Nguyên tắc của công nghệ đo lưu lượng siêu âm không xâm nhập

Đo lường không{0}}xâm lấn là gì?

"Không-xâm nhập" đề cập đến triết lý thiết kế cơ bản: cảm biến đo lường nằm hoàn toàn bên ngoài đường ống, không bao giờ xuyên qua thành ống hoặc tiếp xúc với môi trường đang chảy. Điều này trái ngược hoàn toàn với các đồng hồ đo lưu lượng truyền thống yêu cầu cắt thành đường ống, lắp đặt mặt bích hoặc đặt cảm biến trực tiếp vào đường dẫn dòng chảy.

Đồng hồ đo lưu lượng siêu âm không xâm nhập sử dụng các bộ chuyển đổi được gắn trên bề mặt ống bên ngoài bằng cách sử dụng các thiết bị cố định kẹp{1}}. Những bộ chuyển đổi này truyền và nhận tín hiệu siêu âm truyền qua thành ống, qua chất lỏng đang chảy và quay trở lại thành ống đối diện-mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cấu trúc hoặc độ sạch của hệ thống đường ống.

Trong nhiều ngành, khái niệm-nằm ngoài-đường ống-này cũng được mô tả bằng các thuật ngữ nhưmáy đo lưu lượng siêu âm không xâm lấn, a máy đo lưu lượng siêu âm không tiếp xúchoặc mộtmáy đo lưu lượng siêu âm bên ngoài-tất cả đều nhấn mạnh rằng cảm biến vẫn ở bên ngoài đường ống và không chạm vào môi trường.

Nguyên tắc đo lường cốt lõi

Máy đo lưu lượng siêu âm không xâm nhập-hoạt động theo hai nguyên tắc vật lý riêng biệt, mỗi nguyên tắc phù hợp với các yêu cầu ứng dụng khác nhau:

Quá cảnh-Đo lường thời gian (Thời gian-của-Phương thức bay)

cácnguyên tắc thời gian chuyển tuyến-khai thác một tính chất cơ bản của sự truyền âm: sóng siêu âm truyền đi nhanh hơn khi di chuyển theo hướng dòng chảy và chậm hơn khi di chuyển ngược chiều dòng chảy.

Ưu điểm về công nghệ:

Độ chính xác:Đạt được độ chính xác ±0,5% (các mẫu-cao cấp đạt ±0,2%)

Phạm vi vận tốc rộng:Đo từ 0,01 đến 12 m/s

Độc lập chất lỏng:Không bị ảnh hưởng bởi mật độ, độ nhớt, độ dẫn điện hoặc sự thay đổi nhiệt độ

Khả năng hai chiều:Tự động phát hiện và đo dòng chảy ngược

Yêu cầu ứng dụng:

Độ sạch của chất lỏng:Các hạt lơ lửng phải duy trì ở mức dưới 50 mg/L

Nội dung bong bóng khí:Không được vượt quá 2% theo thể tích

Tình trạng đường ống:Phải chứa đầy chất lỏng

Độ rõ tín hiệu:Yêu cầu đường dẫn âm thanh tương đối sạch để truyền tín hiệu

Đo hiệu ứng Doppler

Nguyên lý Doppler thúc đẩy sự thay đổi tần số xảy ra khi sóng siêu âm phản xạ khỏi các hạt hoặc bong bóng chuyển động trong chất lỏng.

Ưu điểm về công nghệ:

Dung sai hạt:Được thiết kế đặc biệt cho chất lỏng chứa chất rắn lơ lửng hoặc bong bóng

Khả năng miễn dịch bong bóng: High gas content (>2%) không ảnh hưởng đến việc đo lường

Hiệu quả chi phí:Nói chung là ít tốn kém hơn so với hệ thống thời gian-chuyển tuyến

Hoạt động mạnh mẽ:Hoạt động đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp đầy thách thức

Yêu cầu ứng dụng:

Nồng độ hạt tối thiểu:Yêu cầu ít nhất 100 ppm hạt hoặc bong bóng lớn hơn 100 micron

Không phù hợp với chất lỏng siêu tinh khiết:Nước cất, chất ngưng tụ hoặc chất lỏng dược phẩm-thiếu phản xạ đủ

Hạn chế về độ chính xác:Thông thường là ±1-2% so với ±0,5% đối với hệ thống theo thời gian vận chuyển

Ưu điểm cốt lõi của-máy đo lưu lượng siêu âm không xâm nhập

Tiện lợi lắp đặt

Lợi ích trực tiếp và hấp dẫn nhất củakẹp-trên máy đo lưu lượng siêu âmlà quá trình cài đặt cực kỳ đơn giản của họ. Vì các cảm biến nằm bên ngoài đường ống nênmáy đo lưu lượng siêu âm không tiếp xúcPhương pháp tiếp cận này thường có thể được áp dụng mà không cần tắt máy, xả nước hoặc cắt vào đường ống.

Quá trình cài đặt nội tuyến truyền thống:

Tắt hoạt động và xả đường ống

Khai quật đủ không gian làm việc (có thể yêu cầu cần cẩu)

Cắt ống tạo điểm lắp đặt

Mặt bích hàn hoặc kết nối ren

Nâng và định vị thân đồng hồ đo lưu lượng

Hoàn thành kiểm tra áp suất và kiểm tra rò rỉ

Khôi phục hoạt động

Kẹp-Quy trình cài đặt siêu âm:

Làm sạch bề mặt ống bên ngoài

Bôi gel nối âm thanh

Gắn kẹp đầu dò vào đường ống

Kết nối các thông số nối dây và đầu vào

Xác minh chất lượng tín hiệu và bắt đầu đo

Nắm bắt-Các yêu cầu về phương pháp:

Tiếp xúc với đường ống tối thiểu (chỉ khu vực lắp cảm biến)

Tương thích với không gian chật hẹp (có thể hoạt động trong khoảng cách 0,5 mét)

Không cần thiết bị nặng

Thân thiện với đường ống ngầm và trên cao

Dấu chân cài đặt nhỏ gọn này đặc biệt có giá trị trong:

• Cơ sở hạ tầng đô thị tắc nghẽn
• Ứng dụng trang bị thêm trong các cơ sở hiện có
• Ứng dụng tiện ích ngầm
• Nền tảng ngoài khơi với không gian boong hạn chế

Lợi ích kinh tế toàn diện

Tiết kiệm chi phí trực tiếp: Giảm 40-75% chi phí lắp đặt

Những lợi ích kinh tế vượt xa sự thuận tiện trong lắp đặt. Trong nhiều tình huống trang bị thêm và bảo trì, mộtmáy đo lưu lượng siêu âm bên ngoàicó thể giảm độ phức tạp của quá trình cài đặt và chi phí ngừng hoạt động liên quan vì nó tránh được các bước xuyên ống, hàn và-chứng nhận lại.

Hiệu suất kỹ thuật

Không có bộ phận chuyển động

Máy đáng tin cậy nhất là máy không có bộ phận chuyển động. Kẹp-trên máy đo lưu lượng siêu âm là minh họa cho nguyên tắc này.

So sánh thời gian trung bình giữa các lần thất bại (MTBF)

Kẹp-trên đồng hồ đo siêu âm có tuổi thọ cao hơn 5-10 lần so với đồng hồ đo lưu lượng cơ học với ít chế độ hỏng hóc hơn đáng kể.

Độ chính xác và độ lặp lại vượt trội

Máy đo lưu lượng siêu âm không xâm nhập-hiện đại mang lại hiệu suất đo tương đương hoặc vượt xa các thiết kế nội tuyến truyền thống.

Lĩnh vực ứng dụng

Hóa chất / Sản xuất

Hệ thống nước hóa học, hóa dầu và công nghiệp nói chung: đo trực tuyến nước tuần hoàn, nước xử lý, dung dịch, v.v.

Đo lưu lượng của môi trường ăn mòn (khó tương thích vật liệu) hoặc các ứng dụng vệ sinh/sạch (nơi mở đường ống có thể gây ô nhiễm). Kẹp-trên máy đo siêu âm có lợi thế rõ ràng là không tiếp xúc với môi trường-một lý do khiến chúng thường được gọi là máy đo siêu âmkhông xâm lấnmáy đo lưu lượng siêu âmgiải pháp chống ăn mòn cho đường ống-nhạy cảm hoặc vệ sinh-quan trọng.

Công nghiệp dầu khí và năng lượng (chủ yếu để giám sát quá trình/xác minh bảo trì)

Đường ống chất lỏng trong trạm hoặc cơ sở, đo lường tạm thời trong quá trình bảo trì, xác minh tình trạng vận hành, phát hiện rò rỉ và xử lý sự cố tình trạng bất thường.

Một số giải pháp cũng có thể bao gồm các yêu cầu về khí/hơi nước và-các yêu cầu đo lường không xâm phạm khác, tùy thuộc vào kiểu đồng hồ và điều kiện vận hành.

Bảo vệ nước và môi trường thành phố

Truyền tải và phân phối nước thô và nước uống, khu vực đồng hồ đo cấp huyện (DMA) và giám sát dòng chảy của đường ống trạm bơm.

Nhà máy xử lý nước thải: đường ống liên quan đến nước thải và nước thải, dòng hồi lưu/bùn-và tính toán lưu lượng trong các phần của quy trình.

Phát hiện rò rỉ/điều tra dòng chảy bất thường và xác minh vận hành & bảo trì (lắp đặt mà không cần cắt đường ống).

Đo lường tạm thời, Kiểm tra hàng tồn kho và "Xác minh đồng hồ"

Kiểm tra dòng chảy tạm thời, cân bằng và vận hành hệ thống cũng như xác minh độ chính xác của các thiết bị hiện có.

Kẹp di động-trên máy đo siêu âm được sử dụng rất phổ biến để kiểm tra và-ngắn hạn.

Các điểm chính của cài đặt

Xác nhận cài đặt: xác định xem ứng dụng có phù hợp để-đo lưu lượng siêu âm không xâm nhập hay không

Đường ống phải đầy hoàn toàn (đường ống không{0}}đầy sẽ gây ra lỗi nghiêm trọng hoặc mất ổn định).

Dòng chảy thẳng đứng đi lên thường dễ giữ đường ống đầy hơn; đối với dòng chảy thẳng đứng đi xuống, phải đảm bảo đủ áp suất ngược để duy trì đường ống đầy.

Tốt nhất nên sử dụng môi trường một pha, có ít bong bóng và hàm lượng chất rắn thấp.

Vị trí lắp đặt: đường ống thẳng và tránh bong bóng/lắng đọng

Chọn phần ống thẳng dài nhất có thể. Thực hành kỹ thuật thông thường yêu cầu: phía thượng lưu Lớn hơn hoặc bằng 10D, phía hạ lưu Lớn hơn hoặc bằng 5D (D là đường kính ống).

Không lắp đặt ở phần trên cùng hoặc dưới cùng của ống nằm ngang: phần trên dễ bị tích tụ khí và phần dưới dễ bị lắng đọng cặn. Thường nên lắp đặt ở vị trí 2–4 giờ hoặc 8–10 giờ.

Tránh xa các nguồn gây nhiễu mạnh như đầu ra của máy bơm, van, khuỷu và bộ giảm tốc (sự xáo trộn làm biến dạng cấu hình dòng chảy và gây ra kết quả đo không ổn định).

Chuẩn bị bề mặt ống bên ngoài

Làm sạch lớp phủ, chống ăn mòn và gờ tại điểm lắp đặt; bề mặt phải càng mịn càng tốt. Có thể chấp nhận mài nhẹ nếu cần thiết nhưng không làm hỏng độ cong của ống.

Chọn chất ghép (chất tiếp âm) tương thích với nhiệt độ và vật liệu, bôi đều và không có khoảng trống.

Lắp đặt đầu dò: hướng, khoảng cách và phương pháp lắp đặt

Lắp đặt các đầu dò chính xác theo khoảng cách được tính toán bởi thiết bị; chú ý đến các yêu cầu về hướng đầu dò, mũi tên và hướng cáp (nhiều hướng dẫn sử dụng chỉ định rõ ràng hướng chính xác và các điểm tham chiếu khoảng cách).

Hai cấu hình phổ biến được sử dụng: phương pháp V (phản chiếu) và phương pháp Z (trực tiếp). Việc lựa chọn phụ thuộc vào đường kính ống, độ suy giảm và chất lượng tín hiệu; khi tín hiệu yếu, việc chuyển sang phương pháp Z thường giúp việc thu tín hiệu dễ dàng hơn.

Cố định chắc chắn đầu dò bằng kẹp hoặc dây thép để tránh dịch chuyển do rung động lâu dài; không cho phép các đầu dò bị "treo bằng dây cáp".

Phương pháp cấu hình cài đặt

Bộ chuyển đổi không xâm nhập có thể được gắn theo nhiều cấu hình, mỗi cấu hình được tối ưu hóa cho các kích thước ống và yêu cầu đo lường khác nhau:

Phương thức V- (Phản ánh):

Cả hai đầu dò đều được gắn trên cùng một phía của đường ống, với chùm tia siêu âm phản chiếu vào thành ống đối diện. Cấu hình này phù hợp với các đường ống có đường kính từ 20mm đến 300mm và cung cấp cường độ tín hiệu tuyệt vời cho đường dẫn âm thanh ngắn hơn.

Phương thức Z- (Trực tiếp):

Đầu dò gắn ở hai bên đối diện của ống với chùm siêu âm truyền trực tiếp giữa chúng. Phương pháp này tối ưu cho các đường ống có đường kính từ 100mm đến 500mm, cung cấp đường dẫn tín hiệu trực tiếp nhất và độ chính xác cao nhất cho các đường ống cỡ trung bình.

Phương thức W- (Phản chiếu kép):

Được sử dụng cho các ống có đường kính-nhỏ (15 mm đến 50 mm), chùm siêu âm phản xạ hai lần bên trong ống, tăng gấp ba lần hiệu quả chiều dài đường truyền âm thanh để cải thiện độ phân giải và độ nhạy của phép đo đối với tốc độ dòng chảy thấp.

Việc lựa chọn giữa các phương pháp này phụ thuộc vào đường kính ống, độ dày thành ống, vật liệu và độ chính xác cần thiết, đồng hồ đo lưu lượng hiện đại thường tự động đề xuất cấu hình tối ưu dựa trên các thông số đã nhập.