利用高温超声波流量计进行流量标定的不确定度控制方法

技术领域

本发明属于管道内工质流量测量技术领域，具体涉及一种利用高温超声波流量计进行流量标定的不确定度控制方法。

背景技术

现阶段，电站给水流量测量主要采用的是长径喷嘴、文丘里管(喷嘴)等流量测量装置，由于给水流量所在管段压力一般较高(10MPa～40MPa)、温度也显著偏高(150℃～300℃)，这些流量测量装置均采用焊接工艺进行安装，因此，一般难以在检修期间通过拆卸、送检进行校准或标定。

随着运行时间的增加，未经校准或标定的流量测量装置的精度会不断降低，对流量的准确测量造成困扰。随着测量技术的发展，管道内水工质流量高精度测量技术取得了很大的进步。其中，高精度超声波流量计，理论精度可以达到±0.5％，同时其在测量过程中可以不与管道内工质接触，具有安装维护方便的特点，在管道内工质流量高精度测量方面受到了广泛关注。

对于夹装式超声波流量计而言，其安装过程不需要拆卸管道，也不需要开孔，只需要将超声换能器夹装在管道表面，超声换能器通过发射和接收声波测量管道内水工质的流速，再结合管道的结构(如横截面积)，便可计算出管道内水工质的体积流量；测量过程不影响管道内工质的流动，也没有压力损失，高精度超声波流量计也常常应用于标定电站中难以拆卸的差压式流量测量装置。

然而，标定最终能否达到预期的精度要求，很大程度上受现场条件的制约和取决于用于标定的超声波流量计自身精度。超声波流量计标定过程累积不确定度的增加，将降低流量测量的精度，直接影响标定效果。对于管道内高温水流量的标定(>200℃)，超声波流量计还需要额外安装高温导波器，其测量过程的不确定度将受到更多因素的影响。

因此，应用高温超声波流量计对其他流量测量装置进行标定过程中，探索控制标定过程不确定度的方法十分重要。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种利用高温超声波流量计进行流量标定的不确定度控制方法，采用本发明方法，可以将流量标定过程的不确定度控制在规定的范围，提高流量标定的精度，使电站校准流量计测量精度达到或超过高温、高精度超声波流量计设计精度±0.5％。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

利用高温超声波流量计进行流量标定的不确定度控制方法，包括以下步骤：

步骤1、采用校验合格的ASME流量喷嘴在被校验工质相同的管道条件下标定高温超声波流量计；在火力发电机组稳定运行的负荷范围P

步骤2、在被校准流量测量装置标定现场选择高温超声波流量计最佳安装测点位置；

步骤3、选择标定环境条件开展流量装置在线标定；

步骤4、在管道测点处同一截面上，标记大致等角分布n次外直径，n≥4；采用精度为±0.01mm的数显游标卡尺，两个测量爪垂直并紧贴管道外直径标记点，将第i处标记点直径测量结果记为D

步骤5、以所述第i个标记点为中心，管道外壁面直径15mm～30mm的圆形区域记为S

步骤6、当

步骤7、预估高温导波器与管道的接触区域，预估区域±10mm范围内，使用工具将管道外壁面打磨至光亮平滑呈现出金属光泽，且保持原管道相同的弧度；

步骤8、在预先安装高温导波器的管段处，用2～4圈降噪材料包裹管道外壁；

步骤9、将一组声道的夹具安装在管道过轴心的水平面上，另一组声道的夹具安装在过管道轴线与所述水平面夹角为30°～60°的管道壁面区域；将高温导波器固定在夹具上，高温导波器的导波板与管壁接触形成的条形区域与管道轴线偏离的夹角≤3°，条形区域处导波板与管道通过金属耦合片紧密贴合；

步骤10、在稳定运行的流量范围F

本发明进一步的改进在于，步骤1中，机组负荷稳定、各标定位置处的流量稳定是指连续10分钟内的流量波动幅值≤100％额定负荷工况下设计值的±1.0％，功率波动幅值≤1.0％额定负荷。

本发明进一步的改进在于，步骤1中，ASME流量喷嘴与ASME PTC 6-2004汽轮机试验规程中所推荐的低β值喉部取压长径喷嘴一致，校验合格后所述流量喷嘴设计精度不低于±0.15％。

本发明进一步的改进在于，步骤1中，高温超声波流量计，设计精度不低于±0.5％，温度适用范围不小于：-40℃～450℃，管径适用范围50mm～4500mm。

本发明进一步的改进在于，步骤2中，所选择的最佳测点与上游直管段距离≥10D，下游直管段距离≥5D，测点距离调节阀等阀门距离≥80D，距离大功率变频器和水泵强磁场和震动干扰处≥30D，其中D为测点位置管道外径；超声换能器安装区域不存在管道焊缝，管道表面无凸起和凹陷。

本发明进一步的改进在于，步骤3中，标定环境为，环境温度控制在-10℃～45℃，环境相对湿度为35％～95％RH，大气压力为56～106kPa。

本发明进一步的改进在于，步骤5中，超声波测厚仪精度分辨率不低于0.01mm，测量范围1mm～200mm。

本发明进一步的改进在于，步骤8中，包裹管道的降噪材料用于吸收由阀门、泵产生，经过管道传播的噪声，不吸收由超声波传感器发出的设定频率范围内的超声波。

本发明进一步的改进在于，步骤10中，在流量标定过程中，采用两组声道测量结果的平均值作为最终流量校准数据。

本发明进一步的改进在于，步骤10中，每个校验点的流量稳定是指连续10分钟内的流量波动幅值≤±1.0％×F

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的利用高温超声波流量计进行流量标定的不确定度控制方法，首先用校验合格的ASME流量喷嘴标定校验合格的高温超声波流量计，其标定过程要求与被校准工质在相同的管道环境下进行；其次，选择最佳的超声波流量计标定测点；接着，精确测量对流量计算有重要影响的管道参数，如管道直径、壁厚；再次，对同一测点采用双声道测量技术；最后，控制校准和标定过程工质的测量环境条件，实现对电站内不便于拆卸的流量装置进行高精度的标定。概括来说，本发明具有如下的优点：

1、利用本发明，实现了电站高压、高温水侧流量测量装置的高精度在线校准，减小了流量测量装置由于磨损、结垢等多种原因而产生的测量精度显著下降问题，也避免了定期对流量测量装置进行更换的必要性，降低了流量测量装置实现准确测量的资金投入；

2、利用本发明，可使被校准的电站高压、高温水侧流量计测量精度达到或超±0.5％，对电站流量计本身的精度有较大改善。

附图说明

图1为本发明利用高温超声波流量计进行流量标定的不确定度控制方法的流程图。

图2为采用Z法安装时的双声道测量探头在管道上布置示意图，其中图2(a)是正视图，图2(b)为侧视图。

图3为采用V法安装时的双声道测量探头在管道上布置示意图，其中图3(a)是正视图，图3(b)为侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1至图3所示，本发明所述的利用高温超声波流量计进行流量标定的不确定度控制方法，包括以下步骤：

步骤1、采用校验合格的ASME流量喷嘴在被校验工质相同的管道条件下标定高温超声波流量计；在火力发电机组稳定运行的负荷范围P

步骤2、在被校准流量测量装置标定现场选择高温超声波流量计最佳安装测点位置；所选择的最佳测点与上游直管段距离≥10D，下游直管段距离≥5D，测点距离调节阀等阀门距离≥80D，距离大功率变频器、水泵等强磁场和震动干扰处≥30D，其中D为测点位置管道外径；超声换能器安装区域不存在管道焊缝，管道表面无凸起和凹陷；

步骤3、选择适宜环境条件开展流量装置在线标定；所述适宜标定环境为，环境温度控制在-10℃～45℃，环境相对湿度为35％～95％RH，大气压力为56～106kPa；

步骤4、在管道测点处同一截面上，标记大致等角分布n次外直径(n≥4)；采用精度为±0.01mm的数显游标卡尺，两个测量爪垂直并紧贴管道外直径标记点，将第i处标记点直径测量结果记为D

步骤5、以所述第i个标记点为中心，管道外壁面直径15mm～30mm的圆形区域记为S

步骤6、当

步骤7、预估高温导波器与管道的接触区域，预估区域±10mm范围内，使用工具将管道外壁面打磨至光亮平滑呈现出金属光泽，且保持原管道相同的弧度；

步骤8、在预先安装高温导波器的管段处，用2～4圈降噪材料包裹管道外壁；包裹管道的降噪材料用于吸收由阀门、泵产生，经过管道传播的噪声，不吸收由超声波传感器发出的一定频率范围内的超声波；

步骤9、将一组声道的夹具安装在管道过轴心的水平面上，另一组声道的夹具安装在过管道轴线与所述水平面夹角为30°～60°的管道壁面区域；将高温导波器固定在夹具上，高温导波器的导波板与管壁接触形成的条形区域与管道轴线偏离的夹角≤3°，条形区域处导波板与管道通过金属耦合片紧密贴合；

步骤10、在稳定运行的流量范围F

本发明首先利用ASME流量喷嘴标定高温超声波流量计，且标定过程在与被校准管道相同的雷诺数下进行，提升了高温超声波流量计在高温条件下测量的精度。选择超声波流量计的最佳标定测点，并采用降噪材料包裹测点区域，进一步优化测点测量条件。通过提升对流量影响关键参数的测量精度，并采用双声道测量技术，最终进一步提高超声波流量计的流量测量的精度。能够实现了对电站高压、高温水侧流量测量装置的高精度校准。利用本发明，可使被校准的电站高压、高温水侧流量计测量精度达到或超±0.5％，对电站高温水流量计本身的精度有较大改善。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。