FLEXIM超声波气体流量计的原理及实践

防爆型超声波气体流量计FluxusG800正在对流过含氢混合气的体积流量进行检测

作为特种化学品生产企业，Cognis公司所使用的原料大部分来自可再生的天然原材料，不仅如此，其可持续发展在公司是无处不在。如Cognis公司在生产脂肪醇产品过程中对产生的氢气混合气产品的检测，也体现了可持续发展的精神。

在液体流量检测中，长期以来一直采用的夹持式超声波流量计已成为一种标准的流量检测产品。在化工产品生产领域中，尤其是在对那些有腐蚀性介质、或者是对人身健康有害的介质进行计量检测时，人们最愿意使用这种非浸入式的超声波检测方法。非浸入式的检测方法是指：检测介质不会给检测仪表带来磨损，因而也不会产生泄露。但是这些优点并不只限于对液体检测的仪器。近几年来，超声波流量检测技术也越来越多地用于气体介质的检测,尤其是在天然气的输送、运输和存储过程中，非浸入式的检测方法有了广泛使用，这种非浸入式的超声波技术是非常有益的，例如这种非浸入式的超声波流量技术在德国Cognis公司氢气混合气检测中的应用。

图1 不要对高压感到担忧：夹持式超声波传感器总是从“安全的一侧”进行检测。

图2 “涡轮气体流量计经受了液体介质的冲击，会出现故障或损坏。”

——Hans-Georg Linsner先生，Cognis公司MSR和自动化技术专家

关注流程设备的可用性

一般情况下，涡轮气体流量计可对高压下流动的气体流量进行检测。在脂肪醇生产过程中，仪表负责人Hans-Georg Linsner先生详细地描述了使用涡轮气体流量计过程中出现的问题：“由于强烈的磨损，涡轮气体流量计的轴承必须定期更换，一旦轴承出现问题，整个流量计都要报废。”因此可以说：流程设备所使用的涡轮流量计的耐磨损性能决定了流程设备的可用性,而且在更换轴承时必须关闭流程生产装备。因此，Cognis公司决定更换流量检测系统。

安装无需中断生产

非浸入式的超声波气体流量计在使用中不存在这些困难和问题。因为夹持式超声波传感器只是简单的卡装在管道外部，不与液体介质接触，没有磨损。它可以在流程设备正常生产工作时进行安装。即使管道内部压力很高，也不会带来额外的工作量，因此不会增加安装和使用的成本。同样，它也无需如涡轮气体流量计所需的按照压力等级进行的安装和拆卸的费用，并且节省了每5年定期用水清洗的额外支出。

Hans-Georg Linsner先生认为，一个可靠的合作伙伴就像对流程设备正常工作进行监控的可靠的检测仪一样，非常重要。在Hans-Georg Linsner先生看来，Flexim公司销售工程师Heinrich Brucks先生，就是这样一个可靠的合作伙伴。在他负责的工作范围内，尤其是在德国－荷兰边界的天然气储气罐中，已经安装、使用了许多Fluxus G型夹持式气体流量计。尽管Heinrich Brucks先生公务繁忙，但他对于非浸入式的气体流量计始终是情有独钟。他说：“超声波夹持式气体流量检测技术不是一个平庸的设计，而是一种现代化的具有众多优点的检测技术。”

图3 “夹持式超声波气体流量检测技术是一种现代化的具有众多优点的检测技术。

——Heinrich Brucks先生，Flexim公司销售工程师

高要求的声学技术

对气体流量超声波流量计的要求是如何处理好声学的技术问题。与液体流量计相同，气体流量计的工作原理也是根据时间差的原理进行检测的,安装在管道上的超声换能器发送和接收着与介质流通方向相同和相反的超声波信号,根据检测到的发射和接收信号的时间差和被测介质的几何量，可以得出流通介质的流动速度。与液体夹持式流量计不同的是，只有很少一部分超声波能量能够发射到被测气体介质中去。在Flexim公司的所在地柏林对超声波气体流量检测技术做出很大贡献的Bernhard Funck博士解释道：“进入气体中的声能多少是由气体的声阻抗和管壁声阻抗的比值所决定。当两种介质的声阻抗数值越接近，从一种介质传送到另一种介质中的声能就越多。在标准大气压下，钢质管壁与管道内气体介质之间的声阻抗比值约为3×104，也就是说，发射的超声波中只有很少的一部分声能进入到气体介质之中。”其余的超声波在管壁中传播，在那里起到了干扰声波的作用。在隔离有用信号和干扰信号的时候，数字式检测信号转换器发挥着重要的作用。由于随着气体压力的增加，气体的密度也增加，从而使得高压气体的声阻抗向管道材料的声阻抗数值方向“靠拢”，因此在高压下耦合到的超声波信号明显要好。