超聲波流量計(jì)課件

超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)簡(jiǎn)介工作條件安裝、投運(yùn)及維護(hù)保養(yǎng)工作原理結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)22020/12/1超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)簡(jiǎn)介工作條件1超聲波流量計(jì)簡(jiǎn)介工作條件安裝、投運(yùn)及維護(hù)保養(yǎng)工作原理結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)2020/12/12超聲波流量計(jì)簡(jiǎn)介工作條件安裝、投運(yùn)及維護(hù)保養(yǎng)工作原理結(jié)構(gòu)形式一、氣體超聲波流量計(jì)簡(jiǎn)介氣體超聲波流量計(jì)的應(yīng)用始于20世紀(jì)90年代，是繼孔板流量計(jì)、渦輪流量計(jì)之后第三類適用于高壓、大口徑、高準(zhǔn)確度的天然氣流量計(jì)。是一種利用超聲束或超聲脈沖在流體中的傳輸特性（速度、相位）進(jìn)行流量測(cè)量的速度式流量計(jì)。

2020/12/13一、氣體超聲波流量計(jì)簡(jiǎn)介氣體超聲波流量計(jì)的應(yīng)用始于2超聲波流量計(jì)適用于不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量的測(cè)量，廣泛使用于：長(zhǎng)輸管線集氣系統(tǒng)海洋天然氣壓氣站氣體處理工廠高壓管線輸配管網(wǎng)

應(yīng)用場(chǎng)合2020/12/14超聲波流量計(jì)適用于不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量二、超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)

流量計(jì)包括一次儀表和二次儀表。

一次儀表主要由流量計(jì)表體、超聲波換能器和信號(hào)處理單元組成；二次儀表包括壓力變送器、溫度變送器和流量計(jì)算機(jī)。圖2超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖2020/12/15二、超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)流量計(jì)包1、一次儀表表體：包括上下游直管段，是最基本的部件，用于安裝換能器、信號(hào)處理單元等部件。換能器：將電能轉(zhuǎn)換成超聲波能量，發(fā)射到被測(cè)流體中，接收器接收超聲波信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。信號(hào)處理單元：處理換能器傳來的電壓信號(hào)，計(jì)算工況體積流量，將信息傳輸至流量計(jì)算機(jī)。2020/12/161、一次儀表表體：包括上下游直管段，是最基本的部件，用于安裝2、二次儀表壓力變送器：測(cè)量氣體壓力；溫度變送器：測(cè)量氣體溫度；色譜分析儀：測(cè)量氣體組分；流量計(jì)算機(jī)：計(jì)算功能、顯示功能、組態(tài)功能、報(bào)警功能、輸出功能、通信功能。2020/12/172、二次儀表壓力變送器：測(cè)量氣體壓力；2020/12/17

形式流量計(jì)按換能器安裝方式可分為插入式和外夾式兩種。接觸式流量計(jì)根據(jù)換能器數(shù)量不同，分為單聲道流量計(jì)、雙聲道流量計(jì)和多聲道流量計(jì)。超聲波流量計(jì)聲道的布置方式分為對(duì)射式、反射式和平行式。流量計(jì)的輸出方式有脈沖輸出、模擬量輸出和數(shù)字通訊輸出等。2020/12/18形式流量計(jì)按換能器安裝方式可分為插入式和外夾式兩種。20

優(yōu)缺點(diǎn)1、主要優(yōu)點(diǎn)工作原理簡(jiǎn)單；重復(fù)性好，測(cè)量精度高，線性好；量程比大，一般為1:20，甚至更高；不受氣體壓力、溫度或氣體組分變化的影響；測(cè)量管徑大，最大測(cè)量管徑可達(dá)10m；無可動(dòng)部件，無壓力損失，堅(jiān)固耐用。2020/12/19優(yōu)缺點(diǎn)1、主要優(yōu)點(diǎn)2020/12/192、主要缺點(diǎn)價(jià)格昂貴，只適用于大、中口徑；對(duì)上下游直管段長(zhǎng)度有要求；結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，故障排除較困難，抗干擾性較差，對(duì)安裝的要求十分嚴(yán)格。2020/12/1102、主要缺點(diǎn)2020/12/110三、氣體超聲波流量計(jì)工作原理

超聲波流量計(jì)以測(cè)量聲波在流動(dòng)介質(zhì)中傳播時(shí)間與流量的關(guān)系為原理，由超聲波轉(zhuǎn)換器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，在管道內(nèi)向逆流和順流方向傳播，其傳播時(shí)間差與被測(cè)氣體的軸向平均流速有關(guān)，通過測(cè)量傳播時(shí)間差就可以得出氣體的流速，進(jìn)而計(jì)算出流體的流量。再將壓力、溫度以及氣體組分上傳到流量計(jì)算機(jī)中進(jìn)行修正，即能得出標(biāo)況下的氣體流量。圖1超聲流量測(cè)量原理示意圖V2020/12/111三、氣體超聲波流量計(jì)工作原理超聲波流量計(jì)以測(cè)按圖1所示，順流和逆流傳播時(shí)間與各量之間的關(guān)系為：

式中：tu-超聲波在流體中逆流傳播的時(shí)間；

td-超聲波在流體中順流傳播的時(shí)間；

c-聲波在靜止流體中的傳播速度；

v-流體軸向流速；

L-聲道長(zhǎng)度；

x-聲道距離。

流體流速的表達(dá)式：圖1超聲流量測(cè)量原理示意圖

流量計(jì)算2020/12/112按圖1所示，順流和逆流傳播時(shí)間與各量之間的關(guān)系為：式中：

將測(cè)得的多個(gè)聲道的流體利用數(shù)學(xué)的函數(shù)關(guān)系聯(lián)合起來，得到管道平均流速：SVavg=

WnVnn=1n

式中：Vavg-軸向平均流速；

Vn-每個(gè)聲道測(cè)得的氣體流速；

Wn-權(quán)重因子，取決于探頭的分布情況。流量=流速*截面積2020/12/113將測(cè)得的多個(gè)聲道的流體利用數(shù)學(xué)的函數(shù)關(guān)系聯(lián)合起來，得四、超聲波流量計(jì)工作條件

根據(jù)GB/T18604-2001《用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》，流量計(jì)的工作條件為：1、天然氣氣質(zhì)流量計(jì)所測(cè)量的天然氣組分應(yīng)在GB17820和GB/T17747所規(guī)定的范圍內(nèi)，天然氣真實(shí)相對(duì)密度為0.55-0.80。如出現(xiàn)下列任一情況，應(yīng)向制造廠商提出相應(yīng)的專門要求：

CO2含量超過10%；在接近天然氣混合物臨界密度的條件下工作；總含硫量超過460mg/m3，包括硫醇、H2S和元素硫。2020/12/114四、超聲波流量計(jì)工作條件根據(jù)GB/T186

2、壓力流量計(jì)的工作壓力不低于0.1MPa（表壓）。同時(shí)超聲換能器對(duì)氣體的最小密度（是壓力的函數(shù)）有一定的要求，最低工作壓力應(yīng)保證聲脈沖在天然氣中能正常傳播。3、溫度流量計(jì)的工作溫度范圍（包括介質(zhì)溫度和環(huán)境溫度）為-22~55℃。4、流量范圍及流動(dòng)方向流量計(jì)的流量測(cè)量范圍由氣體實(shí)際流速確定，被測(cè)天然氣的流速范圍為0.3~30m/s。流量計(jì)具有雙向測(cè)量的能力，且雙向測(cè)量準(zhǔn)確度相同。2020/12/1152、壓力2020/12/115五、超聲波流量計(jì)的安裝、投運(yùn)及維護(hù)保養(yǎng)

安裝

1、一般保證流量計(jì)表體水平安裝，換能器安裝在水平管道上時(shí)，為避開管道頂部的氣隙和底部沉積的泥沙，盡可能安裝在與水平面成45°角的位置。2、換能器不能安裝在管道焊縫或法蘭安裝處。圖3避開空氣與泥沙2020/12/116五、超聲波流量計(jì)的安裝、投運(yùn)及維護(hù)保養(yǎng)安裝1、一般保證3、緊鄰流量計(jì)的上下游需安裝一定長(zhǎng)度的直管段，或在上游直管段規(guī)定位置安裝流動(dòng)調(diào)整器。上游最短直管段長(zhǎng)度為10DN，下游最短直管段長(zhǎng)度為5DN；雙向流動(dòng)時(shí)，上、下游上下游直管段均應(yīng)≥10DN。圖4超聲波流量計(jì)安裝示意圖2020/12/1173、緊鄰流量計(jì)的上下游需安裝一定長(zhǎng)度的直管段，或在上游直管段4、上下游直管段內(nèi)徑與流量計(jì)內(nèi)徑之差小于流量計(jì)內(nèi)徑的1%，其絕對(duì)值應(yīng)小于5mm。不得在連接部分出現(xiàn)臺(tái)階及突入的墊片等擾動(dòng)氣流的障礙。5、與流量計(jì)匹配的直管段，其內(nèi)壁應(yīng)無銹蝕及其他機(jī)械損傷。在組裝之前，應(yīng)去除流量計(jì)及其連接管內(nèi)的防銹油或沙石灰塵等附著物，使用中也應(yīng)隨時(shí)保持介質(zhì)流通通道的干凈、光滑。6、流量計(jì)的安裝應(yīng)盡可能避開振動(dòng)環(huán)境，尤其是可引起信號(hào)處理單元、超聲換能器等部件發(fā)生共振的環(huán)境。7、吹掃計(jì)量管路時(shí)，應(yīng)將流量計(jì)拆除，以直通短管代替。2020/12/1184、上下游直管段內(nèi)徑與流量計(jì)內(nèi)徑之差小于流量計(jì)內(nèi)徑的1%，其

投運(yùn)1、流量計(jì)投入使用前，應(yīng)按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程進(jìn)行檢定或?qū)嵙餍?zhǔn)；2、檢查各儀表、超聲波信號(hào)線和電源線連接是否連接完好，傳入控制室內(nèi)壓力、溫度、流量信號(hào)是否正確。3、打開進(jìn)口旁通閥，給管道緩慢充氣，然后再緩慢打開進(jìn)口閥門，給管道緩慢加壓，緩慢打開超聲波流量計(jì)下游出口閥門。4、檢查所有法蘭連接處、引壓接頭、溫度傳感器的插入接頭處是否有氣體泄露。2020/12/119投運(yùn)1、流量計(jì)投入使用前，應(yīng)按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程進(jìn)行檢定5、檢查流量數(shù)值是否處于超聲波流量計(jì)測(cè)量范圍，并通過調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥門控制流量。注意：1、超聲波流量計(jì)投運(yùn)中禁止對(duì)其進(jìn)行突然泄壓或提壓操作。2、流量計(jì)在啟用前，按要求進(jìn)行零流量測(cè)試（關(guān)閉流量計(jì)上下游閥門，使通過流量計(jì)的氣體流速為零，待管道內(nèi)氣體溫度穩(wěn)定后，讀取零流速讀數(shù)，要求零流速讀數(shù)應(yīng)小于12mm/s）。2020/12/1205、檢查流量數(shù)值是否處于超聲波流量計(jì)測(cè)量范圍，并通過調(diào)節(jié)流1、防止換能器被水浸泡，定期清理探頭上沉積的雜質(zhì)、水垢等，保證超聲探頭清潔；2、定期檢查換能器否松動(dòng)，發(fā)射面是否緊密地貼在管壁上；3、經(jīng)常檢查電源線和信號(hào)線有無破損、老化現(xiàn)象，保護(hù)好電纜外面的橡膠護(hù)套；4、流量計(jì)最高流速不能超30m/s，允許測(cè)量的最大流量為最大量程80%，不要過載運(yùn)行；

維護(hù)保養(yǎng)2020/12/1211、防止換能器被水浸泡，定期清理探頭上沉積的雜質(zhì)、水垢等，保5、經(jīng)常觀察儀表顯示收到信號(hào)的狀況，若有異常及時(shí)尋找原因，解決問題；6、定期檢查信號(hào)處理單元、聲道有無故障，零流量測(cè)量是否準(zhǔn)確；7、定期對(duì)流量計(jì)進(jìn)行檢定，檢定周期一般不超過2年。對(duì)插入式流量計(jì)，如流量計(jì)具有自診斷功能，且能夠保留報(bào)警記錄，也可每6年檢定一次，并每年在使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行使用中檢驗(yàn)。2020/12/1225、經(jīng)常觀察儀表顯示收到信號(hào)的狀況，若有異常及時(shí)尋找原因，解謝謝！謝謝！23超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)簡(jiǎn)介工作條件安裝、投運(yùn)及維護(hù)保養(yǎng)工作原理結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)22020/12/1超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)簡(jiǎn)介工作條件24超聲波流量計(jì)簡(jiǎn)介工作條件安裝、投運(yùn)及維護(hù)保養(yǎng)工作原理結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)2020/12/125超聲波流量計(jì)簡(jiǎn)介工作條件安裝、投運(yùn)及維護(hù)保養(yǎng)工作原理結(jié)構(gòu)形式一、氣體超聲波流量計(jì)簡(jiǎn)介氣體超聲波流量計(jì)的應(yīng)用始于20世紀(jì)90年代，是繼孔板流量計(jì)、渦輪流量計(jì)之后第三類適用于高壓、大口徑、高準(zhǔn)確度的天然氣流量計(jì)。是一種利用超聲束或超聲脈沖在流體中的傳輸特性（速度、相位）進(jìn)行流量測(cè)量的速度式流量計(jì)。

2020/12/126一、氣體超聲波流量計(jì)簡(jiǎn)介氣體超聲波流量計(jì)的應(yīng)用始于2超聲波流量計(jì)適用于不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量的測(cè)量，廣泛使用于：長(zhǎng)輸管線集氣系統(tǒng)海洋天然氣壓氣站氣體處理工廠高壓管線輸配管網(wǎng)

應(yīng)用場(chǎng)合2020/12/127超聲波流量計(jì)適用于不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量二、超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)

流量計(jì)包括一次儀表和二次儀表。

一次儀表主要由流量計(jì)表體、超聲波換能器和信號(hào)處理單元組成；二次儀表包括壓力變送器、溫度變送器和流量計(jì)算機(jī)。圖2超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖2020/12/128二、超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)流量計(jì)包1、一次儀表表體：包括上下游直管段，是最基本的部件，用于安裝換能器、信號(hào)處理單元等部件。換能器：將電能轉(zhuǎn)換成超聲波能量，發(fā)射到被測(cè)流體中，接收器接收超聲波信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。信號(hào)處理單元：處理換能器傳來的電壓信號(hào)，計(jì)算工況體積流量，將信息傳輸至流量計(jì)算機(jī)。2020/12/1291、一次儀表表體：包括上下游直管段，是最基本的部件，用于安裝2、二次儀表壓力變送器：測(cè)量氣體壓力；溫度變送器：測(cè)量氣體溫度；色譜分析儀：測(cè)量氣體組分；流量計(jì)算機(jī)：計(jì)算功能、顯示功能、組態(tài)功能、報(bào)警功能、輸出功能、通信功能。2020/12/1302、二次儀表壓力變送器：測(cè)量氣體壓力；2020/12/17

形式流量計(jì)按換能器安裝方式可分為插入式和外夾式兩種。接觸式流量計(jì)根據(jù)換能器數(shù)量不同，分為單聲道流量計(jì)、雙聲道流量計(jì)和多聲道流量計(jì)。超聲波流量計(jì)聲道的布置方式分為對(duì)射式、反射式和平行式。流量計(jì)的輸出方式有脈沖輸出、模擬量輸出和數(shù)字通訊輸出等。2020/12/131形式流量計(jì)按換能器安裝方式可分為插入式和外夾式兩種。20

優(yōu)缺點(diǎn)1、主要優(yōu)點(diǎn)工作原理簡(jiǎn)單；重復(fù)性好，測(cè)量精度高，線性好；量程比大，一般為1:20，甚至更高；不受氣體壓力、溫度或氣體組分變化的影響；測(cè)量管徑大，最大測(cè)量管徑可達(dá)10m；無可動(dòng)部件，無壓力損失，堅(jiān)固耐用。2020/12/132優(yōu)缺點(diǎn)1、主要優(yōu)點(diǎn)2020/12/192、主要缺點(diǎn)價(jià)格昂貴，只適用于大、中口徑；對(duì)上下游直管段長(zhǎng)度有要求；結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，故障排除較困難，抗干擾性較差，對(duì)安裝的要求十分嚴(yán)格。2020/12/1332、主要缺點(diǎn)2020/12/110三、氣體超聲波流量計(jì)工作原理

超聲波流量計(jì)以測(cè)量聲波在流動(dòng)介質(zhì)中傳播時(shí)間與流量的關(guān)系為原理，由超聲波轉(zhuǎn)換器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，在管道內(nèi)向逆流和順流方向傳播，其傳播時(shí)間差與被測(cè)氣體的軸向平均流速有關(guān)，通過測(cè)量傳播時(shí)間差就可以得出氣體的流速，進(jìn)而計(jì)算出流體的流量。再將壓力、溫度以及氣體組分上傳到流量計(jì)算機(jī)中進(jìn)行修正，即能得出標(biāo)況下的氣體流量。圖1超聲流量測(cè)量原理示意圖V2020/12/134三、氣體超聲波流量計(jì)工作原理超聲波流量計(jì)以測(cè)按圖1所示，順流和逆流傳播時(shí)間與各量之間的關(guān)系為：

式中：tu-超聲波在流體中逆流傳播的時(shí)間；

td-超聲波在流體中順流傳播的時(shí)間；

c-聲波在靜止流體中的傳播速度；

v-流體軸向流速；

L-聲道長(zhǎng)度；

x-聲道距離。

流體流速的表達(dá)式：圖1超聲流量測(cè)量原理示意圖

流量計(jì)算2020/12/135按圖1所示，順流和逆流傳播時(shí)間與各量之間的關(guān)系為：式中：

將測(cè)得的多個(gè)聲道的流體利用數(shù)學(xué)的函數(shù)關(guān)系聯(lián)合起來，得到管道平均流速：SVavg=

WnVnn=1n

式中：Vavg-軸向平均流速；

Vn-每個(gè)聲道測(cè)得的氣體流速；

Wn-權(quán)重因子，取決于探頭的分布情況。流量=流速*截面積2020/12/136將測(cè)得的多個(gè)聲道的流體利用數(shù)學(xué)的函數(shù)關(guān)系聯(lián)合起來，得四、超聲波流量計(jì)工作條件

根據(jù)GB/T18604-2001《用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》，流量計(jì)的工作條件為：1、天然氣氣質(zhì)流量計(jì)所測(cè)量的天然氣組分應(yīng)在GB17820和GB/T17747所規(guī)定的范圍內(nèi)，天然氣真實(shí)相對(duì)密度為0.55-0.80。如出現(xiàn)下列任一情況，應(yīng)向制造廠商提出相應(yīng)的專門要求：

CO2含量超過10%；在接近天然氣混合物臨界密度的條件下工作；總含硫量超過460mg/m3，包括硫醇、H2S和元素硫。2020/12/137四、超聲波流量計(jì)工作條件根據(jù)GB/T186

2、壓力流量計(jì)的工作壓力不低于0.1MPa（表壓）。同時(shí)超聲換能器對(duì)氣體的最小密度（是壓力的函數(shù)）有一定的要求，最低工作壓力應(yīng)保證聲脈沖在天然氣中能正常傳播。3、溫度流量計(jì)的工作溫度范圍（包括介質(zhì)溫度和環(huán)境溫度）為-22~55℃。4、流量范圍及流動(dòng)方向流量計(jì)的流量測(cè)量范圍由氣體實(shí)際流速確定，被測(cè)天然氣的流速范圍為0.3~30m/s。流量計(jì)具有雙向測(cè)量的能力，且雙向測(cè)量準(zhǔn)確度相同。2020/12/1382、壓力2020/12/115五、超聲波流量計(jì)的安裝、投運(yùn)及維護(hù)保養(yǎng)

安裝

1、一般保證流量計(jì)表體水平安裝，換能器安裝在水平管道上時(shí)，為避開管道頂部的氣隙和底部沉積的泥沙，盡可能安裝在與水平面成45°角的位置。2、換能器不能安裝在管道焊縫或法蘭安裝處。圖3避開空氣與泥沙2020/12/139五、超聲波流量計(jì)的安裝、投運(yùn)及維護(hù)保養(yǎng)安裝1、一般保證3、緊鄰流量計(jì)的上下游需安裝一定長(zhǎng)度的直管段，或在上游直管段規(guī)定位置安裝流動(dòng)調(diào)整器。上游最短直管段長(zhǎng)度為10DN，下游最短直管段長(zhǎng)度為5DN；雙向流動(dòng)時(shí)，上、下游上下游直管段均應(yīng)≥10DN。圖4超聲波流量計(jì)安裝示意圖2020/12/1403、緊鄰流量計(jì)的上下游需安裝一定長(zhǎng)度的直管段，或在上游直管段4、上下游直管段內(nèi)徑與流量計(jì)內(nèi)徑之差小于流量計(jì)內(nèi)徑的1%，其絕對(duì)值應(yīng)小于5mm。不得在連接部分出現(xiàn)臺(tái)階及突入的墊片等擾動(dòng)氣流的障礙。5、與流量計(jì)匹配的直管段，其內(nèi)壁應(yīng)無銹蝕及其他機(jī)械損傷。在組裝之前，應(yīng)去除流量計(jì)及其連接管內(nèi)的防銹油或沙石灰塵等附著物，使用中也應(yīng)隨時(shí)保持介質(zhì)流通通道的干凈、光滑。6、流量計(jì)的安裝應(yīng)盡可能避開振動(dòng)環(huán)境，尤其是可引起信號(hào)處理單元、超聲換能器等部件發(fā)生共振的環(huán)境。7、吹掃計(jì)量管路時(shí)，應(yīng)將流量計(jì)拆除，以直通短管代替。2020/12/1414、上下游直管段內(nèi)徑與流量計(jì)內(nèi)徑之差小于流量計(jì)內(nèi)徑的1%，其

投運(yùn)1、流量計(jì)投入使用前，應(yīng)按相應(yīng)國