超声波流量计在制盐生产中的应用

    超声波流量计具有近30a的发展历史，特别是近几年发展较快，由于其具有安装简单、操作方便、通用性好，采用先进的计算机软件、自动修正流场分布变化造成的误差、消除噪声影响并稳定输出、几乎不需维护等特点，广泛应用于水电、石油、化工、采矿、冶金、供水等部门的流量测量。

    1 基本原理及测量方法

    超声波测量的原理，主要是由于超声波在静止介质中的传播速度与流动流体中的传播速度不同，即超声波传播速度与流体的流速有关，因而可以通过测量声波在介质中的传播速度的方法求出流速，进而即可求出流量。设声波在静止流体中的传播速度为c，流体的流速为υ，传播距离为L，如图1所示。

图1 超声波测速原理

    当换能器T₁、T₂发出声波时，经t₁，t₂时间后，接收器R₁，R₂分别接收到声波，其关系如下。

        （1）

        （2）

    由于工业管道中流速远较声速小，即c>>υ，因此两者的时差为

        （3）

    当声波在流体中的传播速度已知时，测出时差便可以求出流速，进而求出流量。这种测量方法为时差法。此外，还有相位差法、频率差法、声束偏移法、多普勒效应法等。

    2 应用

    某化工股份有限公司主要产品是盐，原先由采输卤车间至卤水处理的卤水流量及经卤水处理至制盐车间的精卤流量，均采用普通水表计量。由于腐蚀太大，水表叶轮经常坏，计量精度低，因此于2003年开始先后在采输卤车间105#井出卤流量、制盐车间精卤流量、回头母液计量及卤水处理原卤计量中均改用超声波流量计计量。由于超声波流量计是一种非接触式仪表，避免了仪表被腐蚀的问题，特别是其可测含一定颗粒或气泡流体流量的特性，更适合于从3000m深卤井出来的含有少量气泡的卤水流量测量，解决了其它流量计无法测量的问题。

    该流量计安装方便，运行时不需停泵照样能安装，调试简单，再加上其智能化功能，只需按屏幕上菜单提示操作相应的键即可完成调试，几乎不需要维修，计量准确，效果令人满意。

    3 选用时的注意事项

    （1）现场环境。虽然超声波流量计有抑制噪声的功能，但若噪声过大，则对测量精度有较大影响，曾试图用超声波流量计测制盐蒸发罐循环泵流量，因其噪声过大而读数不稳。

    （2）介质的组成。超声波流量计可测洁净液体和污浊液体，在选择仪表时，必须了解所测介质的成分，以免所选仪表不能测量造成资金浪费。如在测原卤时选用适合测污浊液体的流量计，测精卤则选用适合测洁净液体的流量计，精卤只是将原卤中少量的钙离子和镁离子除去，其它成分完全一样。一般若测量洁净液体，选用时差法超声波流量计；若测量含一定颗粒或气泡的液体，则选用多普勒超声波流量计。

    （3）超声波流量计主要由主机和换能器组成。其测量效果的好坏很大程度上取决于换能器的选择和安装。换能器的选择主要考虑其安装形式和介质温度，若介质温度超过80℃，则必须选择高温换能器。其安装必须严格按说明书进行，否则影响测量精度甚至无法测量。

    （4）在安装时，如果管道内壁结垢严重，在调试中输入管壁的厚度应适当考虑内壁结垢的因素，比原管壁的厚度稍大一些，具体值应根据现场而定，这样测得的流量精度更高。

    （5）在仪表调试时要输入所测液体的声速，一般在产品说明书中列有一些常见液体的声速。如果在说明书中查不到，则可用相近介质的声速替代所测液体的声速。

    （6）当测量含有固体颗粒或气泡的液体流量时，若发现读数始终有误差，如果流量计符合安装条件，检查安装如无问题，则说明管道内固体颗粒或气泡量不足，或者是出现固体颗粒或气泡聚集现象，不能形成稳定流，表明此超声波流量计不适宜测该介质的流量。

    （7）换能器与管道间的耦合剂必须保持完好，若有空气进入将给测量带来误差。

    （8）随着技术的进步，国产超声波流量计的性能完全可与进口产品相媲美，而价格便宜得多，因此完全可以选用国产超声波流量计代替进口产品。