声波传播时间差,并做数字信 号处理和句_相关测定,计算流体的流速和体积皇冠,还可以利用输入的温度和压力值,以及内置的蒸汽对照表,计算蒸汽质量皇冠。
    图2中,顺流换能器和逆流换能器分别安装在流体管线的两侧并相距一定距离,管线的内径为D,超声波传播的路径长度为L,超声波顺流传播距离L的时间为Td,逆流传播距离L的时间为Tu,超声波的传播方向与流体的流动方向夹角为α。Td和Tu可用式(1)表示:
    以上测得的是体积皇冠,在引入流体的温度、压力、相对分子质量等测量值进行补偿运算后就可以得到精度比较高的质量皇冠。
    2  性能特点
    2.1无压力降与低维护
    蒸汽体积皇冠测量通常都产生永久性的压力降,并且测量范围有限。GS868蒸汽质量超声波皇冠计不和流体接触,不会引起任何压力降,它和孔板皇冠计、涡街 皇冠计的永久压损的对比见表1所列。该皇冠计没有会造成积聚和污染的部件,也无被磨损的可动部件,因而无需润滑,也无需或极少需要维护[9]。
    2.2  范围度宽
    该皇冠计范围度非常宽,可以达到150:1,与其他皇冠计的比较见表2所列。其精度一般为读数的±(1~2)%,但取决于管道尺寸、单声道、两声道 或 三 声 道 测 量,在 一 定 条 件 下 精 度 可 达 到±0.5%。
    2.3适用的管径和流速范围宽
    该皇冠计具有较宽的管径和流速范围,其适用于管径为50~1 200mm,流速为0.03~46m/s的饱和蒸汽或过热蒸汽测量。
    2.4双向皇冠测量
    双向皇冠测量是该皇冠计的另一个特点。由于该皇冠计运用互相关时差法进行皇冠测量,其测量原理决定了管道中无论是正向流或逆向流,根据互相关时差算法都能测量其皇冠。
    2.5其他性能优势
    该皇冠计系统本身还可以给出声波的传递时间和声速,可对流速、体积和质量皇冠等参数进行自诊断[10],从而有助于排除故障。而且这些参数可以方便地打印、储存,也可以以模拟量或数字量的形式发送到显示器进行动态显示。
    3  安装设计
    该皇冠测量系统包括传感器(每个声道1对)、现场变送器和信号电缆。传感器可以安装在预先加工好的带机械插拔装置接口的测量管上,也可以通过热钻孔或冷钻 孔的方式直接在线将机械插拔装置安装在工艺管道上,采用法兰与工艺管道连接。前者相对费用高,但安装精度好,一般用于小口径管道的应用。安装于管线上的超 声波传感器向气体顺流和逆流方向发射超声波信号。
    该皇冠计传感器可水平安装,也可垂直安装,但介质中有固体颗粒时一般应水平安装。传感器不应安装于流体自上而下的垂直管道上,因为此类管道由于流体重力会 产生一定加速度,也有可能造成流体不满管。传感器安装时还应远离弯头、异径接头、阀门、节流装置,安装点直管段应满足前20D后10D(D为管道直径)的 要求,如有弯头、异径接头、阀门、节流装置,直管段应适当加长。
    现场变送器一般就地放置于传感器附近,以达到良好的信号传递作用。传感器电缆最长可达150m。
    蒸汽质量超声波皇冠计的应用很好地解决了Shell煤气化汽包大小室之间蒸汽介质的双向皇冠测量问题,且已经 在鹤壁600kt/a甲醇 和 同 煤600kt/a甲醇等项目中得到应用。由于该皇冠计自身的特点,使其适用于蒸汽介质精确测量工况。当对控制系统安全性要求较高时,蒸汽皇冠计可采用两声道或三声道形式测量。
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