超聲波流量計在高爐純水密閉循環冷卻系統中的應用，文中主要介紹超聲波流量計的基本特點,以及在國內某高爐密閉循環冷卻系統的熱負荷測定中的應用。
2 時差法超聲波流量計原理
時差法超聲波流量計,其原理如下:超聲在流體中的傳波速度受流體流速的影響。在管道的上下游安裝兩個傳感器A和B,距 離為L.設靜止流體中的聲速為c,流體流動的速度為υ.當超聲波傳播方向與流體方向一致時,超聲波的傳播速度為(c+υ);而當超聲波傳播方向與流體流動 方向相反時,超聲波的傳播速度為(c-υ)。順流方向傳播的超聲波從A到B所需時間為t1：
如果超聲波與流速方向成一定的角度設其為θ,式(9)可以表示為
只要測出順流和逆流傳播時間t1和t2就能求出υ,進而求出流量。
3 超聲波流量計的基本特點
此流量計為便攜式智能化超聲波流量計,一般用于測量潔凈、單相的液體(液體中不含大的懸浮顆?；蚱?。非插入式,安裝快捷,測量時不影響流體流動。
主要性能指標如下:
(1)流體速度 0~15 m/s;
(2)管徑 25~3000mm;
(3)精度 ±0.0152m/s;
(4)線性度 刻度的0.1%;
(5)重復性 ±0.0049m/s;
(6)輸出 4~20mA DC或12位數字信號;RS-232串行接口;接打印機的6VDC的充電器接口;
(7)人機接口 19個輕觸鍵,帶背景燈的液晶顯示屏;
(8)安裝要求 流體充滿管道,前后各有10D和5D的直管段;
(9)安裝方式 V,W或Z式。如圖1所示。
超聲波流量計由探頭及主機兩部分構成,探頭能發射并接收超聲波信號,回收的信號與輸入的基本參數如流質、管徑、管壁厚 度及其材質一起經主機處理,可以得到瞬時流量和累計流量,單位可調。其它性能還有可實現零點及量程調整,可進行上下限報警,可自檢等。
4 應用
首先在實驗室里對這套儀器進行了試用、標定,獲得了測試經驗,選用了合適的*。然后應用到現場測試。測試結果分析如下:
(1)5-15段冷卻壁本體系熱負荷為9382.85×104kJ/h,占這些冷卻壁總熱負荷13443.30×104kJ/h的69.80%。說明本體系承擔著大部分熱流,由于冷卻管比較靠近爐料及煤氣流,爐內的熱流變化能較靈敏地反映在本體系熱負荷變化上來。
(2)從爐子4個方向看熱負荷是不均勻的。
(3)本體系由A、B、C、D四系列供排水,測得A、D管熱負荷約占60%,而水流量占51.5%~60.43%之間。計算S1冷卻壁內A、D 管長2×2132mm,B、C管長2×1572mm。如圖2,A、D管占4根管總長的57·56%。若長度與冷卻表面成正比,在處于同樣的熱流強度 下,A、D管熱負荷應占總熱負荷的57·56%。本體系中A、D管的熱負荷較A、C管高,從生產管理和設計角度看,水流量應高些。
(4)S1、S2段熱流強度*高,其次是S3、S4、S5、B3段,再其次是B1、B2及 R1、R2、R3段,Г段及H5段上有風口及鐵口冷卻,沒計入,因為其熱流強度不大。B2補裝微型冷卻器一個,B3段裝18個,S1段裝了10個,每個微 型冷卻器承擔熱負荷14.44×104kJ/h.
(5)微型冷卻器在B3段已安裝了18個(截止于測量時),共計熱負荷為252kJ/h,為B3段總熱負荷(1234.31kJ/h)的20.42%。微 型冷卻器的安裝使用使B3本體系的熱負荷由53%左右(根據S1、B2段本體系熱負荷內插法推算)下降到32.47%,而蛇管、角部管熱負荷比例略有升 高。銅制微型冷卻器圓斷面直徑僅110mm,但由于銅導熱系數為鋼鐵的8.5倍,能經受熱負荷的沖擊,有利于渣皮的形成。但今后還應考驗此類冷卻器的壽 命。
5 經驗
(1)安裝方式的選擇很重要。安裝不當,信號很微弱, 甚至收不到信號。有3種方式可供選擇:V-method是標準方式,使用方便,測量更準確,用于25~400mm的管道,在大管道上使用V-method 需移動傳感器以滿足間隔的需要。如果液體中含有汽泡、固體顆粒、管道的襯套粗劣或積有厚水垢等使超聲波信號減弱的場合,應選擇Z-method.另 外,Z-method還可用于大管道上。而W-method用于小于50mm的管道上。
(2)傳感器與管道之間必須緊密貼合,不能有一點間隙,為了做到這一點,要選擇合適的耦合劑。一般儀器都配有耦合劑,但在使用時一定要檢查其是否過期,否則會影響使用效果,增大測量誤差。我們選用了科研B超使用的耦合劑效果很好。
6 結論
利用超聲波流量計成功地測得了高爐純水密閉循環冷卻系統的熱負荷及熱流強度,可為高爐設計、高爐熱平衡評價、高爐熱管理和冷卻壁維護操作等提供依據。
