Montaż i uruchomienie przepływomierza ultradźwiękowego zaciskowego: Przewodnik terenowy z użyciem GE PT878 i Yokogawa ADMAG Series

Dlaczego dokładność danych o rurze decyduje o wydajności miernika

Mierniki ultradźwiękowe mocowane na rurze mierzą różnicę czasu przejścia między impulsami w górę i w dół przepływu. Ta różnica jest proporcjonalna do prędkości płynu. Miernik przelicza prędkość na przepływ objętościowy, wykorzystując pole przekroju poprzecznego rury. Błąd 1 mm w grubości ścianki przesuwa odległość między przetwornikami i wprowadza systematyczny błąd 2 do 3%. GE PT878 wymaga czterech danych wejściowych: średnicy zewnętrznej, grubości ścianki, materiału rury oraz materiału wykładziny.

Po pierwsze, zmierz średnicę zewnętrzną za pomocą taśmy Pi — nie suwmiarką. Taśmy Pi uwzględniają odchylenia od okrągłości rury i zapewniają dokładność do 0,1 mm. Po drugie, zmierz grubość ścianki za pomocą ultradźwiękowego miernika. Korozja powoduje, że rzeczywista grubość ścianki różni się o 1 do 3 mm od danych nominalnych. Po trzecie, wybierz właściwy materiał rury. GE PT878 przechowuje wartości referencyjne dla stali (5900 m/s), PVC (2340 m/s), żeliwa (4500 m/s) i stali nierdzewnej (5800 m/s). Błędne wprowadzenie materiału zmienia geometrię drogi akustycznej i powoduje nieprawidłowe odstępy. Jako alternatywę dla pomiaru przepływu elektromagnetycznego w linii, elektromagnetyczny przepływomierz ABB FSM4000 zapewnia wysoką dokładność pomiaru zwilżonego dla przewodzących cieczy, gdy dokładność mocowanego ultradźwiękowego jest niewystarczająca.

Konfiguracja przetworników: metoda V, metoda W i metoda Z

Metoda V nadaje się do rur o średnicach od 25 do 300 mm. Sygnał akustyczny odbija się jednokrotnie od przeciwległej ścianki rury. Ta konfiguracja jest domyślna dla większości zastosowań z czystymi cieczami. Odległość między przetwornikami na rurze stalowej o średnicy 150 mm (ściana 10 mm, woda) zwykle wynosi od 110 do 140 mm. Metoda W wykorzystuje dwa odbicia i nadaje się do małych rur o średnicy od 13 do 50 mm. Jednak metoda W wymaga minimalnej siły sygnału 60% na wyświetlaczu GE PT878 — poniżej 50% odczyt staje się niewiarygodny.

Metoda Z umieszcza przetworniki bezpośrednio naprzeciwko siebie bez odbić. Metodę Z stosuje się na dużych rurach powyżej 300 mm, przy cieczach z zawartością cząstek powyżej 3% stałych lub na rurach z wewnętrzną warstwą kamienia lub wykładziną. Seria Yokogawa ADMAG RSF zaleca metodę Z dla wszystkich rur powyżej DN300. W instalacjach poziomych montuj przetworniki na pozycjach 3 i 9 godzinie. Nigdy nie montuj na pozycji 12 godzin, gdzie gromadzą się kieszenie gazowe.

Zastosowanie związku sprzęgającego i przygotowanie powierzchni

Słabe sprzężenie między przetwornikiem a powierzchnią rury jest najczęstszą przyczyną niskiej jakości sygnału. GE dostarcza żel Soundout do wysokich temperatur do 90°C oraz lepki Couplant D do temperatur do 175°C. Nie zastępuj smaru silikonowego hydraulika — jego niedopasowanie impedancji akustycznej do stali zmniejsza transmisję sygnału o 15 do 25 dB.

• Krok 1: Usuń luźny kamień, farbę i korozję z obszaru pomiarowego za pomocą szczotki drucianej lub szlifierki kątowej. Powierzchnia rury musi być gołym metalem, czysta i gładka.
• Krok 2: Nałóż związek sprzęgający w postaci okrągłej warstwy o średnicy 5 do 8 mm na środek powierzchni przetwornika.
• Krok 3: Mocno dociśnij przetwornik i obróć go o 10 stopni przed zamocowaniem opaski zaciskowej. To rozbija pęcherzyki powietrza w warstwie związku i poprawia jednolitość kontaktu.

Weryfikacja jakości sygnału i sześciostopniowa izolacja usterek

GE PT878 wyświetla siłę sygnału w procentach. Powyżej 75% oznacza dobre sprzężenie. Między 50% a 75% jest marginalne. Poniżej 50% dane są niewiarygodne. Yokogawa ADMAG pokazuje współczynnik korelacji — powyżej 0,98 oznacza wiarygodny pomiar, poniżej 0,95 wymaga zmiany położenia.

• Krok 1: Ponownie sprawdź wartości średnicy zewnętrznej i grubości ścianki rury. Błąd 2 mm w grubości ścianki przesuwa odległość między przetwornikami o 5 do 8 mm na rurze 150 mm.
• Krok 2: Wyczyść powierzchnię przetwornika i rury. Wyschnięty związek sprzęgający lub cząstki rdzy powodują rozpraszanie akustyczne, które zmniejsza sygnał o 20 dB.
• Krok 3: Sprawdź obecność gazu lub silnego napowietrzenia cieczy. Pęcherzyki gazu całkowicie rozpraszają sygnały ultradźwiękowe. Przenieś punkt pomiarowy dalej w dół rury.
• Krok 4: Przełącz się z metody V na metodę Z na rurach z wewnętrznym kamieniem lub wykładziną powyżej 3 mm. Metoda Z zmniejsza liczbę przekroczeń drogi akustycznej i utrzymuje siłę sygnału na zdegradowanych wnętrzach rur.
• Krok 5: Sprawdź odczyt prędkości dźwięku. Woda w 20°C ma prędkość 1484 m/s. Lekka ropa naftowa odczytuje 1300 do 1400 m/s. Odchylenie powyżej 5% od wartości referencyjnej wskazuje, że przetworniki sprzęgają się z kieszenią gazową lub warstwą kamienia, a nie z objętością cieczy.
• Krok 6: Zweryfikuj liczbę Reynoldsa. Specyfikacja dokładności GE PT878 ±1% od odczytu wymaga Re powyżej 10 000. Oblicz Re = (ρ × v × D) / µ. Poniżej Re = 4 000 dokładność spada do ±2 do 5%. Zainstaluj miernik dalej w dół rury lub wybierz miernik zanurzeniowy do zastosowań o niskiej prędkości.

Wnioski i zalecenia

Mierniki ultradźwiękowe mocowane na rurze zapewniają niezawodny pomiar bezinwazyjny, gdy są prawidłowo zainstalowane. Większość błędów uruchomieniowych wynika z nieprawidłowego wprowadzenia danych o rurze i niewłaściwego przygotowania powierzchni. Zawsze mierz grubość ścianki ultradźwiękowym miernikiem zamiast polegać na nominalnych wartościach. Stosuj metodę Z dla dużych rur, wnętrz z kamieniem i cieczy o wysokiej zawartości stałych. Sprawdź jakość sygnału powyżej 75% na GE PT878 i współczynnik korelacji powyżej 0,98 na Yokogawa ADMAG przed przekazaniem danych do DCS. Te kontrole zajmują 30 minut i zapobiegają miesiącom niewyjaśnionych błędów przepływu.

Autor: Liu Yang jest inżynierem automatyki przemysłowej z ponad 10-letnim doświadczeniem w PLC, DCS i systemach sterowania.