Αρχή της μη επεμβατικής τεχνολογίας μέτρησης ροής υπερήχων

Τι είναι η μη επεμβατική μέτρηση;

Ο όρος "μη-εισβολικός" αναφέρεται σε μια θεμελιώδη φιλοσοφία σχεδιασμού: οι αισθητήρες μέτρησης παραμένουν εντελώς εξωτερικοί του σωλήνα, χωρίς να διαπερνούν ποτέ το τοίχωμα του σωλήνα ή να έρχονται σε επαφή με το ρέον μέσο. Αυτό έρχεται σε έντονη αντίθεση με τους παραδοσιακούς μετρητές ροής που απαιτούν κοπή σε σωλήνες, τοποθέτηση φλάντζες ή τοποθέτηση αισθητήρων απευθείας στη διαδρομή ροής.

Οι μη παρεμβατικοί μετρητές ροής υπερήχων χρησιμοποιούν μορφοτροπείς τοποθετημένους στην εξωτερική επιφάνεια του σωλήνα χρησιμοποιώντας σφιγκτήρα-σε εξαρτήματα. Αυτοί οι μορφοτροπείς μεταδίδουν και λαμβάνουν υπερηχητικά σήματα που περνούν μέσα από το τοίχωμα του σωλήνα, μέσω του ρέοντος ρευστού και πίσω μέσω του απέναντι τοιχώματος του σωλήνα-όλα χωρίς να διακυβεύεται η δομική ακεραιότητα ή η καθαρότητα του συστήματος σωληνώσεων.

Σε πολλές βιομηχανίες, αυτός ο σφιγκτήρας-στο, εκτός-του-σωλήνα περιγράφεται επίσης με όρους όπωςμη επεμβατικό ροόμετρο υπερήχων, a μετρητής ροής υπερήχων χωρίς επαφή, ή έναεξωτερικός μετρητής ροής υπερήχων-όλα τονίζοντας ότι οι αισθητήρες παραμένουν εκτός του σωλήνα και δεν αγγίζουν το μέσο.

Βασικές Αρχές Μέτρησης

Οι μη παρεμβατικοί μετρητές ροής υπερήχων λειτουργούν με δύο ξεχωριστές φυσικές αρχές, καθεμία από τις οποίες ταιριάζει σε διαφορετικές απαιτήσεις εφαρμογής:

Συγκοινωνία-Μέτρηση χρόνου (Χρόνος-της-Μέθοδος πτήσης)

Οαρχή του χρόνου διέλευσης-εκμεταλλεύεται μια θεμελιώδη ιδιότητα της διάδοσης του ήχου: τα υπερηχητικά κύματα ταξιδεύουν πιο γρήγορα όταν κινούνται με την κατεύθυνση ροής και πιο αργά όταν κινούνται αντίθετα.

Τεχνολογικά Πλεονεκτήματα:

Ακρίβεια:Επιτυγχάνει ακρίβεια ±0,5% (τα μοντέλα υψηλών προδιαγραφών φτάνουν το ±0,2%)

Ευρύ φάσμα ταχυτήτων:Μετρά από 0,01 έως 12 m/s

Ανεξαρτησία υγρών:Δεν επηρεάζεται από την πυκνότητα, το ιξώδες, την αγωγιμότητα ή τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας

Δυνατότητα αμφίδρομης κατεύθυνσης:Ανιχνεύει και μετρά αυτόματα την αντίστροφη ροή

Απαιτήσεις εφαρμογής:

Καθαριότητα υγρών:Τα αιωρούμενα σωματίδια πρέπει να παραμένουν κάτω από 50 mg/L

Περιεκτικότητα σε φυσαλίδες αερίου:Δεν πρέπει να υπερβαίνει το 2% κατ' όγκο

Κατάσταση σωλήνα:Πρέπει να γεμίσει πλήρως με υγρό

Διαύγεια σήματος:Απαιτεί σχετικά καθαρή ακουστική διαδρομή για μετάδοση σήματος

Μέτρηση φαινομένου Doppler

Η αρχή Doppler αξιοποιεί τη μετατόπιση συχνότητας που συμβαίνει όταν τα υπερηχητικά κύματα αντανακλούν κινούμενα σωματίδια ή φυσαλίδες μέσα στο υγρό.

Τεχνολογικά Πλεονεκτήματα:

Ανοχή σωματιδίων:Ειδικά σχεδιασμένο για υγρά που περιέχουν αιωρούμενα στερεά ή φυσαλίδες

Ανοσία φυσαλίδων: High gas content (>2%) δεν επηρεάζει τη μέτρηση

Κόστους αποδοτικότητας:Γενικά λιγότερο ακριβά από τα συστήματα χρόνου συγκοινωνίας-

Στιβαρή λειτουργία:Λειτουργεί αξιόπιστα σε δύσκολα βιομηχανικά περιβάλλοντα

Απαιτήσεις εφαρμογής:

Ελάχιστη συγκέντρωση σωματιδίων:Απαιτεί τουλάχιστον 100 ppm σωματιδίων ή φυσαλίδων μεγαλύτερες από 100 μικρά

Δεν είναι κατάλληλο για εξαιρετικά-καθαρά υγρά:Το απεσταγμένο νερό, το συμπύκνωμα ή τα υγρά φαρμακευτικής ποιότητας-στερούνται επαρκών ανακλαστήρων

Περιορισμοί ακρίβειας:Συνήθως ±1-2% σε σύγκριση με ±0,5% για συστήματα χρόνου διέλευσης

Βασικά πλεονεκτήματα των μη επεμβατικών μετρητών ροής υπερήχων

Ευκολία εγκατάστασης

Το πιο άμεσο και επιτακτικό πλεονέκτημασφιγκτήρας-σε μετρητές ροής υπερήχωνείναι η εξαιρετικά απλή διαδικασία εγκατάστασης τους. Επειδή οι αισθητήρες παραμένουν εκτός του σωλήνα, αμετρητής ροής υπερήχων χωρίς επαφήΗ προσέγγιση μπορεί συχνά να εφαρμοστεί χωρίς διακοπή λειτουργίας, αποστράγγιση ή κοπή στον αγωγό.

Παραδοσιακή Διαδικασία Ενσωματωμένης Εγκατάστασης:

Κλείστε τις λειτουργίες και αποστραγγίστε τον αγωγό

Εκσκαφή επαρκούς χώρου εργασίας (ενδέχεται να απαιτείται πρόσβαση γερανού)

Κόψτε τον σωλήνα για να δημιουργήσετε σημεία εγκατάστασης

Συγκολλήστε φλάντζες ή συνδέσεις με σπείρωμα

Ανυψώστε και τοποθετήστε το σώμα του μετρητή ροής

Πλήρης δοκιμή πίεσης και έλεγχοι διαρροών

Λειτουργίες επαναφοράς

Σφιγκτήρας-Στη διαδικασία εγκατάστασης με υπερήχους:

Καθαρίστε την εξωτερική επιφάνεια του σωλήνα

Εφαρμόστε ζελέ ακουστικής σύζευξης

Συνδέστε τους σφιγκτήρες του μορφοτροπέα στον σωλήνα

Συνδέστε τις παραμέτρους καλωδίωσης και εισόδου

Επαληθεύστε την ποιότητα του σήματος και ξεκινήστε τη μέτρηση

Σφιγκτήρας-Στις απαιτήσεις μεθόδου:

Ελάχιστη έκθεση σωλήνα (μόνο περιοχή τοποθέτησης αισθητήρα)

Συμβατό με στενό χώρο (μπορεί να λειτουργήσει σε απόσταση 0,5 μέτρων)

Δεν χρειάζεται βαρύς εξοπλισμός

Φιλικό υπόγειο και εναέριο σωλήνα

Αυτό το συμπαγές αποτύπωμα εγκατάστασης είναι ιδιαίτερα πολύτιμο σε:

• Συμφορημένες αστικές υποδομές
• Εφαρμογές μετασκευής σε υπάρχουσες εγκαταστάσεις
• Υπόγειες εφαρμογές χρησιμότητας
• Υπεράκτιες πλατφόρμες με περιορισμένο χώρο στο κατάστρωμα

Συνολικά οικονομικά οφέλη

Άμεση εξοικονόμηση κόστους: 40-75% Μείωση κόστους εγκατάστασης

Τα οικονομικά πλεονεκτήματα εκτείνονται πολύ πέρα ​​από την ευκολία εγκατάστασης. Σε πολλά σενάρια μετασκευής και συντήρησης, έναεξωτερικός μετρητής ροής υπερήχωνμπορεί να μειώσει την πολυπλοκότητα της εγκατάστασης και το σχετικό κόστος διακοπής λειτουργίας, επειδή αποφεύγει τη διείσδυση σωλήνων, τη συγκόλληση και τα βήματα επανα{0}}πιστοποίησης.

Τεχνικές Επιδόσεις

Χωρίς κινούμενα μέρη

Το πιο αξιόπιστο μηχάνημα είναι αυτό χωρίς κινούμενα μέρη. Ο σφιγκτήρας-σε μετρητές ροής υπερήχων αποτελεί παράδειγμα αυτής της αρχής.

Σύγκριση μέσου χρόνου μεταξύ αποτυχιών (MTBF).

Ο σφιγκτήρας-σε μετρητές υπερήχων διαρκεί 5-10 φορές περισσότερο από τους μηχανικούς μετρητές ροής με σημαντικά λιγότερες λειτουργίες αστοχίας.

Εξαιρετική ακρίβεια και επαναληψιμότητα

Οι σύγχρονοι μη παρεμβατικοί μετρητές ροής υπερήχων παρέχουν απόδοση μέτρησης συγκρίσιμη ή μεγαλύτερη από τα παραδοσιακά ενσωματωμένα σχέδια.

Περιοχές Εφαρμογής

Χημικά / Μεταποίηση

Χημικά, πετροχημικά και γενικά βιομηχανικά συστήματα νερού: διαδικτυακή μέτρηση κυκλοφορούντος νερού, νερό επεξεργασίας, διαλύματα κ.λπ.

Μέτρηση ροής διαβρωτικών μέσων (η συμβατότητα υλικού είναι δύσκολη) ή εφαρμογές υγιεινής/καθαρισμού (όπου το άνοιγμα του σωλήνα μπορεί να προκαλέσει μόλυνση). Ο σφιγκτήρας-σε μετρητές υπερήχων έχει ένα σαφές πλεονέκτημα επειδή υπάρχει μηδενική επαφή με το μέσο-ένας λόγος που συχνά αναφέρονται ωςμη επεμβατικήμετρητής ροής υπερήχωνδιάλυμα σε κρίσιμες σωληνώσεις-ευαίσθητες σε διάβρωση ή υγιεινή-.

Βιομηχανία πετρελαίου, φυσικού αερίου και ενέργειας (κυρίως για παρακολούθηση διεργασιών / επαλήθευση συντήρησης)

Σωληνώσεις υγρών εντός σταθμών ή εγκαταστάσεων, προσωρινές μετρήσεις κατά τη συντήρηση, επαλήθευση κατάστασης λειτουργίας, ανίχνευση διαρροών και αντιμετώπιση προβλημάτων μη φυσιολογικής κατάστασης.

Ορισμένες λύσεις μπορούν επίσης να καλύψουν απαιτήσεις μέτρησης αερίων/ατμού και άλλες μη παρεμβατικές-απαιτήσεις, ανάλογα με το μοντέλο του μετρητή και τις συνθήκες λειτουργίας.

Δημοτική Προστασία Νερού και Περιβάλλοντος

Μεταφορά και διανομή ακατέργαστου και πόσιμου νερού, περιοχές μέτρησης περιοχής (DMA) και παρακολούθηση ροής αγωγών αντλιοστάσιων.

Εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων: εισροή και εκροή, αγωγοί επιστροφής / λυματολάσπης-σχετικοί αγωγοί και καταγραφή ροής σε τμήματα διεργασίας.

Ανίχνευση διαρροών / διερεύνηση μη φυσιολογικής ροής και επαλήθευση λειτουργίας & συντήρησης (εγκατάσταση χωρίς κοπή του σωλήνα).

Προσωρινή μέτρηση, έλεγχοι αποθέματος και "επαλήθευση μετρητών"

Προσωρινή δοκιμή ροής, εξισορρόπηση και θέση σε λειτουργία συστήματος και επαλήθευση ακρίβειας υφιστάμενων οργάνων.

Οι φορητοί σφιγκτήρες-σε μετρητές υπερήχων χρησιμοποιούνται πολύ συχνά για βραχυπρόθεσμες δοκιμές και επιθεωρήσεις.

Βασικά σημεία εγκατάστασης

Επιβεβαίωση εγκατάστασης: προσδιορίστε εάν η εφαρμογή είναι κατάλληλη για μη-μέτρηση ροής με υπερήχους

Ο αγωγός πρέπει να είναι τελείως γεμάτος (οι μη{0}}γεμάτοι σωλήνες θα προκαλέσουν σοβαρά σφάλματα ή αστάθεια).

Η κατακόρυφη ανοδική ροή είναι συνήθως ευκολότερη για να διατηρείται ο σωλήνας γεμάτος. για κατακόρυφη ροή προς τα κάτω, πρέπει να εξασφαλιστεί επαρκής αντίθλιψη για τη διατήρηση ενός γεμάτου σωλήνα.

Το μέσο θα πρέπει κατά προτίμηση να είναι μονοφασικό-, με λίγες φυσαλίδες και χαμηλή περιεκτικότητα σε στερεά.

Θέση εγκατάστασης: ευθείες διαδρομές σωλήνων και αποφυγή φυσαλίδων/καθίζησης

Επιλέξτε το μεγαλύτερο δυνατό ευθύ τμήμα σωλήνα. Η κοινή πρακτική μηχανικής απαιτεί: ανάντη μεγαλύτερη από ή ίση με 10D, κατάντη μεγαλύτερη από ή ίση με 5D (D είναι η διάμετρος του σωλήνα).

Μην τοποθετείτε στο επάνω ή στο κάτω μέρος των οριζόντιων σωλήνων: το επάνω μέρος είναι επιρρεπές στη συσσώρευση αερίων και το κάτω μέρος είναι επιρρεπές σε εναπόθεση ιζημάτων. Συνιστάται συνήθως η εγκατάσταση στις θέσεις 2–4 η ώρα ή 8–10 η ώρα.

Κρατήστε το μακριά από πηγές ισχυρών ενοχλήσεων, όπως εξόδους αντλίας, βαλβίδες, γωνίες και μειωτήρες (οι διαταραχές παραμορφώνουν το προφίλ ροής και προκαλούν ασταθείς ενδείξεις).

Προετοιμασία επιφάνειας εξωτερικού σωλήνα

Καθαρίστε επιστρώσεις, διάβρωση και γρέζια στο σημείο εγκατάστασης. η επιφάνεια πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο λεία. Η ελαφριά λείανση είναι αποδεκτή εάν είναι απαραίτητο, αλλά μην καταστρέφετε την καμπυλότητα του σωλήνα.

Επιλέξτε ένα μέσο ζεύξης (σύζευξη) συμβατό με τη θερμοκρασία και το υλικό και εφαρμόστε το ομοιόμορφα χωρίς κενά.

Εγκατάσταση μορφοτροπέα: προσανατολισμός, απόσταση και μέθοδος τοποθέτησης

Τοποθετήστε τους ανιχνευτές ακριβώς σύμφωνα με την απόσταση που υπολογίζεται από το όργανο. δώστε προσοχή στον προσανατολισμό του αισθητήρα, τα βέλη και τις απαιτήσεις κατεύθυνσης καλωδίου (πολλά εγχειρίδια καθορίζουν ρητά τον σωστό προσανατολισμό και τα σημεία αναφοράς απόστασης).

Χρησιμοποιούνται δύο κοινές διαμορφώσεις: μέθοδος V (ανακλαστική) και μέθοδος Z (άμεση). Η επιλογή εξαρτάται από τη διάμετρο του σωλήνα, την εξασθένηση και την ποιότητα του σήματος. όταν το σήμα είναι αδύναμο, η μετάβαση στη μέθοδο Z κάνει συχνά την απόκτηση σήματος ευκολότερη.

Στερεώστε τους ανιχνευτές σταθερά με σφιγκτήρες ή χαλύβδινους ιμάντες για να αποτρέψετε τη μετατόπιση λόγω-μακροχρόνιων κραδασμών. μην αφήνετε τους ανιχνευτές να «αναρτώνται από τα καλώδια».

Μέθοδοι διαμόρφωσης εγκατάστασης

Οι μη παρεμβατικοί μετατροπείς μπορούν να τοποθετηθούν σε διάφορες διαμορφώσεις, καθεμία από τις οποίες βελτιστοποιείται για διαφορετικά μεγέθη σωλήνων και απαιτήσεις μέτρησης:

V-Μέθοδος (αντανακλαστική):

Και οι δύο μετατροπείς τοποθετούνται στην ίδια πλευρά του σωλήνα, με τη δέσμη υπερήχων να ανακλάται από το απέναντι τοίχωμα του σωλήνα. Αυτή η διαμόρφωση ταιριάζει σε σωλήνες με διάμετρο από 20 mm έως 300 mm και παρέχει εξαιρετική ισχύ σήματος για μικρότερες ακουστικές διαδρομές.

Ζ-Μέθοδος (άμεση):

Οι μορφοτροπείς τοποθετούνται σε αντίθετες πλευρές του σωλήνα με τη δέσμη υπερήχων να ταξιδεύει απευθείας μεταξύ τους. Αυτή η μέθοδος είναι η βέλτιστη για σωλήνες με διάμετρο από 100 mm έως 500 mm, προσφέροντας την πιο άμεση διαδρομή σήματος και την υψηλότερη ακρίβεια για σωλήνες μεσαίου μεγέθους-.

W-Μέθοδος (Διπλή αντανάκλαση):

Χρησιμοποιείται για σωλήνες μικρής-διαμέτρου (15 mm έως 50 mm), η δέσμη υπερήχων ανακλάται δύο φορές μέσα στο σωλήνα, τριπλασιάζοντας ουσιαστικά το μήκος της ακουστικής διαδρομής για να βελτιώσει την ανάλυση και την ευαισθησία της μέτρησης για χαμηλούς ρυθμούς ροής.

Η επιλογή μεταξύ αυτών των μεθόδων εξαρτάται από τη διάμετρο του σωλήνα, το πάχος του τοιχώματος, το υλικό και την απαιτούμενη ακρίβεια, με τους σύγχρονους μετρητές ροής να συστήνουν αυτόματα τη βέλτιστη διαμόρφωση με βάση τις εισαγόμενες παραμέτρους.