GE超声波流量计原理以及故障分析

GE超声波流量计原理以及故障分析周世军（独山子石化炼油厂仪表车间，克拉玛依，833600）摘要 本文就GE超声波流量计工作原理，以及在实际应用过程中出现的故障进行分析处理。关键词 超声波流量计 原理 通讯 故障 分析 1、引言：超声波流量计在炼油厂部分装置已经投入使用了一段时间，本文对超声波流量计原理以及安装注意事项做了详细的说明。在使用的过程中出现了一些问题，在这里进行分析和总结。2 工作原理封闭管道用USF按测量原理分类有：传播时间法；多普勒效应法；波束偏移法；相关法；噪声法。本文将讨论用得最多的传播时间法和多普勒效应法的仪表。2.1 传播时间法声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速，称之传播时间法。按测量具体参数不同，分为时差法、相位差法和频差法。2.2 多普勒（效应）法多普勒（效应）法USF是利用在静止（固定）点检测从移动源发射声波多产生多普勒频移现象。（1） 流速方程式 发送器向流体发的超声信号,如果流体中有固体颗粒或气泡存在,则会产生散射.当测量管道内的流体流动时,散射出来的声波信号的频率和发射声波频率是不一样的,即会产生多普勒频移,频移量和流体的流速成正比。 如图所示，超声换能器A向流体发出频率为fA的连续超声波，经照射域内液体中散射体悬浮颗粒或气泡散射，散射的超声波产生多普勒频移fd，接收换能器B收到频率为fB的超声波请预览后下载！。3 超声波流量计的应用3.1 正确选择这是超声波流量计能够正常工作的基础。如果选型不当，或会造成流量无法测量，或者用户使用不做便等后果。具体选型原则，前面已做了详细的介绍。3.2 合理安装换能器安装不合理是超声波流量计不能正常工作的主要原因。安装换能器需要考虑位置的确定和方式的选择两个问题。确定位置时除保证足够的上、下游直管段外，尤其要注意换能器尽量避开有变频调速嚣、电焊机等污染电源的场合。在安装方式上，主要有对贴安装方式和V方式、Z方式三种，如图3。多谱勒式超声波流量计采用对贴式安装方式，时差式超声波流量计采用V方式和Z方式，通常情况下，管径小于300mm时，采用V方式安装， 管径大于200mm时，采用Z方式安装。对于即可以用V方式安装又可以方式安装的换能器，尽量选用Z方式。实践表明，Z方式安装的换能器超声波信号强度高，测量的稳定性也好.3.3 及时核校对于现场安装固定式超声波流量计数量大、范围广的用户，可以配备一台同类型的便携式超声波流量计，用于核校现场仪表的情况。一是坚持一装一校，即对每一台新装超声波流量计在安装调试时进行核校，确保选位好、安装好、测量准；二是对在线运行的超声波流量计发生流量突变时，要利用便携式超声波流量计进行及时核校，查清流量突变的原因，弄清楚是仪表发生故障还是流量确实发生了变化.3.4 定期维护与其他流量仪表相比，超声波流量计的维护量是比较小的。对于外贴换能器超声波流量计，安装以后无水压损失，无潜在漏水，只需定期检查换能器是否松动，与管道之间的粘合剂是否良好即可；定期维护可以确保超声波流量计的长期稳定运行。请预览后下载！4 超声波流量计故障分析4.1 流向是否正常：变送器现场指示流量值正确，但为负值，传递到DCS显示为0值，经过检查发现是探头信号线缆到变送器接反导致，调整过后正常。4.2 进行信号诊断：信号强度SSup;SSdn、声速SNSP：50-55 偏低可能不稳定 55-60 低一点,可以接受 60-65 好 65-75 非常好 75-99 信号饱和,分辨率可能降低 0. 电缆线开路 100. 控制器故障在一块GE变送器投用后需检查它的信号强度，一般情况都在60-65之间，随着时间的推移和天气的变化，信号强度有偏低的情况，这大多是由探头部分的问题，在测量循环水、低温热水、高温热水的探头遇到信号强度偏低的情况中有探头部分松动引起的、也有耦合剂缺失引起的，把这几个方面的问题整改后这种情况会消失，信号强度恢复到60-65之间。声速SNSP在1450比较好，在现场声速偏低的情况有耦合剂的原因，也有工况的原因，流速过低也会引起声速过低的情况。4.3 变送器硬件出现故障： a.在开工初期，曾出现变送器显示屏不显示，故障灯FAULT亮，经检查是由于集成卡件到显示屏的一根传输线断，这是由于这根细小的传输线过于靠近变送器前盖，在旋转盖子的情况下很容易由于作业人员的疏忽而压断这根传输线，这个问题的解决可以用电烙铁焊接。b.在设备运行的过程中，也出现变送器显示屏出现条格状，变送器输出不正常，变送器有明显的焦糊味，经测量24V供电正常，所以在处理的过程首先以为是显示屏出现了问题，经过详细检查发现是电源板出现了问题，电源板的电感损害导致，更换电源板则显示输出正常。44 输出有源、无源的问题：请预览后下载！在回路联校的过程中，由于此装置GE超声波选用四线制，DC24V供电，在施工中，对于信号线的采用的是无源，但联校不成功，经分析有于此变送器采用的是HART 板，需用有源信号，在DCS的NODE处将无源调整为有源后正常。4.5 解决和375通讯不上的问题：对于和375通讯不上的问题，我们一般先采用串联一个250欧姆的电阻通过降低回路中的阻抗来进行通讯，如果通讯不上，我们则会认为是变送器HART板的组态出现问题而导致，我们则会用电脑的超级终端来解决这个问题。具体如下：原因分析： 375和超声波流量计之间不能通讯的主要原因是GE超声波流量计HART 板和HART板SLOT位置的组态丢失或者没有被组态。通过以下通讯连接和重新选择组态来解决这个问题。一通讯的配置：电脑和超声波流量计之间的通讯采用RS232转485接口通讯电缆进行通讯。二通讯的连接：连接好RS232电缆后，打开我的电脑属性硬件设备管理器通讯端口找到适用的COM端口。4.6 原先超声波安装位置：探头安装位置从图上看出原超声波位置经过更改，由于原来位置信号不好，所以更改位置。注意在安装之前要把管子保护漆打磨干净，涂上专用的耦合剂进行安装。请预览后下载！4.7 超声波探头安装：探头安装探头用专用的夹子固定，要用钢带紧固，由于管子振动比较大。4.8 超声波一次表安装一次表安装从图上我们可以看出，在表头我们做了一个遮阳板子，在长期使用过程中，发现其参数发生改变是由于太阳光照射导致。请预览后下载！4.9 超声波安装超声波安装在测量大管径流量时要使用z法安装方式。4.10 超声波探头安装型号超声波探头安装型号超声波安装型号要与设置型号相同，在长时间使用过程中，原先使用的是402型号，由于管线锈蚀严重，所以改为401型号测量。请预览后下载！4.11 超声波量程超声波量程一定要设置正确，否则影响测量。5 小结在我厂超声波流量计应用过程中碰到超声波没有显示等情况，经过询问厂家，探头型号应该和组态中的型号一致，在使用很长时间的管道上安装超声波应该选用发射频率高的探头以便于超声波能更好的测量出流量，增加遮阳板防止参数在阳光照射情况下发生改变，通过一段时间摸索和请教厂家人员，对超声波故障有了大致的总结，在不断学习当中更好的维护仪表。 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!） 请预览后下载！