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超聲波沼氣流量計的應用優勢

作者:江蘇創輝自動化儀表有限公司
沼氣是有機物質在厭氧條件下,經過微生物的發酵作用而生成的多種氣體的混合物,一般含甲烷50%~70%,其余為二氧化碳和少量的氮、氫和硫化氫等。隨著大、中型沼氣發生裝置的不斷發展應用,沼氣已經得到廣泛的應用。沼氣不僅可以直接燃燒用于炊事、照明、供暖,還可以作為內燃機的燃料以及生產甲醇、福爾馬林、四氯化碳等化工原料。目前,有幾種流量監測技術已經在這個領域取得了成功的應用,直接方法包括渦輪流量計、渦街流量計、孔板流量計、勻速管流量計,熱式氣體質量流量計、超聲波氣體流量計,以及光學閃爍相關流量計等。但由于壓力低,含有水汽等因素,這些流量測量技術也存在一些具體應用問題,對測量的穩定性和日常維護帶來麻煩。本文針對沼氣測量方法優異進行比較,對高性價比系列超聲波氣體流量計詳細描述。
 
1.沼氣流量測量的現狀
沼氣流量測量難點在于:流量變動大、含有水汽、粘稠雜質、壓力低。
1.1沼氣常用流量計對比
超聲波流量計與孔板、渦輪、渦街等傳統流量計相比,具有適應性強,操作方便等特點,4種流量計性能對比如表1所示
2.超聲波氣體流量計
超聲波流量計是針對高濕、低壓、低流速、大管徑工業或市政現場狀況開發的一種流量儀表,滿足市政、工業測量需求。通用性強,可單獨工作或接入CEMS系統。
2.1原理
超聲波在流體中的傳播速度與流體流動速度有關,據此,可以實現流量測量。超聲波的發射和接收采用雙探頭方式,可以互換使用或進行雙向收發。
如圖1所示。
兩個超聲波傳感器相向安裝于氣體管道的上下游,上游傳感器向下游傳感器發射超聲波傳輸時間被定義為tl;反過來,下游傳感器向上游傳感器發射超聲波,傳輸時間被定義為t2。這兩個時間的差值可以被用來計算氣體流速。
 
3.沼氣流量測量系統
3.1系統組成
系統組成圖如圖2所示
系統由 控制單元、吹掃風系統、溫度補償(可選)、壓力補償(可選)組成
3.2零點和量程的自動校準
對于超聲波流量計,由于其測量距離和時間等基本量,所以國際上通用的做法是干標定,即檢驗傳感器的安裝角度,插入深度等指標,只要安裝合乎規范,沒有變動,流量計應該是準確的。但對于環保監測儀器,應進行在線零點和量程自動校準,可以通過檢測整個流量計各個組成部分實現在線自動校準。
(1)零點校準
此時只有上游傳感器發射超聲波信號,發射兩組脈沖信號,下游傳感器只接收信號,但電子單元和軟件把這兩組脈沖信號當作上下游傳感器對射所產生的信號,因為這兩組信號都是從上游傳感器發出穿越整個管道,所以沒有時間差電子單元應該得到一個“零流速”,這樣就測試了上游傳感器的發射和下游傳感器的接收性能,以及電子單元和軟件的性能。我們稱之為變通的零點校準。
(2)量程校準
此時只有下游傳感器發射超聲波信號,發射兩組脈沖信號,上游傳感器只接收信號,但電子單元和軟件把這兩組脈沖信號當作上下游傳感器對射所產生的信號,因為這兩組信號都是從下游傳感器發出穿越整個管道,所以沒有時間差,電子單元應該再次得到一個“零流速”,這樣就測試了下游傳感器的發射和上游傳感器的接收性能,以及電子單元和軟件的性能。我們稱之為變通的量程校準
3.3特有優勢
(1)自相關檢波技術
超聲波氣體流量計采用自相關檢波技術,有效克服管道振動和閥門開閉等原因造成的噪音干擾,大大提高了儀表的抗干擾能力,使儀表可以適應工業現場的惡劣條件。
(2)全數字化電子單元
電子單元采用ZUI新的微電子技術和元件,極大地減少了二次儀表的電子元件的數量。采用數字算法程序,使儀表信號處理更準,運算速度更快捷。也增加了二次儀表的抗干擾能力。
(3)先進的傳感器
超聲波傳感器采用耐腐蝕不銹鋼外殼,可以測量工業和市政過程中的各種氣體流量。由于特氟龍全稱為聚四氟乙烯,一般稱作“不粘涂層”;是一種使用氟取代聚乙烯中所有氫原子的人工合成高分子材料。這種材料具有抗酸抗堿、抗各種有機溶劑的特點,幾乎不溶于所有的溶劑。同時,聚四氟乙烯具有耐高溫的特點,它的摩擦系數很低,所以可作潤滑作用之余,亦成為水管內層的理想涂料。因此涂有特氟龍的傳感器表面不易粘附,對于濕氣、臟氣、混合氣體介質有很好的適應性。精選頻率、波束角、和發射功率,可以解決大管徑、低壓、低流速的測量難題。測量時,傳感器表面與過程氣體接觸,對于沼氣采用插入式安裝方式。
(4)低維護、低運行費用
傳感器沒有可造成堵塞或聚集殘留物的部件,沒有被磨損的運動部件,很少日常維護,插入式傳感器通過球閥組件安裝,可以方便地實現在線插拔,方便維護。特殊場合應用可選傳感器空氣/氮氣吹掃裝置,該裝置也可以防止溫度突變對傳感器的影響。傳感器對流體不產生阻礙,從而消除了其他流量計由壓損造成的能量損失和高維護問題,并能承受周期性熱脹冷縮帶來的應力問題。
(5)高精度
穿越管道的線平均流速測量,精度可達到±1%~±2%的讀數,寬量程比可達150:1。對于直管段不足的地方可選擇雙通道X方式布置傳感器,通過兩個通道求和平均,可以提高測量穩定性、準確性,同時儀表具有雙向測量能力。根據用戶需求,附加溫度、壓力測量,計算質量流量。
3.4超聲波沼氣流量計的局限性
傳感器的安裝要求在管道煙囪相對的兩面打孔,傳感器嚴格對中,所以在實際操作中,增加了不少難度,需要在管道兩側搭建平臺:由于傳感器必須上下游安裝,夾角ZUI大60°,所以需要更大空間,這使在直管段本來就不足的地方安裝更加局促。以下現場條件需要仔細考慮管道過大,顆粒物濃度高,含小液滴多,煙氣溫度高。
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