摘要：本文就超声波流量计在烟化炉冷却水进出口流量检测的应用进行了阐述。为今后在工作中如何根据生产工艺具体情况合理地选择流量计提供了参考。
关键词：超声波流量计；传感器；DCS系统；故障
1 前言
冶炼分公司的烟化炉常用来处理顶吹炉等出来的锡炉渣及低锡品位物料。冷却水管是炉子特殊部位，水冷水套里面与炉子连在一起的，这样就比较牢固了，在受热的时候也比较承受得住。冷却水在水管里绕着走动，这样冷却效果就更好了，每个地方都能冷却到没有死角。炉子异常时，如水管爆了或者堵塞了，可能引起炉子温度低、炉子死了，厉害时还可能发生更危险的事情。所以对炉子冷却水进出口水流量的检测就显得非常重要和迫切。
经过认真调研，决定选用深圳建恒公司的DCT1158-W211插入式超声波流量计，同时在DCS系统里对冷却水进出口流量差进行计算比较，通过监控画面报警灯的闪烁，起到安全报警的作用。
2 方案确定
2.1流体参数的确定
水冷水套里流过的介质为水。冷却水进口压力大约0.2MPa，出口冷却水为自流排出压力很小。水套里水温13--60℃，最大流量50m3/h，管道尺寸DN150 PN1.6。
2.2仪表选型
根据管道介质水为，可供选择的流量计有差压式流量计、电磁流量计、超声波流量计等。考虑到差压式流量计和电磁流量计的节流装置安装较麻烦，对于这种较小的项目改造来说没有必要。同时水冷水套内在运行时会产生一些铁锈渣、污垢等杂物，时间长了可能会堵塞引压管，同期也要改造的电炉进出水附近电磁干扰太大。另外对炉子冷却水的检测并不需要很高精度的计量或者参与控制阀门，主要目的是检测水箱是否断水和漏水，对流量计的精度要求不是很高。所以最终选用插入式的超声波流量计。因测量点附近温度较高环境较差，故选用分体式流量计，让表头远离测点，延长使用寿命。
超声波流量计，它的检测思路是测量超声波脉冲在正向流动和反向流动传播过程中速度的不同来间接计算出流体的流速。流量计安装要求较严，对两探头位置要求高，而且还要求直管段相对不能过短，精度不是很高（1～1.5级）。
最终流量计选用参数：量程0--100 m3/h，型号DCT1158-W211，精度±1%，重复性0.2%，输出信号DC（4--20）mA,供电电源DC24V，防护等级IP65。
2.3检测控制要求
为了便于烟化炉操作工实时监控冷却水流量，进出口流量信号均接入DCS系统显示，并做历史趋势组态。同时对冷却水进出口流量差过大时，做报警提示。
3 仪表安装与调校
3.1仪表安装
首先是选择2个探头装的位置，安装点的正确选择是传感器安装的很重要的一步，选择安装地方一定考虑这些实际情况：满管、稳流、抖动、杂质、水温、水压等，这里重点说前2点。满管也就是说需水管内部应为满水介质，不应有间隙和空气存在里面，亦即是说探头位置要在水管的竖直往上、斜着向上、水平方向的凹点等地方。稳流就是需水管里水流平稳，说明白点就是探头到执行机构、水泵、接头等上游那边不小于10D，下游那边不小于5D，D为水管的直径。
然后是2个插入进去探头的安装，一个应安装在水来的方向，一个在水去的方向。最好取Z法，安装时应使2个探头相互水平长度和垂直长度一样，同时2个探头要在一个平面上，也就是探头间的连线与管道差不多为45度角，而且发射面要对着。然后探头在水管里的长度要合理，从而得到较强的超声波信号。如图1所示。
最后是接线，探头的信号用超声波特制的电缆连接到流量计仪表，仪表的DC24V电源从DCS柜子引过来，仪表的DC（4--20）mA电流输出用带屏蔽的控制电缆接入DCS的I/O板子上。放线时要注意不能跟动力和高压电缆一起放，要离远点，隔开点。
图1 传感器安装图
3.2仪表参数设置
合理的测量参数设置对于测量好坏及测量稳定性关系很大，应要根据实际的数据来设置。水管外径：150mm，水管壁厚度：5mm，管道材料：碳钢，流量探头类型：Ty-45B（W211插入式传感器），探头安装模式：Z型，管道内介质：水，量程：0--100 m3/h。
3.3零点与量程标定
零点标定。对超声波流量计这种表，当流量不大时，要注意在零点处的测量准确度。应调零点，用来保证在流量不大时的测量准确性。一开始水管中灌满水不能流动，然后使用M42菜单来校零。
量程标定。在一开始安装由于管道等方面的不同差异或仪表运行时间过长时，流量计多少都会有一点误差，这时我们通过修改仪表系数来进行调整。在M45菜单调整就可以了，仪表系数一定要由实际标定结果来计算后得到。
3.4仪表输出校准
在流量计标定过程中，我们同时用万用表串在输出回路上，检测仪表的电流输出信号是否正常，如果有偏差，要调整它的输出。在M58菜单电流环输出调整里进行改变，直至输出电流没得偏差。
4 DCS系统组态
DCS系统中接受流量计过来的电流信号后，在控制室电脑上显示和报警，以达到检测和管理的目的。在DCS实时监控画面显示如下内容，如图2所示。
图2 监控画面图
通过程序算法，可以计算出进口流量与出口流量之差，同时在监控画面上有一个流量差设定值可以根据生产安全需要随时设定想要的报警值。当实际流量差大于设定的报警值时，监控画面上的报警灯就会闪烁，提示操作工炉子冷却水管可能存在异常，从而起到安全报警的作用。程序如图3所示。
5 故障与维护
流量计的故障通常是由于运行的一些操作不好，参数没调好或仪表工作环境不好元件坏了造成的。本流量计有很强的自己检测的能力，有故障时会进行自己内部的一个判断，然后用代码表示出来。当设置不对不正常或者现场的安装条件不好时，可以在仪表上提示比较明白的语言显示。我们就能够根据代码去查找说明书，分析原因，第一时间找到是哪里出了问题。
图3 程序图
例如，当测量时显示的流量值波动太大或误差太大时，现场表头提示探头过来的信号不强。这时我们就要检查仪表参数是否正确设置，安装方法是否正确，接线是否接触良好，耦合剂是否粘好了，管道里面的水是否为满管有没有气泡，管道内探头上是否有杂质，是否按照正确的安装长度安装的探头，探头安装方向是否反了。又如，当电脑上流量显示突然为零时，应检查仪表24V电源是否正常，电流信号输出是否正常，DCS通道是否损坏，仪表参数是否设置过掉电保护，传感器接收信号是否正常。当然平时还会遇到其他一些故障，这里就不一一列举了，总之我们要根据故障现象，结合说明书和仪表专业知识经验，采取正确而安全高效的处理办法。
6 结束语
超声波流量计在烟化炉冷却水管得以成功应用，经过一段时间的运行，该流量计检测基本稳定。对冷却水套内部的运行情况能起到及时的参考作用，避免了炉子因水箱断水和水箱通漏造成的安全隐患，解决了炉子冷却水流量监测的问题。
参考文献
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[3]蔡武昌.新型流量检测仪表［M］.北京：化学工业出版社，2006.
[2]张明金.工业电器与仪表自动化[M].北京：北京师范大学出版社，2009.8
作者简介
钟华（1987—），男，学士，电气工程师，从事仪表、控制系统维护和管理工作。
论文作者:钟华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
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