超声波流量计在高炉纯水密闭循环冷却系统中的应用，文中主要介绍超声波流量计的基本特点,以及在国内某高炉密闭循环冷却系统的热负荷测定中的应用。
2 时差法超声波流量计原理
时差法超声波流量计,其原理如下:超声在流体中的传波速度受流体流速的影响。在管道的上下游安装两个传感器A和B,距 离为L.设静止流体中的声速为c,流体流动的速度为υ.当超声波传播方向与流体方向一致时,超声波的传播速度为(c+υ);而当超声波传播方向与流体流动 方向相反时,超声波的传播速度为(c-υ)。顺流方向传播的超声波从A到B所需时间为t1：
如果超声波与流速方向成一定的角度设其为θ,式(9)可以表示为
只要测出顺流和逆流传播时间t1和t2就能求出υ,进而求出流量。
3 超声波流量计的基本特点
此流量计为便携式智能化超声波流量计,一般用于测量洁净、单相的液体(液体中不含大的悬浮颗粒或汽泡)。非插入式,安装快捷,测量时不影响流体流动。
主要性能指标如下:
(1)流体速度 0~15 m/s;
(2)管径 25~3000mm;
(3)精度 ±0.0152m/s;
(4)线性度 刻度的0.1%;
(5)重复性 ±0.0049m/s;
(6)输出 4~20mA DC或12位数字信号;RS-232串行接口;接打印机的6VDC的充电器接口;
(7)人机接口 19个轻触键,带背景灯的液晶显示屏;
(8)安装要求 流体充满管道,前后各有10D和5D的直管段;
(9)安装方式 V,W或Z式。如图1所示。
超声波流量计由探头及主机两部分构成,探头能发射并接收超声波信号,回收的信号与输入的基本参数如流质、管径、管壁厚 度及其材质一起经主机处理,可以得到瞬时流量和累计流量,单位可调。其它性能还有可实现零点及量程调整,可进行上下限报警,可自检等。
4 应用
首先在实验室里对这套仪器进行了试用、标定,获得了测试经验,选用了合适的*。然后应用到现场测试。测试结果分析如下:
(1)5-15段冷却壁本体系热负荷为9382.85×104kJ/h,占这些冷却壁总热负荷13443.30×104kJ/h的69.80%。说明本体系承担着大部分热流,由于冷却管比较靠近炉料及煤气流,炉内的热流变化能较灵敏地反映在本体系热负荷变化上来。
(2)从炉子4个方向看热负荷是不均匀的。
(3)本体系由A、B、C、D四系列供排水,测得A、D管热负荷约占60%,而水流量占51.5%~60.43%之间。计算S1冷却壁内A、D 管长2×2132mm,B、C管长2×1572mm。如图2,A、D管占4根管总长的57·56%。若长度与冷却表面成正比,在处于同样的热流强度 下,A、D管热负荷应占总热负荷的57·56%。本体系中A、D管的热负荷较A、C管高,从生产管理和设计角度看,水流量应高些。
(4)S1、S2段热流强度*高,其次是S3、S4、S5、B3段,再其次是B1、B2及 R1、R2、R3段,Г段及H5段上有风口及铁口冷却,没计入,因为其热流强度不大。B2补装微型冷却器一个,B3段装18个,S1段装了10个,每个微 型冷却器承担热负荷14.44×104kJ/h.
(5)微型冷却器在B3段已安装了18个(截止于测量时),共计热负荷为252kJ/h,为B3段总热负荷(1234.31kJ/h)的20.42%。微 型冷却器的安装使用使B3本体系的热负荷由53%左右(根据S1、B2段本体系热负荷内插法推算)下降到32.47%,而蛇管、角部管热负荷比例略有升 高。铜制微型冷却器圆断面直径仅110mm,但由于铜导热系数为钢铁的8.5倍,能经受热负荷的冲击,有利于渣皮的形成。但今后还应考验此类冷却器的寿 命。
5 经验
(1)安装方式的选择很重要。安装不当,信号很微弱, 甚至收不到信号。有3种方式可供选择:V-method是标准方式,使用方便,测量更准确,用于25~400mm的管道,在大管道上使用V-method 需移动传感器以满足间隔的需要。如果液体中含有汽泡、固体颗粒、管道的衬套粗劣或积有厚水垢等使超声波信号减弱的场合,应选择Z-method.另 外,Z-method还可用于大管道上。而W-method用于小于50mm的管道上。
(2)传感器与管道之间必须紧密贴合,不能有一点间隙,为了做到这一点,要选择合适的耦合剂。一般仪器都配有耦合剂,但在使用时一定要检查其是否过期,否则会影响使用效果,增大测量误差。我们选用了科研B超使用的耦合剂效果很好。
6 结论
利用超声波流量计成功地测得了高炉纯水密闭循环冷却系统的热负荷及热流强度,可为高炉设计、高炉热平衡评价、高炉热管理和冷却壁维护操作等提供依据。
