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管道式超聲波流量計如何避免在測量中對噪聲的影響
2019-07-11 [1975]

 超聲波流量計在當今的工業生產中用途越來越廣,涉及的工業應用類型也越來越豐富,我們注意到特別是氣體管道式超聲波流量計在天然氣管道計量中得到了越來越廣泛的應用,因為超聲波的測量原理是利用了超聲波的傳導的特性工作的,換言之,管道式超聲波流量計實際是在用聲波進行工作,由于在輸氣生產過程中會產生不必要的的超聲噪聲,這將直接影響管道式超聲波流量計的正常運行,為管道式超聲波流量計的準確測量帶來不利的影響。

  天然氣流量計量作為天然氣管道工業中極其重要的一部分,其測量數據的準確與否直接影響到生產企業的經濟效益和用戶利益。近幾年,許多用戶開始使用多聲道管道式超聲波流量計作為天然氣計量儀表,利用傳播時間差法原理來測量天然氣流量,這已經得到天然氣工業界越來越廣泛的認可,未來的管道式超聲波流量計的運用將會更加廣泛。

傳播時間差法管道式超聲波流量計的工作原理是利用超聲波換能器相向交替(或同時)收發超聲波脈沖,通過檢測并計算該脈沖在介質中順流和逆流的傳播時間差來間接測量流體的流速,再通過流速來計算流量的一種間接測量方法。

  因此,為了獲得傳播時間,就要求流量計的接收換能器能夠正確檢測到發射換能器發出的超聲波脈沖,但是如果介質中存在超聲噪聲,那么將使得換能器檢測單元無法檢測并分辨出正常的工作脈沖信號,導致流量計發生讀數錯誤或停止計量。管道輸氣生產中,產生超聲噪聲的噪聲源主要有調節閥、節流閥、減壓閥、泵等設備。

  我國國家標準《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》中指出“來自于被測介質內部的噪聲可能會對流量計的準確測量帶來不利影響,在設計及安裝過程中應讓流量計盡可能遠離噪聲源或采取措施消除噪聲干擾。”然而,上述問題在某些天然氣計量工程中并沒有得到應有的重視,導致管道式超聲波流量計投產后出現影響計量準確性,甚至計量停止的故障。

關于如何降低乃至消除噪聲對于管道式超聲波流量計的的影響,具體有如下措施可以實現:

1調節閥噪聲及降噪措施

A、調節閥噪聲在天然氣管道輸氣生產過程中,調節閥是常用到的調壓設備。當調節閥進行調壓時,會產生很寬頻率范圍的噪聲,包括超聲頻率范圍的超聲噪聲。該噪聲從本質上具備聲波的物理性質,它的大小與閥的類型、氣體流速及調壓壓差等因素有關,噪聲產生之后會向調節閥上游和下游同時傳播。但是由于調節閥的壓差作用,氣體在節流口被緊緊地向下游壓縮,使得主要的噪聲能量以沖擊波的形式傳播到了下游,相對較少的噪聲能量向上游傳播。

對于管道式超聲波流量計,其換能器超聲脈沖都有特定的工作頻率,用于天然氣計量的管道式超聲波流量計其脈沖頻率均在120kHz以上。換能器僅對其工作頻率的脈沖信號進行響應,若調節閥調壓產生的噪聲頻率達到換能器工作頻率,并通過氣流介質傳播到達管道式超聲波流量計時,將使得換能器無法正常檢測并分辨出工作脈沖信號,導致計量故障。

B、降噪措施在帶調節閥的工況場合設計使用管道式超聲波流量計要充分考慮降噪措施。1)由于傳播到調節閥上游的噪聲能量遠小于向下游傳播的噪聲能量,因此應首先考慮將調節閥安裝在管道式超聲波流量計下游,并確保有盡可能大的安裝距離。

 通過在管道式超聲波流量計和調節閥之間安裝一定數量的管件可以達到不同程度衰減超聲噪聲的目的,不同管件的降噪能力。不同管件的降噪能力管件名稱降噪能力(dB)100m直管段590度彎頭5!6T形管10兩平面彎頭14管束(換熱器)20多孔板消音器24管束式消音器33,在管道式超聲波流量計和調節閥之間安裝100m的直管段和90度彎頭的降噪能力相等,但在應用中安裝100m直管段是根本不切實際的做法。比較普遍而有效的辦法是在管道式超聲波流量計與調節閥之間使用T形管或兩平面彎頭來衰減調節閥噪聲。在實際的設計中,采用T形管的數量,取決于很多因素,當調節閥調壓壓差大于約2.067Mpa時應考慮使用兩個或兩個以上的T形管〔3〕。另外,若輸氣工藝中有過濾器、熱交換器這樣的設備時,考慮將它們安裝在流量計與調節閥之間,會獲得比使用彎頭、T形管更好的降噪作用。3)利用電子技術的手段來應對調節閥噪聲。如在必要時通過使用更高頻率的換能器,或利用數字信號處理來加強對超聲工作脈沖的識別和檢測及減少外部噪聲的影響等。采用以上方法能夠起到不同程度的衰減噪聲的作用。在實際設計中,根據具體情況應考慮多種措施配合使用。將調節閥安裝在流量計下游,并使用一個或多個T形管,以及盡可能加大安裝距離是的降噪辦法。

 總而言之,我們在實踐過程中要充分重視帶噪聲源情況下管道式超聲波流量計的設計和安裝,密切關注以下幾個方面的問題,便可以有效地避免超聲噪聲影響流量計正常工作的情況發生:

1)將管道式超聲波流量計安裝在調節閥上游,并盡量保證二者之間有足夠的距離;

2)在管道式超聲波流量計和調節閥之間安裝T形管等管件來達到衰減噪聲的目的;

3)了解管道式超聲波流量計的工作頻率及調節閥產生噪聲的頻率范圍,考慮采用更高發射頻率的管道式超聲波流量計,以改善信噪比;

4)在管道式超聲波流量計初步設計或改造階段,加強設計單位工藝與儀表專業的溝通,以及提前向制造商進行咨詢獲得技術支持是非常重要的;

5)通過實驗、運行及借鑒國外經驗,應盡快完善細化我國天然氣管道行業關于管道式超聲波流量計設計及安裝的有關規范。

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