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          超聲流量計噪聲控制技術及應用淺析


          文章日期:2017-06-17|閱讀數:


          超聲流量計噪聲控制技術及應用淺析

          超聲流量計運行過程中常受到噪聲的幹擾,因此,對超聲流量計噪聲控制技術進行研究具有非常重要的意義。本文通過對幾種常見的噪聲控制技術進行分析,以超聲流量計噪聲控制技術在天然氣計量中的應用爲例子,探討超聲流量計噪聲控制技術的發展前景。

          引言

          超聲流量計是一種用於流量測量的計量工具,通過向流體發射超聲信號,當超聲波受到流體流動影響以後會重新接受超聲波信號,因而可以得到檢測結果。一般來說,與孔板、渦輪等傳統的流體流量的計量方式相比,其具有計量精度高、量程比高以及幹擾因素少等優點。自 20 世紀 90 年代以來,超聲流量計在我國受到了廣泛的應用,並開始了批量化的生產過程。但與此同時,由於我國對超聲流量計研究工作的起步時間較晚,國內的標準化設計水平不同,加上安裝條件的問題,在其使用過程中常常受到工作環境的影響,例如溫度、溼度與噪聲等,其中***重要的就是噪聲因素。

          1 幾種常見的超聲流量計噪聲控制技術

           

          一般來說,噪聲的來源有兩個:一是管道系統中的閥門與各種阻流器件中產生的噪聲;二是工作環境中的電子器件產生的電磁噪聲。由於這些噪聲的出現或疊加,會對超聲流量計的測量精度產生不同程度的影響。基於此,加強對超聲流量計噪聲控制非常重要。目前,爲了保證超聲流量計的穩定運行,通常從控制噪聲源、切斷噪聲傳播途徑以及噪聲數字信號處理三個方面對噪聲因素進行控制。

          1.1 控制噪聲源

           

          當流體經過調壓閥等節流器件時,由於節流孔處流體流速的增大,導致整個流場會發生顯著的變化,從而形成一股不穩定的氣體流。通常情況下,調節前後的流體壓差越大,流體流速的變化也就會越明顯,進而導致流場的變化幅度越大,產生的噪聲對超聲流量計的影響也就越強。據此,在對噪聲源進行控制的時候可以採用分級調壓、多支路供應等方式。當單級調壓過程中產生的流體壓差較大,可以採用兩個或者多個調壓閥串聯的形式,逐步分解壓差,進而降低因壓差而產生的噪聲。當單體支路上的流量過大時,可以將此分成多條支路,降低單一支路上的流體流速,這種方式不僅可以實現降低噪聲的目的,還可以調節噪聲產生的頻率,進而將其與超聲流量計產生的脈衝信號區分開,從根本上對超聲流量計噪聲幹擾進行控制。

           

          1.2 切斷噪聲傳播途徑

           

          由於噪聲來源的不同,因此在對噪聲傳播途徑進行控制時主要有以下三種方式:一是優化超聲流量計的安裝工藝。這種控制技術主要應用於節流閥、調壓閥等設備產生的噪聲,通過改變節流件的安裝位置,即流體先計量,後調壓,避免流體流動時,大部分噪聲隨着氣流方向到達節流件的下方,少部分噪聲傳播到上方的現象。二是在噪聲源與超聲流量計之間安裝隔音管件,這種管件有 T 型管、多孔消音器等多種形式,從而在一定程度上可以達到降低噪聲的目的。此外,根據噪聲大小的不同,對管件的結構和數量也需做出相應的調整,使對噪聲產生有效的隔音效果。三是有效控制超聲流量計與節流件之間的距離,實踐表明,超聲流量計與節流件之間的有效距離與噪聲在傳播過程中的能量衰減呈正相關,也即是有效距離越大,噪聲能量衰減越大,因此,當安裝超聲流量計的時候,應按照廠家的***短直管段要求來控制上、下遊直管段長度。

          1.3 噪聲數字信號處理

          當超聲流量計中進入了大量的同頻段噪聲時,其本身很難對產生的脈衝信號和幹擾噪聲進行區分,因此,爲了提高

          超聲流量計計量的性,在其內部應安置噪聲數字信號處理程序,通過對超聲流量計產生的脈衝信號進行疊加或放大,來過濾脈衝信號不同步的噪聲,得到較好的信號質量。

           

          2 超聲流量計噪聲控制技術在天然氣計量中的應用分析

          2.1 應用實例分析

           

          當前,在天然氣計量系統中,噪音常見的來源有節流閥、調節閥等設備。舉例來說,在某大型天然氣場站中,日供氣量爲 520 萬立方米,採用兩臺超聲流量計,其中,上遊直管段安裝有板式整流器,下遊調壓閥爲 AFV 軸流式調壓閥,流量計與調壓閥之間的結構爲直通式。在天然氣供給過程中,尤其是處於供氣高峯時段時,超聲流量計精度的不準確導致整個計量過程出現瞬時流量消失的現象。

           

          該場站採用先計量、後調壓的工藝安裝方式對超聲流量計的噪聲進行了處理,並在其上遊安裝了板式整流器。但從現有問題上說,受到下遊調壓閥的影響,超聲流量計的計量精度還是產生了很大的偏頗,尤其是上遊壓力過高或是瞬時流量過大時,超聲流量計的計量數據就會出現終止現象。

          2.2 原因分析與解決方案

           

          綜合考慮超聲流量計的安裝規範,當條件完全符合時,而上遊壓力不斷增高或是瞬時流量突然增大,這時的計量精度不準現象才更加明確。基於此,對此現象進行判斷,其原因可能是由調壓閥上下遊壓差的增大而導致的噪聲能量升高,***終使得超聲流量計的換能器產生的脈衝信號與節流出現的噪聲信號頻率重合,影響超聲流量計***終計量的度。

           

          通過上述原因分析,爲了提高超聲流量計的計量精度,解決噪聲幹擾問題,在對天然氣場地的工藝流程和運行條件進行充分分析的基礎上,提出如下解決方案:一是按照原有先計量、後調壓的工藝安裝方式,以及超聲流量計上遊與下遊直管段的位置。結合超聲流量計和管段之間的有效距離與噪音衰減之間的關係,一般***小安裝距離爲:距離上遊直管段應大於等於 10 倍的管道外徑;距離下遊直管段長度應大於等於 5 倍的管道外徑。二是在超聲流量計與調壓閥間的閥門後將管道引到地下,並安裝 6 個隔音器,包括 2 “T”型管和 90°彎頭,進而避免節流噪聲朝着超聲流量計的方向傳播,提高超聲流量計計量的精度。

          3 結語

           

          隨着超聲流量計在我國工業行業的大量應用,對其開展現場噪聲控制研究是當前業界研究的重要內容之一。基於此,爲了避免噪聲對超聲流量計的計量精度產生不良影響,應着重進行如下工作:一是對噪聲的來源進行充分的考慮論證,進而從源頭上減少噪聲的產生;二是優化超聲流量計的安裝工藝、安裝噪聲隔音器等設備,有效的切斷噪聲的傳播途徑;***後通過噪聲數字信號處理程序,得到良好的信號質量。



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