面向未來：火炬氣熱力設備中的超音波流量計

加工行業競爭日趨激烈，導致必須不斷對運作及服務進行優化。針對燃燒氣體的環保要求也越來越嚴格。30多年來，火炬煙囪內使用超音波流量計量測流量。如今，燃燒器內的流量量測是最為複雜的應用之一，因為速度與氣體成分會迅速發生變化。

在許多工業分支中，火炬煙囪是安全與排氣系統不可或缺的組成部分，因為它能夠在干擾條件下實現大量可燃成分的有序排氣。然而，燃燒氣體的壓力、體積流量及成分可能會在短時間內發生劇烈變化。

生產設備經優化後，產能增加，因此燃燒器上方的最大流量相應增大。在煉油廠及石化工厰，曾在關斷過程中測得高於120 m/s的氣流速度。

廢氣或燃燒氣體的成分會發生劇烈變化，因此必須考慮到氣流條件可能突然有變。此外，保持較低流量，對於流程控制與優化、以及在正常運作條件下發現閥門洩漏越來越重要。極低的流速要求採用高解析度轉換器技術及先進的信號處理演算法，以確保精確量測時間。氣流速度高，會導致流動的氣體產生巨大噪音，例如當聲學式超音波量測裝置上游安裝有閥門時。氣體速度較高時，同樣必須顧及「超音波束」的飄移。

全球監管領域的發展動向

全球許多行業的環保法規正越來越嚴格。在精煉、化學與石油化學行業，多年來已普遍採用超音波技術。如今，又受到逐漸加大的法制施壓與申報義務的影響。

這在很大程度上影響了對可靠的燃燒器量測與資料可用性的需求——在惡劣條件下亦是如此。精煉、化學與石油化學行業早已制定了具體的法規，而其他許多行業也正在積極尋求技術解決方案，以滿足今後的環保規定。在報告方面，超音波技術與其他技術相比同樣具有諸多優勢。

火炬氣量測的挑戰與技術解決方案

超音波是流量量測的一項可靠技術。其應用包括法定計量式量測、燃燒器內的流量量測、排放量控制等。原則上，超音波流量計是量測與聲音路徑上流動的流體之間的運行時間差，從中得出平均氣流速度。此處的平均氣流速度是指，將在管道截面積上測得的氣流速度取平均值。

火炬氣量測的一項主要用途是可對溫室氣體（THG）進行準確計數。近年來，準確量測溫室氣體越來越受到重視。對空氣汙染徵收的費用與稅款不斷增加。由此，對準確且持續可用的量測結果的需求同樣上升。在惡劣的火炬氣條件的處理當中，對量測技術的要求構成了一項挑戰。尤其是在石油天然氣行業及化學、石油化學與精煉行業會出現這樣的條件。

• 氣體速度為0 m/s至120 m/s
• 氣體速度變化快
• 包含天然氣、氫氣、汽車排放二氧化碳等的混合氣體變化快
  
   

Active Sound Correlation：在較高氣體速度下仍然可靠

燃燒器量測系統的最重要特性之一是在較高氣體速度下仍然確保量測可用性。創新的ASC技術（active sound correlation technology）可將原先的最大流量範圍擴大最多30%。ASC將氣體速度與較高流量條件下會產生的應用特定的噪音相關聯。此時，感測器就好像麥克風一般。由此，獲得專利的ASC技術能夠更好地檢測可能的火炬氣故障。

輕鬆維護。一鍵驗證。自診斷。

將軟體與韌體相關聯，帶來了一系列新的功能與優勢：具有自我監控功能的系統可提供關於裝置狀態的寶貴資料，揭示趨勢，並提示重要的變化。可立即發現應用錯誤並作記錄；由此免去了耗時的故障搜尋。根據需要，系統可自行驗證，並記錄其當前狀態。由此，使用者可以非常方便地建立幫助證明遵循排放法規的文件——而且在遠端即可完成，無需將服務技術人員派往現場。這大大降低了運作風險及安全風險。

i-diagnostics™等自我監控型解決方案可幫助從基於時間的維護切換為以狀態為導向的維護，從而縮短維護週期，降低維護成本。

• 預測性維護及靈活的維護週期：
  系統持續監控參數，如「自動化放大調節」或「信號噪音比」。i-diagnostics™基於現有資料及量測值的發展趨勢，提供可靠預測及維護建議。由此避免系統出現危險的運作狀態，防止意外停機時間。
   
• 一鍵驗證報告：立即檢查裝置：
  根據需要，系統可自行檢查，並記錄其當前狀態。由此，使用者能夠輕鬆建立證明文件，佐證自己遵循了排放要求。
   
• 自動化自診斷：
  i-diagnostics™以智慧方式將軟體與韌體相關聯：此具有自我監控功能的系統可提供關於裝置狀態的寶貴資料，並顯示所有變化。可立即發現應用錯誤並作記錄——免去了耗時的故障搜尋。

對每項挑戰都合適的解決方案

採用超音波技術的火炬氣流量計可用於要求各不相同的衆多應用，因此必須準確認識具體的挑戰，以提供合適的解決方案。例如在精煉行業，最新的美國環保局法規規定燃燒區域的最低熱值為270 BTU/scf。此外，所有蒸汽燃燒器的净熱值稀釋參數都必須為NHVdil ≥ 22 BTU/ft2。所有這些同時必須維持較高的燃燒效率。為滿足這些要求，並將加熱溫度保持在必要水平，還可以將超音波流量計用於蒸汽輸送的控制。

新型FLOWSIC100 Flare-XT氣體流量計可購買三種不同的版本。所有版本都可購買單路徑或雙路徑量測系統。煙囪對穿規格及配備單個套管的蘭茲版本在兩種路徑設定中均可用。蘭茲版本適合緊凑的單側安裝，從而最大程度減少安裝操作。雙路徑版本即使在惡劣的氣流條件下也能達到較高的量測準確度，並提供量測冗餘。此外，裝置拉拔機構便於在設備運作過程中輕鬆快速地更換感測器。高效的介面元件由於具有諸多介面，能夠順利連接至各種系統及網路。

介面元件處理收到的信號，並計算分子量、質量流量、氣體體積等參數及標準化參考值。經由紅外介面，可藉助FLOWgate™軟體從筆記型電腦或平板電腦直觀操作系統。整合式Ethernet與RS 485介面能夠從遠端監控裝置狀態。

可靠處理、分析並儲存體積流量、質量流量或分子量等重要參數及量測值資料。在此，內部記憶體能夠安全且有條理地對資料進行長期存檔。藉助無故障的數位通訊，介面元件可安裝在距離量測點最遠1,000 m處。由此，不再需要在本地使用壓力密封的、有可能十分昂貴的控制元件。

熱式質量量測的替代方案

部分量測原理（如熱質量的量測）需要更乾净的氣體才能正確發揮作用。超音波技術可透過自動化放大信號，補償感測器上的沉積或汙物。這優化了維護週期，最大程度增加了量測的運行時間，並降低了運作成本。此外，超音波火炬氣量測還是唯一一項能夠在高達1:4,000的量程中工作的技術。由於量測速度可為0.03 m/s至120 m/s，因此無需關注氣流條件是高是低。

針對上游區域（如水力壓裂法開採應用）的要求，SICK還提供了FLOWSIC100 Flare-XT傳送器——既可靠堅固，又無需重新校準。感測器直接連接在現有的流量計算機上。這種產品設定無需配備介面元件。壓力與溫度傳送器都不需要。

個人化應用評估提供了特別的量測性能

在火炬氣量測中，每項應用都是特別的：溫度、壓力、氣體組合、速度等可能完全不同。因此SICK為每個量測點提供了個人化應用分析，力圖找到最佳解決方案。分析結束後，將為客戶提供每個量測點的燃燒氣體應用分析技術資料——全球都可以。

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