FLEXIM超聲波氣體流量計(jì)的原理及實(shí)踐

防爆型超聲波氣體流量計(jì)FluxusG800正在對(duì)流過(guò)含氫混合氣的體積流量進(jìn)行檢測(cè)

作為特種化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)，Cognis公司所使用的原料大部分來(lái)自可再生的天然原材料，不僅如此，其可持續(xù)發(fā)展在公司是無(wú)處不在。如Cognis公司在生產(chǎn)脂肪醇產(chǎn)品過(guò)程中對(duì)產(chǎn)生的氫氣混合氣產(chǎn)品的檢測(cè)，也體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的精神。

在液體流量檢測(cè)中，長(zhǎng)期以來(lái)一直采用的夾持式超聲波流量計(jì)已成為一種標(biāo)準(zhǔn)的流量檢測(cè)產(chǎn)品。在化工產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域中，尤其是在對(duì)那些有腐蝕性介質(zhì)、或者是對(duì)人身健康有害的介質(zhì)進(jìn)行計(jì)量檢測(cè)時(shí)，人們最愿意使用這種非浸入式的超聲波檢測(cè)方法。非浸入式的檢測(cè)方法是指：檢測(cè)介質(zhì)不會(huì)給檢測(cè)儀表帶來(lái)磨損，因而也不會(huì)產(chǎn)生泄露。但是這些優(yōu)點(diǎn)并不只限于對(duì)液體檢測(cè)的儀器。近幾年來(lái)，超聲波流量檢測(cè)技術(shù)也越來(lái)越多地用于氣體介質(zhì)的檢測(cè),尤其是在天然氣的輸送、運(yùn)輸和存儲(chǔ)過(guò)程中，非浸入式的檢測(cè)方法有了廣泛使用，這種非浸入式的超聲波技術(shù)是非常有益的，例如這種非浸入式的超聲波流量技術(shù)在德國(guó)Cognis公司氫氣混合氣檢測(cè)中的應(yīng)用。

圖1 不要對(duì)高壓感到擔(dān)憂：夾持式超聲波傳感器總是從“安全的一側(cè)”進(jìn)行檢測(cè)。

圖2 “渦輪氣體流量計(jì)經(jīng)受了液體介質(zhì)的沖擊，會(huì)出現(xiàn)故障或損壞。”

——Hans-Georg Linsner先生，Cognis公司MSR和自動(dòng)化技術(shù)專家

關(guān)注流程設(shè)備的可用性

一般情況下，渦輪氣體流量計(jì)可對(duì)高壓下流動(dòng)的氣體流量進(jìn)行檢測(cè)。在脂肪醇生產(chǎn)過(guò)程中，儀表負(fù)責(zé)人Hans-Georg Linsner先生詳細(xì)地描述了使用渦輪氣體流量計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題：“由于強(qiáng)烈的磨損，渦輪氣體流量計(jì)的軸承必須定期更換，一旦軸承出現(xiàn)問(wèn)題，整個(gè)流量計(jì)都要報(bào)廢。”因此可以說(shuō)：流程設(shè)備所使用的渦輪流量計(jì)的耐磨損性能決定了流程設(shè)備的可用性,而且在更換軸承時(shí)必須關(guān)閉流程生產(chǎn)裝備。因此，Cognis公司決定更換流量檢測(cè)系統(tǒng)。

安裝無(wú)需中斷生產(chǎn)

非浸入式的超聲波氣體流量計(jì)在使用中不存在這些困難和問(wèn)題。因?yàn)閵A持式超聲波傳感器只是簡(jiǎn)單的卡裝在管道外部，不與液體介質(zhì)接觸，沒有磨損。它可以在流程設(shè)備正常生產(chǎn)工作時(shí)進(jìn)行安裝。即使管道內(nèi)部壓力很高，也不會(huì)帶來(lái)額外的工作量，因此不會(huì)增加安裝和使用的成本。同樣，它也無(wú)需如渦輪氣體流量計(jì)所需的按照壓力等級(jí)進(jìn)行的安裝和拆卸的費(fèi)用，并且節(jié)省了每5年定期用水清洗的額外支出。

Hans-Georg Linsner先生認(rèn)為，一個(gè)可靠的合作伙伴就像對(duì)流程設(shè)備正常工作進(jìn)行監(jiān)控的可靠的檢測(cè)儀一樣，非常重要。在Hans-Georg Linsner先生看來(lái)，Flexim公司銷售工程師Heinrich Brucks先生，就是這樣一個(gè)可靠的合作伙伴。在他負(fù)責(zé)的工作范圍內(nèi)，尤其是在德國(guó)－荷蘭邊界的天然氣儲(chǔ)氣罐中，已經(jīng)安裝、使用了許多Fluxus G型夾持式氣體流量計(jì)。盡管Heinrich Brucks先生公務(wù)繁忙，但他對(duì)于非浸入式的氣體流量計(jì)始終是情有獨(dú)鐘。他說(shuō)：“超聲波夾持式氣體流量檢測(cè)技術(shù)不是一個(gè)平庸的設(shè)計(jì)，而是一種現(xiàn)代化的具有眾多優(yōu)點(diǎn)的檢測(cè)技術(shù)。”

圖3 “夾持式超聲波氣體流量檢測(cè)技術(shù)是一種現(xiàn)代化的具有眾多優(yōu)點(diǎn)的檢測(cè)技術(shù)。

——Heinrich Brucks先生，Flexim公司銷售工程師

高要求的聲學(xué)技術(shù)

對(duì)氣體流量超聲波流量計(jì)的要求是如何處理好聲學(xué)的技術(shù)問(wèn)題。與液體流量計(jì)相同，氣體流量計(jì)的工作原理也是根據(jù)時(shí)間差的原理進(jìn)行檢測(cè)的,安裝在管道上的超聲換能器發(fā)送和接收著與介質(zhì)流通方向相同和相反的超聲波信號(hào),根據(jù)檢測(cè)到的發(fā)射和接收信號(hào)的時(shí)間差和被測(cè)介質(zhì)的幾何量，可以得出流通介質(zhì)的流動(dòng)速度。與液體夾持式流量計(jì)不同的是，只有很少一部分超聲波能量能夠發(fā)射到被測(cè)氣體介質(zhì)中去。在Flexim公司的所在地柏林對(duì)超聲波氣體流量檢測(cè)技術(shù)做出很大貢獻(xiàn)的Bernhard Funck博士解釋道：“進(jìn)入氣體中的聲能多少是由氣體的聲阻抗和管壁聲阻抗的比值所決定。當(dāng)兩種介質(zhì)的聲阻抗數(shù)值越接近，從一種介質(zhì)傳送到另一種介質(zhì)中的聲能就越多。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，鋼質(zhì)管壁與管道內(nèi)氣體介質(zhì)之間的聲阻抗比值約為3×104，也就是說(shuō)，發(fā)射的超聲波中只有很少的一部分聲能進(jìn)入到氣體介質(zhì)之中。”其余的超聲波在管壁中傳播，在那里起到了干擾聲波的作用。在隔離有用信號(hào)和干擾信號(hào)的時(shí)候，數(shù)字式檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換器發(fā)揮著重要的作用。由于隨著氣體壓力的增加，氣體的密度也增加，從而使得高壓氣體的聲阻抗向管道材料的聲阻抗數(shù)值方向“靠攏”，因此在高壓下耦合到的超聲波信號(hào)明顯要好。