摘要：通過試驗，分析了超聲波流量計粗糙度設置與粘度設置對測量結果的影響，并與孔板流量計測量結果比對，表明，超聲波流量計測量結果隨著粗糙度設置值增大而增大，隨著粘度設置值增大而有小幅增大，在未知管壁粗糙度和導熱油高溫粘度值時，超聲波流量計不能實現的高溫導熱油流量測量。
鍋妒能效值逕鍋爐節能工作的重要組成部分，而有機熱載體鍋爐又是我國工業鍋爐的重要組成部分，特別在印染、化工、輕紡等產業發達的省市，有機熱載體鍋爐比重更大。由于有機熱載體鍋爐介質的特殊性，其排煙溫度往往較高，節能潛力巨大，是工業鍋爐節能的重要目標。在有機熱載體鍋爐能效測試時，介質流量測試準確性致關重要，但在實際操作中，高溫介質流量的測量始終是一個難點，往往存在可操作性差、測量結果誤差大，甚至無法測量等一系列問題。通常的孔板、渦輪、智能渦街流量計在測試前需要停爐安裝，影響使用單位的正常生產，流量計安裝時導熱介質會污染環境，安裝和恢復還存在一些不安全因素，所以普通流量計在實際熱載體鍋爐能效測試中應用困難。常規的超聲波流量計安裝雖不影響鍋爐正常運行，但可測介質溫度一般不超過120℃，也無法滿足熱載體鍋爐高溫介質流量的測量要求。高溫超聲波流量計，采用高溫導波器及超聲探頭，理論上zui高可測溫度達400℃，基本滿足我國目前有機熱載體爐的介質流量測試的溫度要求。
目前國內主要使用的是ABG儀表集團研發的高溫超聲波流量計，現就此類高溫超聲波流量計測量可靠性進行研究。
1高溫超聲波流量計工作原理
檢測系統采用時差式流量測量方法，其原理是通過測量介質對雙向聲波信號的影響，來確定介質的流速，測量原理如圖1所示。檢測系統的兩個傳感器（T1、T2），以一定的間距安裝在管壁外，交替發射和接收超聲波。當聲波在靜止的介質中傳播時，從Tl到T2的聲波信號傳送時間與從，r2到Tl的傳送時間相同；當介質流動時，上游傳感器Tl向下游
傳感器T2發射一個信號，同時下游也向上游發射信號，而介質流速對聲波信號的作用，將加快從上游到下游方向的信號速度，同時減慢從下游到上游方向的信號速度，兩個信號
之間產生時間差△t。由此求得液體的流速，再與流通截面積相乘，計算出流量。

Ka-標定系數：
△t-傳感器測量時問差：
t1-聲波穿過介質時間
2高溫超聲波流量檢測系統組成及特點
該檢測系統主要由主機、高溫導波器（由金屬導波板、傳感器夾具、管道夾具、聲耦合片構成，見圖2）、傳感器組成．測試時．金屬導波板將傳感器T1（T2）的超聲波信號近乎無衰減地傳遞給管壁，再通過介質傳遞后。被傳感器T2（T1）接收，同時，導波板的冷卻效應使得傳感器表面和管道表面之間產生一個溫差，有效阻隔了傳熱，使傳感器不承受高溫，增強了系統整體耐溫能力，從而滿足了流量測量的高溫要求。傳感器與金屬導波板的連接如圖3所示。

3安裝與調試方法
測試前，應查閱鍋爐相關技術資料，包括鍋爐的結構和運行系統，有關管路的材質、規格，導熱介質的理化特性如運動粘度、密度等。此外，還要確認鍋爐運行參數，并對現場進行實地勘察，zui后確定測量位置。一般來講，測量點應選擇充滿介質的直管段，盡可能遠離泵、閥門等設備，避免紊流帶來測量誤差。根據儀器要求，傳感器應安裝在上游直管段為1OD，下游直管段為5D的位置，對于上游存在泵、閥門等設備時，要求上游直管段為50D以上才能保證測量準確性。
根據管道規格及被測介質溫度選擇高溫導波器及傳感器型號，在高溫導波器安裝前，應先確定安裝距離參數。將儀器連接好，開機輸入測點管道的外徑、壁厚、材質、內襯、粗糙度，介質的運動粘度、密度、溫度、聲速預估區間等參數，選擇測量通道、測量量、測量單位、聲程數等參數，儀器通過已設置的參數計算出高溫導波器的安裝距離參數，根據距離參數安裝導波器。其中熱載體對金屬管道無腐蝕性，管道一般無內襯，而租糙度通常結合管道的使用年限進行評估，選擇0．O5~0．1m。在儀器的設置和安裝過程中，需要注意以下幾個問題：
（1）測量點應避開在管道缺陷或焊縫的位置附近，在水平管道上測量時，傳感器應安裝在管道側面，以避開管道中的沉積物。
（2）管道的設計壁厚與實際壁厚可能存在偏差，儀器參數設置前，應對管道壁厚和外徑進行多點測量，保證參數設置準確性。
（3）介質聲速跟溫度有較大關系，根據導熱介質常規運行溫度，聲速的預估區間應設置為700~800m/s，在系統調試時，需要重新調整傳感器間距，獲得準確的介質聲速。
（4）高溫導波器的距離參數主要包括：傳感器間距、夾具中心間距、導波板前端同距、傳感器與導波板距離。導波器安裝時，兩片導波板必須在同一平面且與管線正切的方向，才能使導波板將傳感器的信號良好地傳遞給管壁。如果定位不準，將會影響到聲波的發射和接收，進而影響測量準確度．
（5）為了獲得*聲耦合效果，應選用儀器專配的高溫型耦合劑．若選用普通型耦合劑，在高溫條件下，短期內將會失效，導致系統無法正常工作。
安裝完成后，必須對系統進行調試。根據儀器顯示的信號強度，調整傳感器位置，以獲得zui大信號“s強度，按儀器指示將移動后的距離參數輸入系統，會得到介質聲速近似值．根據聲速近似值縮小聲速的預估區間，并將其重新輸入系統。重復以上定位步驟，多次調整，直至傳感器計算距離與實際距離之差小于5m，并獲得zui大信號“S”強度。此時，儀器顯示介質聲速的準確值，檢測系統調試完成。
上述相關參數中，導熱油粘度與現場管道的租糙度需要進行設置。通常情況下，不同的管道粗糙度差別并不大，機器內置的是0.1mm、0.2mm、0.3mm至0.9mm等每隔0.1mm的遞增。不同廠家的導熱油粘度有差別，流量計內置了一些大石油廠家的導熱油參數，可以直接選擇。不用設置，如SHEL公司的導熱油，也可以手動輸入導熱油參數·以下通過試驗方法，采用超聲波流量計和孔板流量計對同一管道、同一工況下的導熱油爐的流量進行測量，并進行對比，以研究在未知粘度和管壁粗糙度情況下，超聲波流量計設置不同粘度值和粗糙度值時兩種流量計測試結果的差別大小，從而驗證在未知上述參數情況下使用超聲波流量計測量流量的可靠性。
4改變粗糙度值設置的試驗結果及分析
在考慮粗糙度值設置對測量結果的影響時，要設置一個粘度值，測試現場使用的是首諾的導熱油，其名稱為THERMINOL669（其物性參數已知），根據現場導熱油的出口溫度為320℃，設置此時其粘度值為0.47m2/s。圖4是粗糙度值設為0.1mm時，超聲波流量計與孔板流量計的測量結果讀數比較。總共測量次數為1O組。

由圖中可以看出，l0次測量結果中，兩種流量計的讀數均較為平穩，和現場實際工況也吻合：生產24小時不問斷，所測鍋爐全天工況流量均非常穩定。但超聲波流量計讀數較孔板流量計讀數偏大。
圖5是粗糙度值設為0．2m時，超聲波流量計與孔板流量計的測量結果讀數比較。總共測量次數也為1O組。

圖5曲線和圖4較為相似，兩種流量計lO次測量結果讀數均很穩定，與圖4不同的是，超聲波流量計較孔板流量計讀數更大。
圖6是粗糙度值設為0．3m時，超聲波流量計與孔板流量計的測量結果讀數比較。總共測量次數也為10組。

圖6中兩種流量計lO次測量結果讀數也很穩定，波動較小。
以上三組試驗表明，超聲波流量計粗糙度設.1mm到0.9mm，每個粗糙度設置值下10次測量結果的平均值與孔板流量計每1O次測量結果的平均值比對曲線。

圖7表明，超聲波流量計的測量結果讀數隨租糙度設置值增大而趨于增大，并且與孔板流量計的測量結果讀數差別也增大，逐漸高于孔板流量計的測量結果讀數。
結合以往的測量經驗，以及J：述測量結果和孔板流量計的比對分析。當不能準確獲得管內壁租糙度時，該值設置取0.1mm時較為合理。
5改變粘度值設置的試驗結果及分析
超聲波流量計粗糙度值設置為01mm，改變粘度設置專值，研究粘度值設置對超聲波流量計測量結果讀數的影響，每個粘度設置值下測量10次結果，并與孔板流量計對比．
圖8為運動粘度為0.38m/s時，超聲波流量計與孔板流量計的測量讀數結果比較。

圖8表明，超聲波流量計lO次測量結果較為平均，每次測量值均高于孔板流量計。
圖9為運動粘度為0．49m2／s時，超聲波流量計與孔板流量計的測量讀數結果比較．

圖9與圖8類似，超聲波流量計與孔板流量計的讀數均比較穩定，前者讀數比后者讀數大。
圖lO為運動粘度為0.63mm2/s時，超聲波流量計與孔板流量計的測量讀數結果比較。

圖l0結果與圖9、圖lO結果類似，超聲波流量計與孔板流量計的讀數均比較穩定，前者讀數比后者讀數大。
圖11為運動粘度為0．97mmZ2/s時，超聲波流量計與孔板流量計的測量讀數結果比較。

圖11結果與前三組圖類似。
圖12為運動粘度為1.46m2/s時，超聲波流量計與孔板流量計的測量讀數結果比較。

圖12結果與前四組圖也類似。
上述試驗比對結果較為相似：超聲波流量計與孔板流量計的讀數均比較穩定，前者測量結果讀數比后者偏大約5％～1O％。
圖13給出了超聲波流量計若干粘度設置值下l0次測量結果的平均值與孔板流量計每lO次測量結果的平均值比對曲線。這里設置的粘度值范圍為0.38mm2/s~1.85mm2/s，對應的導熱油溫度是380℃~140℃，覆蓋了一般有機熱載體鍋爐導熱油的使用溫度范圍。

圖l3表明，粘度值變化時，超聲波流量計測量結果讀數隨粘度設置值增大有小幅度增大的趨勢，在實驗粘度設置值范圍內下各測量結果讀數波動約為±5％左右。超聲波流量計測量結果讀數比孔板流量計偏大約5％~10％。
據有關資料顯示，常溫下其粘度值在20mm2/s40mm2/s之間，與高溫下的牯度值相差一、兩個數量級。按照圖13中超聲波流量計測量結果讀數隨粘度設置值的變化趨勢，若在實際澳I試中輸入常溫下的粘度值，其測量結果讀數與孔板流量計的讀數將進一步拉大。可以判斷，在未能獲得導熱油工作溫度下準確的粘度值時。輸入常溫下的粘度值將不能準確測得導熱油的流量，即超聲波流量計在現有的情況下不能實現的導熟油流量測量。
6總結
通過試驗研究。分析了超聲波流量計粗糙度設置與粘度設置對測量結果的影響及與孔板流量計測量結果讀數的比對情況：結果表明．超聲波流量計測量結果讀數隨著粗糙度設置值增大而增大，同時也隨粘度設置值增大而有小幅增大。試驗粘度值設置范圍內各量結果讀數波動約為±5％左右，超聲波流量計測量結果讀數比孔板流量計偏大約5％~10％，在未知管壁租糙度和導熱油高溫時的粘度時，超聲波流量計不能實現的高溫導熱油流量測量。