闡述噪聲對(duì)超聲波流量計(jì)的影響，分析降低噪聲干擾的措施、安裝條件對(duì)超聲波流量計(jì)的影響及解決辦法。

1.概述

超聲波流量計(jì)具有計(jì)量精度高、維修維護(hù)成本低、帶自診斷功能等諸多優(yōu)點(diǎn)，多聲道超聲波流量計(jì)在天然氣計(jì)量領(lǐng)域越來(lái)越得到廣泛應(yīng)用。目前，針對(duì)超聲波流量計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及報(bào)告有: GB / T18604—2014《用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》 ( 下文簡(jiǎn)稱 GB / T 18604) 、ISO 17089 － 2—2012《封閉管道內(nèi)的流體流量測(cè)量 － 氣體超聲流量計(jì) － 第 1部分: 用于貿(mào)易計(jì)量和分配計(jì)量的流量計(jì)》( 下文簡(jiǎn)稱 ISO 17089) 和美國(guó) AGA 于 1998 年發(fā)布的 AGA9號(hào)報(bào)告《用多聲道超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》( 下文簡(jiǎn)稱 AGA9 號(hào)報(bào)告) 。這些標(biāo)準(zhǔn)、報(bào)告對(duì)超聲波流量計(jì)的使用起到極大的促進(jìn)作用，但由于缺乏詳細(xì)和嚴(yán)格的安裝指導(dǎo)，不能指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝。

影響超聲波流量計(jì)流量測(cè)量結(jié)果不確定度的因素很多，比如流量計(jì)上游直管段內(nèi)壁粗糙度、氣體成分、上游直管段長(zhǎng)度、流量計(jì)上游流體流態(tài)、噪聲干擾、氣流脈動(dòng)等。對(duì)操作人員來(lái)說(shuō)，***常見(jiàn)的是管道中的噪聲可能會(huì)干擾超聲波流量計(jì)的工作，進(jìn)而影響儀表的性能。這種噪聲***典型的產(chǎn)生部位是有壓力降的地方，比如流量調(diào)節(jié)閥。

本文重點(diǎn)討論噪聲對(duì)超聲波流量計(jì)的影響以及消除或減少噪聲影響的措施。在項(xiàng)目開(kāi)始階段，如果工程設(shè)計(jì)人員能認(rèn)識(shí)到這些影響因素并采取相應(yīng)措施，可以很大程度上降低工程成本，而一旦所有設(shè)備都安裝完畢，發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題再采取措施，一般就要付出高昂的代價(jià)。所以，了解這些減少噪聲影響的措施是非常必要的，它可以指導(dǎo)用戶正確應(yīng)用超聲波流量計(jì)。

2.噪聲對(duì)超聲波流量計(jì)的影響

工藝裝置運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生噪聲，如高速氣體通過(guò)管子、管件、突出的溫度傳感器、調(diào)節(jié)閥等。研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生噪聲***大的是大壓力降調(diào)節(jié)閥，這種噪聲如果不加以處理，會(huì)干擾流量計(jì)的信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)工作，并導(dǎo)致傳輸檢測(cè)錯(cuò)誤。調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的噪聲大小及性質(zhì)與調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)有關(guān)。有些調(diào)節(jié)閥為達(dá)到“低噪聲”的特性，特意把噪聲頻率提高，但高頻率達(dá)到超聲波流量計(jì)的工作頻率范圍，嚴(yán)重影響超聲波流量計(jì)的正常工作。雖然調(diào)節(jié)閥可以通過(guò)籠式設(shè)計(jì)等手段來(lái)降低噪聲信號(hào)，但調(diào)節(jié)閥特性也決定了任何帶節(jié)流特性的閥門都是一個(gè)潛在超聲噪聲源。研究表明，閥體能量損耗與通過(guò)閥體的壓力降及實(shí)際工況流速成正比，而噪聲隨著通過(guò)閥體能量損耗的提高而提高。

P=qV   p

式中 P———能量損耗，W qV ———工況流量，m3 / s

p———閥體壓力降，Pa

例如一條公稱直徑為 200 mm 的天然氣管道，氣體流過(guò)調(diào)節(jié)閥的流速為 20 m / s，可得出流量0． 628 m3 / s，若壓力降約為 10 kPa，則能量損耗 6． 28kW，噪聲大小與該能量損耗成正比。對(duì)于一般超聲波流量計(jì)，如果選用本安型儀表，電氣回路的能量會(huì)被限制在 2 W 以內(nèi)，與該能量損耗相比小很多，因此，要想讓儀表的信號(hào)能夠抵抗噪聲的干擾必須要采取措施。

噪聲一旦產(chǎn)生，就會(huì)在調(diào)節(jié)閥的上游和下游傳播，所以僅將超聲波流量計(jì)安裝在調(diào)節(jié)閥之前并不能保證流量計(jì)不受調(diào)節(jié)閥噪聲的干擾。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，調(diào)節(jié)閥安裝在流量計(jì)下游，離調(diào)節(jié)閥近的傳感器受到的噪聲干擾比離調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)的傳感器受到的噪聲干擾要大 2 ～ 4 倍。

3.消除或降低噪聲影響的措施

?在安裝條件固定的前提下，提高流量計(jì)本身的信號(hào)處理能力和診斷能力，能有效降低噪聲。

?在正常情況下，流量計(jì)的測(cè)量精度是很重要的。在精度不能保證的情況下，應(yīng)用流量計(jì)測(cè)量某個(gè)產(chǎn)生噪聲的調(diào)節(jié)閥流量，必然會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。所以，改善流量計(jì)對(duì)聲脈沖的識(shí)別和檢測(cè)，同時(shí)提高信號(hào)的過(guò)濾能力，能提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。

③ 為降低噪聲干擾，宜把流量計(jì)安裝在調(diào)節(jié)閥的上游，好處是壓力較高，信號(hào)較強(qiáng)，不會(huì)放大噪聲。

④ 加長(zhǎng)流量計(jì)上下游直管段以及在流量計(jì)和噪聲源之間安裝隔離設(shè)備都會(huì)減弱噪聲。但直管段長(zhǎng)度可能需要多倍管徑才能消減噪聲干擾，所以安裝隔離設(shè)備更方便有效。實(shí)驗(yàn)表明，過(guò)濾器、熱交換器和渦輪設(shè)備都是良好的降低噪聲的設(shè)備。彎頭盲三通也能降低噪聲，***好的方法是安裝盲三通，流體通過(guò)盲三通后噪聲被反射回去。

⑤ 用兩個(gè)閥門來(lái)分擔(dān)壓力降的方法也能減少噪聲的產(chǎn)生，但通常這種方法成本較高。

⑥ 超聲波消噪器降噪效果顯著。消噪器就是使用單一的與流量計(jì)波長(zhǎng)相同的復(fù)合型小反射設(shè)備、泡沫或有粘性、彈性、吸收性的一些設(shè)備實(shí)現(xiàn)消除噪聲的目的。測(cè)試顯示，這種方式可以降低 30%的噪聲。消噪器可直接安裝在流量計(jì)的下游，法蘭連接，不會(huì)影響流量計(jì)的精度。

超聲波消噪器通常會(huì)發(fā)生堵塞和一定的壓力降，因此會(huì)喪失一些優(yōu)勢(shì)。但是在有些情況下，比如與調(diào)節(jié)閥較大的壓力降導(dǎo)致產(chǎn)生的噪聲相比，消噪器的壓力降可以忽略不計(jì)。在海上平臺(tái)等空間受限的情況下可以應(yīng)用消噪器降低噪聲。

4.安裝條件的影響及解決辦法

ISO 17089 和 GB / T 18604 都提出了噪聲對(duì)超聲波流量計(jì)性能的影響。除噪聲影響外，計(jì)量管路配置、上下游直管段長(zhǎng)度也是影響超聲波流量計(jì)性能的重要因素。

流量計(jì)上游不同的安裝條件( 閥門、匯管、彎頭等) 會(huì)對(duì)進(jìn)入流量計(jì)的流體流態(tài)產(chǎn)生影響，在流量計(jì)上游安裝整流設(shè)備可以有效地消除上游產(chǎn)生的流態(tài)變化 。目前對(duì)于天然氣長(zhǎng)輸管道分輸站上下游之間、天然氣門站與下游工業(yè)用戶之間等用于貿(mào)易交接的應(yīng)用中，一般將整流設(shè)備作為計(jì)量管路的基本設(shè)計(jì)內(nèi)容，并把流量計(jì)與上下游直管段及整流設(shè)備一并校準(zhǔn)，以消除不同安裝條件對(duì)校準(zhǔn)后流量計(jì)準(zhǔn)確度的影響。

關(guān)于流量計(jì)上下游直管段長(zhǎng)度，AGA9 號(hào)報(bào)告和 GB / T 18604 給出了不同的指導(dǎo)數(shù)據(jù)。AGA9 號(hào)報(bào)告 10D( D 為管道直徑) 直管段在整流設(shè)備前、10D 直管段在整流設(shè)備和流量計(jì)之間、流量計(jì)下游 5D 直管段。GB / T 18604 指出，在安裝整流設(shè)備的情況下，流量計(jì)上游至少需要 30D 的直管段，且整流設(shè)備至少安裝在流量計(jì)上游 10D 處，流量計(jì)下游直管段長(zhǎng)度至少為 5D。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于受到安裝空間以及橇體運(yùn)輸?shù)葪l件的限制，一般采用 AGA9 號(hào)報(bào)告的直管段長(zhǎng)度要求，而且設(shè)備廠家也承諾在此條件下，超聲波流量計(jì)量系統(tǒng)可以達(dá)到測(cè)量精度及穩(wěn)定性等性能要求。

5.結(jié)論

①超聲波流量計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段就要充分考慮到調(diào)節(jié)閥對(duì)流量計(jì)的潛在噪聲影響，項(xiàng)目實(shí)施后再改造難度大，成本高;

?超聲波流量計(jì)務(wù)必安裝在調(diào)節(jié)閥的上游;

③ 盡可能用管道或其他設(shè)備將流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥隔離開(kāi);

④條件允許的情況下，用盲三通代替彎頭;

⑤ 在現(xiàn)有安裝條件下，提高流量計(jì)本身的信號(hào)處理能力( 過(guò)濾和識(shí)別) 和診斷能力;

⑥ 用兩個(gè)閥門共同分擔(dān)壓力降的辦法可以降低噪聲，但造價(jià)較高;

⑦在空間受限，安裝條件達(dá)不到要求的情況下，考慮使用消噪器。