超聲流量計噪聲控制技術(shù)及應(yīng)用淺析

超聲流量計運(yùn)行過程中常受到噪聲的干擾，因此，對超聲流量計噪聲控制技術(shù)進(jìn)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(shù)進(jìn)行分析，以超聲流量計噪聲控制技術(shù)在天然氣計量中的應(yīng)用為例子，探討超聲流量計噪聲控制技術(shù)的發(fā)展前景。

引言

超聲流量計是一種用于流量測量的計量工具，通過向流體發(fā)射超聲信號，當(dāng)超聲波受到流體流動影響以后會重新接受超聲波信號，因而可以得到檢測結(jié)果。一般來說，與孔板、渦輪等傳統(tǒng)的流體流量的計量方式相比，其具有計量精度高、量程比高以及干擾因素少等優(yōu)點(diǎn)。自 20 世紀(jì) 90 年代以來，超聲流量計在我國受到了廣泛的應(yīng)用，并開始了批量化的生產(chǎn)過程。但與此同時，由于我國對超聲流量計研究工作的起步時間較晚，國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)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(huán)境的影響，例如溫度、濕度與噪聲等，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(shù)

一般來說，噪聲的來源有兩個：一是管道系統(tǒng)中的閥門與各種阻流器件中產(chǎn)生的噪聲；二是工作環(huán)境中的電子器件產(chǎn)生的電磁噪聲。由于這些噪聲的出現(xiàn)或疊加，會對超聲流量計的測量精度產(chǎn)生不同程度的影響?；诖?，加強(qiáng)對超聲流量計噪聲控制非常重要。目前，為了保證超聲流量計的穩(wěn)定運(yùn)行，通常從控制噪聲源、切斷噪聲傳播途徑以及噪聲數(shù)字信號處理三個方面對噪聲因素進(jìn)行控制。

1.1 控制噪聲源

當(dāng)流體經(jīng)過調(diào)壓閥等節(jié)流器件時，由于節(jié)流孔處流體流速的增大，導(dǎo)致整個流場會發(fā)生顯著的變化，從而形成一股不穩(wěn)定的氣體流。通常情況下，調(diào)節(jié)前后的流體壓差越大，流體流速的變化也就會越明顯，進(jìn)而導(dǎo)致流場的變化幅度越大，產(chǎn)生的噪聲對超聲流量計的影響也就越強(qiáng)。據(jù)此，在對噪聲源進(jìn)行控制的時候可以采用分級調(diào)壓、多支路供應(yīng)等方式。當(dāng)單級調(diào)壓過程中產(chǎn)生的流體壓差較大，可以采用兩個或者多個調(diào)壓閥串聯(lián)的形式，逐步分解壓差，進(jìn)而降低因壓差而產(chǎn)生的噪聲。當(dāng)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(shí)現(xiàn)降低噪聲的目的，還可以調(diào)節(jié)噪聲產(chǎn)生的頻率，進(jìn)而將其與超聲流量計產(chǎn)生的脈沖信號區(qū)分開，從根本上對超聲流量計噪聲干擾進(jìn)行控制。

1.2 切斷噪聲傳播途徑

由于噪聲來源的不同，因此在對噪聲傳播途徑進(jìn)行控制時主要有以下三種方式：一是優(yōu)化超聲流量計的安裝工藝。這種控制技術(shù)主要應(yīng)用于節(jié)流閥、調(diào)壓閥等設(shè)備產(chǎn)生的噪聲，通過改變節(jié)流件的安裝位置，即“流體先計量，后調(diào)壓”，避免流體流動時，大部分噪聲隨著氣流方向到達(dá)節(jié)流件的下方，少部分噪聲傳播到上方的現(xiàn)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(dá)到降低噪聲的目的。此外，根據(jù)噪聲大小的不同，對管件的結(jié)構(gòu)和數(shù)量也需做出相應(yīng)的調(diào)整，使對噪聲產(chǎn)生有效的隔音效果。三是有效控制超聲流量計與節(jié)流件之間的距離，實(shí)踐表明，超聲流量計與節(jié)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(guān)，也即是有效距離越大，噪聲能量衰減越大，因此，當(dāng)安裝超聲流量計的時候，應(yīng)按照廠家的***短直管段要求來控制上、下游直管段長度。

1.3 噪聲數(shù)字信號處理

當(dāng)超聲流量計中進(jìn)入了大量的同頻段噪聲時，其本身很難對產(chǎn)生的脈沖信號和干擾噪聲進(jìn)行區(qū)分，因此，為了提高

超聲流量計計量的性，在其內(nèi)部應(yīng)安置噪聲數(shù)字信號處理程序，通過對超聲流量計產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行疊加或放大，來過濾脈沖信號不同步的噪聲，得到較好的信號質(zhì)量。

2 超聲流量計噪聲控制技術(shù)在天然氣計量中的應(yīng)用分析

2.1 應(yīng)用實(shí)例分析

當(dāng)前，在天然氣計量系統(tǒng)中，噪音常見的來源有節(jié)流閥、調(diào)節(jié)閥等設(shè)備。舉例來說，在某大型天然氣場站中，日供氣量為 520 萬立方米，采用兩臺超聲流量計，其中，上游直管段安裝有板式整流器，下游調(diào)壓閥為 AFV 軸流式調(diào)壓閥，流量計與調(diào)壓閥之間的結(jié)構(gòu)為直通式。在天然氣供給過程中，尤其是處于供氣高峰時段時，超聲流量計精度的不準(zhǔn)確導(dǎo)致整個計量過程出現(xiàn)瞬時流量消失的現(xiàn)象。

該場站采用“先計量、后調(diào)壓”的工藝安裝方式對超聲流量計的噪聲進(jìn)行了處理，并在其上游安裝了板式整流器。但從現(xiàn)有問題上說，受到下游調(diào)壓閥的影響，超聲流量計的計量精度還是產(chǎn)生了很大的偏頗，尤其是上游壓力過高或是瞬時流量過大時，超聲流量計的計量數(shù)據(jù)就會出現(xiàn)終止現(xiàn)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(guī)范，當(dāng)條件完全符合時，而上游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(zhǔn)現(xiàn)象才更加明確?；诖?，對此現(xiàn)象進(jìn)行判斷，其原因可能是由調(diào)壓閥上下游壓差的增大而導(dǎo)致的噪聲能量升高，***終使得超聲流量計的換能器產(chǎn)生的脈沖信號與節(jié)流出現(xiàn)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，為了提高超聲流量計的計量精度，解決噪聲干擾問題，在對天然氣場地的工藝流程和運(yùn)行條件進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，提出如下解決方案：一是按照原有“先計量、后調(diào)壓”的工藝安裝方式，以及超聲流量計上游與下游直管段的位置。結(jié)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(guān)系，一般***小安裝距離為：距離上游直管段應(yīng)大于等于 10 倍的管道外徑；距離下游直管段長度應(yīng)大于等于 5 倍的管道外徑。二是在超聲流量計與調(diào)壓閥間的閥門后將管道引到地下，并安裝 6 個隔音器，包括 2 個“T”型管和 90°彎頭，進(jìn)而避免節(jié)流噪聲朝著超聲流量計的方向傳播，提高超聲流量計計量的精度。

3 結(jié)語

隨著超聲流量計在我國工業(yè)行業(yè)的大量應(yīng)用，對其開展現(xiàn)場噪聲控制研究是當(dāng)前業(yè)界研究的重要內(nèi)容之一。基于此，為了避免噪聲對超聲流量計的計量精度產(chǎn)生不良影響，應(yīng)著重進(jìn)行如下工作：一是對噪聲的來源進(jìn)行充分的考慮論證，進(jìn)而從源頭上減少噪聲的產(chǎn)生；二是優(yōu)化超聲流量計的安裝工藝、安裝噪聲隔音器等設(shè)備，有效的切斷噪聲的傳播途徑；***后通過噪聲數(shù)字信號處理程序，得到良好的信號質(zhì)量。