超聲波流量計(jì)在高爐純水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用，文中主要介紹超聲波流量計(jì)的基本特點(diǎn),以及在國(guó)內(nèi)某高爐密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)的熱負(fù)荷測(cè)定中的應(yīng)用。
2 時(shí)差法超聲波流量計(jì)原理
時(shí)差法超聲波流量計(jì),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(gè)傳感器A和B,距 離為L(zhǎng).設(shè)靜止流體中的聲速為c,流體流動(dòng)的速度為υ.當(dāng)超聲波傳播方向與流體方向一致時(shí),超聲波的傳播速度為(c+υ);而當(dāng)超聲波傳播方向與流體流動(dòng) 方向相反時(shí),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(shí)間為t1：
如果超聲波與流速方向成一定的角度設(shè)其為θ,式(9)可以表示為
只要測(cè)出順流和逆流傳播時(shí)間t1和t2就能求出υ,進(jìn)而求出流量。
3 超聲波流量計(jì)的基本特點(diǎn)
此流量計(jì)為便攜式智能化超聲波流量計(jì),一般用于測(cè)量潔凈、單相的液體(液體中不含大的懸浮顆粒或汽泡)。非插入式,安裝快捷,測(cè)量時(shí)不影響流體流動(dòng)。
主要性能指標(biāo)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(fù)性 ±0.0049m/s;
(6)輸出 4~20mA DC或12位數(shù)字信號(hào);RS-232串行接口;接打印機(jī)的6VDC的充電器接口;
(7)人機(jī)接口 19個(gè)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(jì)由探頭及主機(jī)兩部分構(gòu)成,探頭能發(fā)射并接收超聲波信號(hào),回收的信號(hào)與輸入的基本參數(shù)如流質(zhì)、管徑、管壁厚 度及其材質(zhì)一起經(jīng)主機(jī)處理,可以得到瞬時(shí)流量和累計(jì)流量,單位可調(diào)。其它性能還有可實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)及量程調(diào)整,可進(jìn)行上下限報(bào)警,可自檢等。
4 應(yīng)用
首先在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)這套儀器進(jìn)行了試用、標(biāo)定,獲得了測(cè)試經(jīng)驗(yàn),選用了合適的*。然后應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果分析如下:
(1)5-15段冷卻壁本體系熱負(fù)荷為9382.85×104kJ/h,占這些冷卻壁總熱負(fù)荷13443.30×104kJ/h的69.80%。說明本體系承擔(dān)著大部分熱流,由于冷卻管比較靠近爐料及煤氣流,爐內(nèi)的熱流變化能較靈敏地反映在本體系熱負(fù)荷變化上來。
(2)從爐子4個(gè)方向看熱負(fù)荷是不均勻的。
(3)本體系由A、B、C、D四系列供排水,測(cè)得A、D管熱負(fù)荷約占60%,而水流量占51.5%~60.43%之間。計(jì)算S1冷卻壁內(nèi)A、D 管長(zhǎng)2×2132mm,B、C管長(zhǎng)2×1572mm。如圖2,A、D管占4根管總長(zhǎng)的57·56%。若長(zhǎng)度與冷卻表面成正比,在處于同樣的熱流強(qiáng)度 下,A、D管熱負(fù)荷應(yīng)占總熱負(fù)荷的57·56%。本體系中A、D管的熱負(fù)荷較A、C管高,從生產(chǎn)管理和設(shè)計(jì)角度看,水流量應(yīng)高些。
(4)S1、S2段熱流強(qiáng)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(fēng)口及鐵口冷卻,沒計(jì)入,因?yàn)槠錈崃鲝?qiáng)度不大。B2補(bǔ)裝微型冷卻器一個(gè),B3段裝18個(gè),S1段裝了10個(gè),每個(gè)微 型冷卻器承擔(dān)熱負(fù)荷14.44×104kJ/h.
(5)微型冷卻器在B3段已安裝了18個(gè)(截止于測(cè)量時(shí)),共計(jì)熱負(fù)荷為252kJ/h,為B3段總熱負(fù)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(fù)荷由53%左右(根據(jù)S1、B2段本體系熱負(fù)荷內(nèi)插法推算)下降到32.47%,而蛇管、角部管熱負(fù)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(dǎo)熱系數(shù)為鋼鐵的8.5倍,能經(jīng)受熱負(fù)荷的沖擊,有利于渣皮的形成。但今后還應(yīng)考驗(yàn)此類冷卻器的壽 命。
5 經(jīng)驗(yàn)
(1)安裝方式的選擇很重要。安裝不當(dāng),信號(hào)很微弱, 甚至收不到信號(hào)。有3種方式可供選擇:V-method是標(biāo)準(zhǔn)方式,使用方便,測(cè)量更準(zhǔn)確,用于25~400mm的管道,在大管道上使用V-method 需移動(dòng)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(hào)減弱的場(chǎng)合,應(yīng)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(diǎn)間隙,為了做到這一點(diǎn),要選擇合適的耦合劑。一般儀器都配有耦合劑,但在使用時(shí)一定要檢查其是否過期,否則會(huì)影響使用效果,增大測(cè)量誤差。我們選用了科研B超使用的耦合劑效果很好。
6 結(jié)論
利用超聲波流量計(jì)成功地測(cè)得了高爐純水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)的熱負(fù)荷及熱流強(qiáng)度,可為高爐設(shè)計(jì)、高爐熱平衡評(píng)價(jià)、高爐熱管理和冷卻壁維護(hù)操作等提供依據(jù)。
