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        氣體超聲波流量計(jì)在線安裝密封裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

        2020-07-24 06:01:12薛冬晨魯紹軍王德賓
        冶金動(dòng)力 2020年6期
        關(guān)鍵詞:球閥圓筒換能器

        薛冬晨,魯紹軍,王德賓,陳 希

        (北京首鋼股份有限公司,河北遷安 064404)

        1 概述

        流量計(jì)量是科學(xué)計(jì)量的重要組成部分,在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用,在冶金企業(yè)中的能源計(jì)量、貿(mào)易結(jié)算、過程監(jiān)控等方面都起到非常重要的作用。

        和傳統(tǒng)的流量計(jì)相比,插入式氣體超聲波流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)有:介質(zhì)中間不需過多安裝組件,不會(huì)改變流場分布,壓力損失??;不易受介質(zhì)溫度、粘度等特性的影響;靈敏度高,能檢測微小流速的變化;量程比大,通用性好,可雙向測量等。

        其原理是通過檢測氣體流動(dòng)對超聲波的作用。發(fā)射端超聲波換能器受到電路控制系統(tǒng)的脈沖激勵(lì)后可振動(dòng)產(chǎn)生超聲波,其經(jīng)過氣體介質(zhì)傳播到接收端換能器,之后經(jīng)過信號(hào)處理供給到顯示和積算系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)流量的實(shí)時(shí)測量和顯示。

        氣體超聲波流量計(jì)的超聲信號(hào)是利用超聲波換能器(探頭)來發(fā)射和接收,因此換能器安裝角度、位置以及聲道的布置情況是準(zhǔn)確獲取氣體流場信息的關(guān)鍵因素。換能器在管段中的安裝位置對流量計(jì)測量精度有著較大影響,一方面,換能器會(huì)影響聲道實(shí)際長度,從而影響時(shí)差法計(jì)算結(jié)果,導(dǎo)致流量計(jì)測量誤差:另一方面,換能器會(huì)影響流場形態(tài)的分布,從而影響聲道線速度的測量,導(dǎo)致流量計(jì)測量誤差。因此,換能器的精確定位對安裝效應(yīng)會(huì)從兩個(gè)方面影響流量計(jì)測量精度。

        通過對流量計(jì)安裝過程的分析,計(jì)算專用流量計(jì)換能器插入深度及管道外預(yù)留長度,進(jìn)行繪圖、加工專用密封裝置,實(shí)現(xiàn)氣體超聲波流量計(jì)在線安裝。

        氣體超聲波流量計(jì)的安裝,特別是在正常生產(chǎn)過程中,保障安裝過程施工安全的前提下,加工密封裝置的精度、安裝施工水平高低,直接影響計(jì)量精度。這就需要有一個(gè)計(jì)算精確,專用儀表專門定制的密封裝置,來實(shí)現(xiàn)儀表的安全、準(zhǔn)確安裝。

        2 系統(tǒng)構(gòu)成

        氣體超聲波流量計(jì)密封裝置,包括管道短節(jié)、切斷球閥、旋轉(zhuǎn)壓緊器、密封圓筒及圓筒內(nèi)隔板構(gòu)成,見圖1。其特征在于,在流量計(jì)探頭(換能器)安裝前達(dá)到良好的密封效果,在不影響生產(chǎn)的條件下進(jìn)行開孔安裝,安全可靠。

        圖1 探頭及裝置結(jié)構(gòu)示意圖

        (1)密封系統(tǒng),管道短節(jié)與配套球閥相連接,直徑與球閥相同,根據(jù)探頭直徑選取。

        (2)切斷球閥用于切斷介質(zhì),與外界隔絕;在開孔過程中打開,開孔完畢后關(guān)閉,隔絕空氣,進(jìn)行密封裝置填充,最后開閥安裝換能器。

        (3)旋轉(zhuǎn)壓緊器,先讓換能器穿過壓緊器,對密封圓筒進(jìn)行填充密封填料,用于壓緊填充的密封填料。

        (4)密封圓筒還包括圓筒內(nèi)隔板及密封填料,用于保證換能器插入管道深度定位,并在內(nèi)部填充密封填料,保證密封效果;

        (5)圓環(huán)隔板,兩缺口設(shè)計(jì)保證換能器前端能順利通過密封圓筒的最小空間,圓環(huán)隔板來定位密封填料深度。

        3 密封裝置設(shè)計(jì)與安裝

        氣體超聲波流量計(jì)安裝時(shí),由于管段安裝誤差等因素引起流場的非理想分布,造成流量計(jì)測量精度降低,流量計(jì)的測量會(huì)受到較大干擾。工業(yè)環(huán)境中,管段流動(dòng)很難達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),所以流場中必然存在各種波動(dòng)。流量計(jì)生產(chǎn)及應(yīng)用中,對流場影響較大的還有管段直徑、管段內(nèi)壁的粗糙程度、管段安裝同軸度誤差等因素。

        為了解決上述問題,本設(shè)計(jì)提出了一種超聲波流量計(jì)密封裝置,既保障了安裝過程中的施工安全,避免有毒氣體泄漏,又能保證換能器安裝位置,減小誤差,并對本裝置的制作及應(yīng)用方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

        在流量計(jì)密封裝置定制時(shí),首先要明確安裝需求,計(jì)算流量計(jì)及裝置加工詳細(xì)數(shù)據(jù),本裝置以DN900 焦?fàn)t煤氣流量安裝為例,流量計(jì)探頭最大直徑為32 mm,選用DN50 球閥,首先,計(jì)算插入深度,一般為管道直徑的四分之一,

        保證焊接距離,短節(jié)?。篸2=70 mm;

        DN50球閥長度:d3=178 mm;

        短節(jié)法蘭厚度:d4=25.5 mm;

        管道壁厚:d5=10 mm;

        密封圓筒高度為:

        dm=L-d1-d2-d3-d4-d5-k=321.5 mm;

        L 為換能器法蘭到最前端距離,經(jīng)測量L=850 mm,k為3個(gè)密封墊及焊縫寬度,取20 mm。由此可確保換能器插入管道深度,保證流量計(jì)計(jì)量精度。

        圓環(huán)隔板開孔大小的選取,探頭最前端有圓柱形結(jié)構(gòu),長度為42 mm,取圓環(huán)內(nèi)徑為40 mm,在圓環(huán)內(nèi)部對稱加工兩缺口,使其長度最大處達(dá)到45 mm,一方面可令探頭順利通過圓環(huán);另一方面,可以定位密封填料最前端,保證圓筒內(nèi)通過探頭的最小空間,達(dá)到密封效果。

        在流量計(jì)安裝前,將短節(jié)定位并焊接至管道外壁,連接球閥及開孔器,進(jìn)行電動(dòng)或人工助力開孔,開孔完成后關(guān)閉球閥,撤下開孔器,將本裝置與球閥相連接,插入超聲波流量計(jì)換能器,在密封裝置中填入專業(yè)密封填料,球閥開閥前要填滿密封填料,壓緊后要與外界空氣隔絕后再開閥。本裝置可根據(jù)不同口徑流量計(jì)的換能器進(jìn)行定制。

        應(yīng)用本裝置前,先將管道短節(jié)焊接于管道側(cè)壁,連接球閥,利用開孔器開孔施工,完成后將密封圓筒連接在球閥另一端,插入探頭使其通過圓筒內(nèi)圓環(huán)至球閥處,填充密封填料后開閥固定探頭,見圖2。

        圖2 密封裝置結(jié)構(gòu)示意圖

        管道短節(jié)與封閉球閥相連接,球閥的另一端與密封圓筒固定,密封圓筒內(nèi)部焊接了對稱缺口的圓環(huán)隔板,在成型前,密封圓筒是分體的兩部分,一部分一端焊接法蘭,一端焊接隔板,再與焊接法蘭的另一部分相連,成為一個(gè)內(nèi)部有圓環(huán)隔板的圓筒,最上部分為旋轉(zhuǎn)壓緊器,用于固定密封填料。圓環(huán)隔板開孔大小的選取經(jīng)測量、計(jì)算,一方面可使探頭順利通過圓環(huán),另一方面,可以定位密封填料最前端,保證圓筒內(nèi)通過探頭的最小空間,達(dá)到密封效果。

        參見圖3,其中,換能器在安裝時(shí),先將旋轉(zhuǎn)壓緊器套至底部,再通過圓筒內(nèi)的圓環(huán)隔板,直至球閥上部,插入前測量好插入深度,保證開發(fā)后能直接伸入管道內(nèi)部。

        應(yīng)用本裝置實(shí)施流量計(jì)換能器安裝時(shí),要確?,F(xiàn)場及管網(wǎng)滿足施工條件,管道內(nèi)壓力滿足開孔要求,注意在加工時(shí)測算好密封效果最高的最小余量,確保不漏氣,換能器插入圓筒內(nèi),球閥開閥前要填滿密封填料,壓緊后要與外界空氣隔絕后再開閥。本裝置可根據(jù)不同口徑流量計(jì)的換能器進(jìn)行定制。

        圖3 換能器安裝示意圖

        4 結(jié)論

        本設(shè)計(jì)為氣體超聲波流量計(jì)量身定制,也可推廣至其它介質(zhì)管道的流量計(jì)在線安裝應(yīng)用,既保證了生產(chǎn)的連續(xù)性,又能減小流量計(jì)安裝過程中帶來的誤差,更重要的是有效提高了設(shè)備安裝安全性,為此類設(shè)備的在線安裝提供了有效依據(jù),可不必完全依賴進(jìn)口設(shè)備,為此領(lǐng)域內(nèi)設(shè)備全國產(chǎn)化奠定基礎(chǔ);并推動(dòng)了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,在冶金企業(yè)中的能源計(jì)量、貿(mào)易結(jié)算、過程監(jiān)控等方面都起到非常重要的作用。

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