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超声流量计噪声控制技术及应用浅析

时间:2017-03-14 12:52 来源:http://www.shslgs.com 点击数:

超声流量计噪声控制技术及应用浅析

超声流量计运行过程中常受到噪声的干扰,因此,对超声流量计噪声控制技术进行研究具有非常重要的意义。本文通过对几种常见的噪声控制技术进行分析,以超声流量计噪声控制技术在天然气计量中的应用为例子,探讨超声流量计噪声控制技术的发展前景。

引言

超声流量计是一种用于流量测量的计量工具,通过向流体发射超声信号,当超声波受到流体流动影响以后会重新接受超声波信号,因而可以得到检测结果。一般来说,与孔板、涡轮等传统的流体流量的计量方式相比,其具有计量精度高、量程比高以及干扰因素少等优点。自 20 世纪 90 年代以来,超声流量计在我国受到了广泛的应用,并开始了批量化的生产过程。但与此同时,由于我国对超声流量计研究工作的起步时间较晚,国内的标准化设计水平不同,加上安装条件的问题,在其使用过程中常常受到工作环境的影响,例如温度、湿度与噪声等,其中最重要的就是噪声因素。

1 几种常见的超声流量计噪声控制技术

 

一般来说,噪声的来源有两个:一是管道系统中的阀门与各种阻流器件中产生的噪声;二是工作环境中的电子器件产生的电磁噪声。由于这些噪声的出现或叠加,会对超声流量计的测量精度产生不同程度的影响。基于此,加强对超声流量计噪声控制非常重要。目前,为了保证超声流量计的稳定运行,通常从控制噪声源、切断噪声传播途径以及噪声数字信号处理三个方面对噪声因素进行控制。

1.1 控制噪声源

 

当流体经过调压阀等节流器件时,由于节流孔处流体流速的增大,导致整个流场会发生显著的变化,从而形成一股不稳定的气体流。通常情况下,调节前后的流体压差越大,流体流速的变化也就会越明显,进而导致流场的变化幅度越大,产生的噪声对超声流量计的影响也就越强。据此,在对噪声源进行控制的时候可以采用分级调压、多支路供应等方式。当单级调压过程中产生的流体压差较大,可以采用两个或者多个调压阀串联的形式,逐步分解压差,进而降低因压差而产生的噪声。当单一流体支路上的流量过大时,可以将此分成多条支路,降低单一支路上的流体流速,这种方式不仅可以实现降低噪声的目的,还可以调节噪声产生的频率,进而将其与超声流量计产生的脉冲信号区分开,从根本上对超声流量计噪声干扰进行控制。

 

1.2 切断噪声传播途径

 

由于噪声来源的不同,因此在对噪声传播途径进行控制时主要有以下三种方式:一是优化超声流量计的安装工艺。这种控制技术主要应用于节流阀、调压阀等设备产生的噪声,通过改变节流件的安装位置,即流体先计量,后调压,避免流体流动时,大部分噪声随着气流方向到达节流件的下方,少部分噪声传播到上方的现象。二是在噪声源与超声流量计之间安装隔音管件,这种管件有 T 型管、多孔消音器等多种形式,从而在一定程度上可以达到降低噪声的目的。此外,根据噪声大小的不同,对管件的结构和数量也需做出相应的调整,使对噪声产生有效的隔音效果。三是有效控制超声流量计与节流件之间的距离,实践表明,超声流量计与节流件之间的有效距离与噪声在传播过程中的能量衰减呈正相关,也即是有效距离越大,噪声能量衰减越大,因此,当安装超声流量计的时候,应按照厂家推荐的最短直管段要求来控制上、下游直管段长度。

1.3 噪声数字信号处理

当超声流量计中进入了大量的同频段噪声时,其本身很难对产生的脉冲信号和干扰噪声进行区分,因此,为了提高

超声流量计计量的精确性,在其内部应安置噪声数字信号处理程序,通过对超声流量计产生的脉冲信号进行叠加或放大,来过滤脉冲信号不同步的噪声,得到较好的信号质量。

 

2 超声流量计噪声控制技术在天然气计量中的应用分析

2.1 应用实例分析

 

当前,在天然气计量系统中,噪音常见的来源有节流阀、调节阀等设备。举例来说,在某大型天然气场站中,日供气量为 520 万立方米,采用两台超声流量计,其中,上游直管段安装有板式整流器,下游调压阀为 AFV 轴流式调压阀,流量计与调压阀之间的结构为直通式。在天然气供给过程中,尤其是处于供气高峰时段时,超声流量计精度的不准确导致整个计量过程出现瞬时流量消失的现象。

 

该场站采用先计量、后调压的工艺安装方式对超声流量计的噪声进行了处理,并在其上游安装了板式整流器。但从现有问题上说,受到下游调压阀的影响,超声流量计的计量精度还是产生了很大的偏颇,尤其是上游压力过高或是瞬时流量过大时,超声流量计的计量数据就会出现终止现象。

2.2 原因分析与解决方案

 

综合考虑超声流量计的安装规范,当条件完全符合时,而上游压力不断增高或是瞬时流量突然增大,这时的计量精度不准现象才更加明确。基于此,对此现象进行判断,其原因可能是由调压阀上下游压差的增大而导致的噪声能量升高,最终使得超声流量计的换能器产生的脉冲信号与节流出现的噪声信号频率重合,影响超声流量计最终计量的精确度。

 

通过上述原因分析,为了提高超声流量计的计量精度,解决噪声干扰问题,在对天然气场地的工艺流程和运行条件进行充分分析的基础上,提出如下解决方案:一是按照原有先计量、后调压的工艺安装方式,以及超声流量计上游与下游直管段的位置。结合超声流量计和管段之间的有效距离与噪音衰减之间的关系,一般推荐最小安装距离为:距离上游直管段应大于等于 10 倍的管道外径;距离下游直管段长度应大于等于 5 倍的管道外径。二是在超声流量计与调压阀间的阀门后将管道引到地下,并安装 6 个隔音器,包括 2 “T”型管和 90°弯头,进而避免节流噪声朝着超声流量计的方向传播,提高超声流量计计量的精度。

3 结语

 

随着超声流量计在我国工业行业的大量应用,对其开展现场噪声控制研究是当前业界研究的重要内容之一。基于此,为了避免噪声对超声流量计的计量精度产生不良影响,应着重进行如下工作:一是对噪声的来源进行充分的考虑论证,进而从源头上减少噪声的产生;二是优化超声流量计的安装工艺、安装噪声隔音器等设备,有效的切断噪声的传播途径;最后通过噪声数字信号处理程序,得到良好的信号质量。