Ултразвучни сензори протока гаса, познати и као ултразвучни мерачи протока гаса, представљају напредну технологију мерења за гасне медије (укључујући природни гас, компримовани ваздух и процесне гасове). Ови не{1}}инвазивни уређаји користе ултразвучне таласе за мерење протока гаса без физичког контакта са течним медијумом, обезбеђујући одличну тачност и поузданост у различитим индустријским применама. Овај водич истражује принципе рада, структурни дизајн и практичне примене ултразвучних сензора протока гаса.
Принцип рада ултразвучног сензора протока гаса:
Срж ултразвучних сензора протока гаса је употреба звучних таласа за мерење брзине гаса. Примарни метод је принцип транзитног{1}}времена, где ултразвучни претварачи (сензори) емитују импулсе који путују кроз ток гаса. Два претварача су постављена тако да један шаље сигнале низводно (са протоком), а други сигнале узводно (против тока). Временска разлика (Δт) између ових путања је пропорционална брзини гаса (В), израчунатој помоћу следеће формуле:
где је Л дужина пута, а т0 просечно време проласка. Запремински проток се затим израчунава множењем са-површином попречног пресека цеви. Друга варијанта јеДоплеров ефекат, где се таласи одбијају од мехурића или честица у гасу, а померање фреквенције указује на брзину{0}}идеалну за гасове који садрже нечистоће. Напредни модели користе смичуће таласе за директан пренос или Ламбове таласе, који узрокују резонанцију зида цеви да би се појачали сигнали при ниском-притиску или гасовима који пригушују. Више{4}}конфигурације (као што су 4 или 6 путања) просечне мере преко цеви за руковање турбулентним или асиметричним токовима, побољшавајући прецизност. Овај дијаграм илуструјеподешавање{0}}времена транзита, показујући како се узводни и низводни сигнали разликују на основу протока.
Структура вишеканалног ултразвучног сензора протока гаса-
Састав више-каналних гасних ултразвучних мерача протока углавном укључује четири дела: главно тело ултразвучног мерача протока, предајник притиска, интелигентни предајник температуре и рачунар протока. Ултразвучни мерач протока се углавном састоји од две главне компоненте: Једна је део цеви за мерење опремљен са више парова ултразвучних претварача (такође познатих као примарни инструмент); Други је јединица за обраду сигнала (СПУ) са мерењем, приказом тренутног протока и комуникацијским функцијама, која се обично назива секундарним инструментом. Следећи дијаграм приказује блок дијаграм више-каналног ултразвучног уређаја
мерач протока.
Секундарни инструмент се може директно повезати са сензорима притиска и температуре гаса у цевоводу, и кроз интерну конверзију сигнала и израчунавање компензације, довршити компензациони ефекат температуре и притиска у цевоводу на запремински проток гаса, независно довршавајући мерење запреминског протока без ослањања на рачунар протока. Поред тога, преко интелигентног предајника температуре и трансмитера притиска, дигитални сигнали температуре и притиска у цевоводу се такође могу пренети на компјутер протока како би се компензовале тренутне вредности брзине протока и запреминског протока мерене секундарним инструментом.
Сензорски део више-каналног гасног ултразвучног мерача протока углавном се односи на део мерног цевовода, а структурна анализа сензора протока углавном се односи на везу мерног цевовода и инсталацијске дистрибутивне позиције сваког ултразвучног претварача. Цевовод за мерење протока је пројектован и произведен са прирубничким крајњим површинама, спојеним у прави транспортни цевовод. У АГА Но. 9 документу „Вишеканални ултразвучни мерачи протока за мерење протока природног гаса“ који је формулисало Америчко удружење за гас 1998. године, истраживачки рад је већ указао да асиметрична дистрибуција брзине опстаје од тачке појављивања до 50Д или низводно, а профил брзине 20Д може постојати на даљини (профил брзине20Д). унутрашњи пречник мерног цевовода).
Због тога, у општим индустријским местима мерења протока гаса, положај уградње мерача протока мора узети у обзир утицај сложених стања протока на мерење брзине протока. У складу са стандардом ГБ/Т 18604-2023, предложене су следеће препоруке за положај уградње више-каналних ултразвучних мерача протока гаса: Минимална дужина равне цеви узводно је 10Д, а минимална дужина равне цеви низводно је 5Д. Ова препорука се може успоставити само када су узводни услови релативно идеални (као што је веома мали интензитет вртлога и благо асиметрична расподела брзине), и треба је сматрати минималним захтевом за испуњавање потреба мерења. Као што је приказано на слици испод, вишеканални гасни ултразвучни мерачи протока треба да узму у обзир ефикасност ширења ултразвучних таласа, усвајајући ултразвучне претвараче уграђене и инсталиране на цевоводу за мерење.
На слици испод приказан је шематски дијаграм распореда канала за више-канални ултразвучни сензор протока гаса, који илуструје структуру цевовода у облику прстена-измерену четвороканалним попречним ултразвучним мерачем протока гаса-.
4 канала су распоређена на различитим слојевима протока, а канали се укрштају када се посматрају у правцу и и паралелни су један са другим када се посматрају у правцу з. Мерни цевовод се састоји од композитног сензора са 4 канала формираних паровима ултразвучних претварача са радном фреквенцијом од 200-250 кХз. Пречник цеви Д=300 мм, а угао φ између сваког канала и аксијалног правца је 60 степени.
Сценарији примене структуре вишеканалног ултразвучног сензора протока гаса-
Више{0}}канални ултразвучни сензори протока гаса су кључни у индустријама које захтевају прецизно мерење гаса:
Индустрија нафте и гаса: Скрбнички пренос, надзор цевовода, компресорске станице и детекција цурења у системима природног гаса.
Хемијска и петрохемијска: Мерење процесног гаса у тешким окружењима.
Производња и производња енергије: Праћење емисија, контрола инвентара и оптимизација ефикасности.
ХВАЦ и комуналне услуге: Проток компримованог ваздуха и биогаса у зградама или третман отпадних вода.
ФАК
П: Колико често ултразвучним сензорима протока гаса треба калибрација?
О: Ултразвучни сензори протока гаса захтевају почетну калибрацију при пуштању у рад, са рекалибрацијом која се обично препоручује сваких 2-5 година у зависности од критичности примене. За апликације за кастоди трансфер, АГА-9 препоручује калибрацију на седам брзина протока: 100%, 75%, 50%, 25%, 10%, 5% и 2,5% максималног протока, са сваком тестном тачком у просеку током 90-300 секунди. Варијације у производњи и разлике у инсталацији цевовода могу утицати на тачност, чинећи калибрацију неопходном за оптималне перформансе. За разлику од механичких мерача који се значајно померају, ултразвучни мерачи одржавају стабилну тачност током времена због тога што немају покретне делове, што омогућава мање честе интервале поновне калибрације.
П: Колики је почетни трошак у односу на дугорочне{0}}укупне трошкове власништва?
О: Док почетно улагање у ултразвучне мераче протока може премашити традиционална мерила, укупни трошкови власништва се често показују нижима због смањеног одржавања, минималног застоја и продуженог века трајања. Један ултразвучни мерач гаса може да замени два паралелна турбинска мерача (мале и главне шине оптерећења), смањујући трошкове инфраструктуре. Ултразвучни бројила имају скупе почетне трошкове, али ниже трошкове подешавања од неких алтернатива, уз минимално одржавање због непомичних делова. Оптимизована детекција сигнала елиминише скупу инфраструктуру за пригушивање буке, а смањени трошкови одржавања и поправке на мерним местима надокнађују већу почетну инвестицију. За апликације великог{4}}пречника, обујмице-на верзијама обезбеђују значајну уштеду трошкова инсталације.
П: Које је рутинско одржавање потребно и колико често?
О: Ултразвучни сензори протока гаса су дизајнирани за рад са малим-одржавањем, са типичним одржавањем, укључујући чишћење лица сонде у интервалима од 1-6 месеци у зависности од услова на локацији, проверу система за прочишћавање и филтера за ваздух и повремену рекалибрацију ако је потребно. У прашњавим окружењима као што су апликације за димне гасове, аутоматизовани системи за прочишћавање који користе 0,1-0,6 МПа чисти инструментални ваздух при 3-6 Л/мин одржавају лица сензора чистима и спречавају померање мерења. Сензори се могу заменити на лицу места и под притиском коришћењем плуг-анд-плаи конфигурације, а на рад мерача не утичу директно нечистоће на зидовима цеви.
П: Које су границе радне температуре и притиска за ултразвучне сензоре протока гаса?
О: Претварачи су развијени да издрже температуре од -260 степени Ф за мерење ЛНГ до 500 степени Ф за примене у електранама. Модерни сензори обично раде од -40 степени до +170 степени (-40 степени Ф до +338 степени Ф) за стандардне апликације, са специјализованим верзијама за високе температуре које могу да раде од 150 степени до 550 степени (+302 степен Ф до +1022 степен Ф). Опсег притиска се протеже од 1 бар до 300 бара (14,5 до 4350 пси), са сензорима који раде на стандардним фреквенцијама од 120 или 200 кХз. За апликације ниског притиска, пренос звука захтева минималну густину гаса, а технологија Ламб таласа омогућава мерење до притиска близу атмосферског.
