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    新聞資訊

    噪聲干擾超聲波流量計測量會帶來什么不良影響

    2020-06-23    

    一、本文概述
     超聲波流量計是一種利用速度時差法或是多普勒效應的原理來對管內液體流量進行測量的裝置,要據安裝方式的不同可分為插入式、外夾式和管段式三種不同的類型,一般通過與集成化的數字信號處理技術、多脈沖技術、數字糾錯技術的系統配合使用,來達到適應環境、增強其可靠性等目的,特別是外夾式超聲波流量更是因為其無需破管、計量精度高、安裝調試簡單,維護方便,帶自診斷功能等諸多優點,受到用戶普遍好評,現已在化工、電力、石油、冶金等領域得到廣泛應用。
    不過由于影響超聲波流量計流量測量結果不確定度的因素很多,在使用的過程中會受到來自于上游直管段內壁粗糙度、氣體成分、上游直管段長度、流量計上游流體流態、噪聲干擾、氣流脈動等。會對儀表的測量產生或大或小的影響,當然儀表是具有相當的自我糾錯功能的,可以在一定范圍之內有效地識別并去掉無關的干擾信號,但是倘若外界的影響較大,超出了儀表自我糾錯的控制范圍,則肯定會對于終測量數據產生影響。
    對操作人員來說,常見的是管道中的噪聲可能會干擾超聲波流量計的工作,進而影響儀表的性能。這種噪聲典型的產生部位是有壓力降的地方,比如流量調節閥。
         西源儀表科技有限公司生產的一款外夾式超聲波流量計就是超聲波測量行業內的好佼佼者,自投放市場以來,好評如潮,獲得了廣大使用單位的廣泛贊譽。撰寫此文就是重點針對超聲波流量計在使用過程中普遍會遇到的噪聲影響問題作出分析,幫助工程設計人員了解并認識到影響以及消除或減少噪聲影響的措施。在項目開始階段,如果工程設計人員能認識到這些影響因素并采取相應措施,可以很大程度 上降低工程成本,而一旦所有設備都安裝完畢,發現了問題再采取措施,一般就要付出高昂的代價。所以,了解這些減少噪聲影響的措施是非常必要的,它可以指導用戶正確應用超聲波流量計。
    外夾式超聲波流量計
    二、噪聲對超聲波流量計的影響
     工業裝置運行中會產生噪聲,如高速氣體通過管子、管件、突出的溫度傳感器、調節閥等。研究發現,產生噪聲大的是大壓力降調節閥,這種噪聲如果不加以處理,會干擾流量計的信號檢測系統工作,并導致傳輸檢測錯誤。調節閥產生的噪聲大小及性質與調節閥的設計有關。有些調節閥為達到“低噪聲”的特性,特意把噪聲頻率提高,但高頻率達到超聲波流量計的工作頻率范圍,嚴重影響超聲波流量計的正常工作。雖然調節閥可以通過籠式設計等手段來降低噪聲信號,但調節閥特性 也決定了任何帶節流特性的閥門都是一個潛在超聲噪聲源。研究表明,閥體能量損耗與通過閥體的壓力降及實際工況流速成正比,而噪聲隨著通過閥體能量損耗的提高而提高。
    P=qvDp
        式中P——能量損耗,W
        qv——工況流量,m3/s
            Dp——閥體壓力降,Pa
    例如一條公稱直徑為200mm的天然氣管道,氣體流過調節閥的流速為20m/s,可得出流量0.628m3/s,若壓力降約為10kPa,則能量損耗6.28kW,噪聲大小與該能量損耗成正比。對于一般超聲波流量計,如果選用本安型儀表,電氣回路的能量會被限制在2W以內,與該能量損耗相比小很多,因此,要想讓儀表的信號能夠抵抗噪聲的干擾必須要采取措施。
    噪聲一旦產生,就會在調節閥的上游和下游傳播,所以僅將超聲波流量計安裝在調節閥之前并不能保證流量計不受調節閥噪聲的干擾。實驗結果表明,調節閥安裝在流量計下游,離調節閥近的傳感器受到的噪聲干擾比離調節閥遠的傳感器受到的噪聲干擾要大2~4倍。
    三、消除或降低噪聲影響的措施
     ①在安裝條件固定的前提下,提高流量計本身的信號處理能力和診斷能力,能有效降低噪聲。
    ②在正常情況下,流量計的測量精度是很重要的。在精度不能保證的情況下,應用流量計測量某個產生噪聲的調節閥流量,必然會產生錯誤的結果。所以,改善 超聲波流量計對聲脈沖的識別和檢測,同時提高信號的過濾能力,能提高測量的準確度。
    ③為降低噪聲干擾,宜把流量計安裝在調節閥的上游,好處是壓力較高,信號較強,不會放大噪聲。
    ④加長流量計上下游直管段以及在流量計和噪聲源之間安裝隔離設備都會減弱噪聲。但直管段長度可能需要多倍管徑才能消減噪聲干擾,所以安裝隔離設備更方便有效。 實驗表明,過濾器、熱交換器和渦輪設備都是良好的降低噪聲的設備。彎頭、盲三通也能降低噪聲,好的方法是安裝盲三通,流體通過盲三通后噪聲被反射回去。
    ⑤用兩個閥門來分擔壓力降的方法也能減少噪聲的產生,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波長相同的復合型小反射設備、泡沫或有粘性、彈性、吸收性的一些設備實現消除噪聲的目的。測試顯示,這種方式可以降低30%的噪聲。消噪器可直接安裝在流量計的下游,法蘭連接,不會影響流量計的精度。
    超聲波消噪器通常會發生堵塞和一定的壓力降,因此會喪失一些優勢。但是在有些情況下,比如與調節閥較大的壓力降導致產生的噪聲相比,消噪器的壓力降可以忽略不計。在海上平臺等空間受限的情況下可以應用消噪器降低噪聲。
    四、安裝條件的影響及解決辦法
     IS0 17089和GB/T 18604都提出了噪聲對超聲波流量計性能的影響。除噪聲影響外,計量管路配置、上下游直管段長度也是影響超聲波流量計性能的重要因素。
    流量計上游不同的安裝條件(閥門、匯管、彎頭等)會對進入流量計的流體流態產生影響,在流量計上游安裝整流設備可以有效地消除上游產生的流態變化。目前對于天然氣長輸管道分輸站上下游之間、天然氣門站與下游工業用戶之間等用于貿易交接的應用中,一般將整流設備作為計量管路的基本設計內容,并把流量計與上下游直管段及整流設備一并校準,以消除不同安裝條件對校準后流量計準確度的影響。
    關于流量計上下游直管段長度,AGA9號報告和GB/T 18604給出了不同的指導數據。AGA9號報告推薦10D(D為管道直徑)直管段在整流設備前、10D直管段在整流設備和流量計之間、流量計下游5D直管段。GB/T 18604指出,在安裝整流設備的情況下,流量計上游至少需要3:0勿的直管段,且整流設備至少安裝在流量計上游10D處,流量計下游直管段長度至少為5D。
    在實際工程應用中,由于受到安裝空間以及橇體運輸等條件的限制,一般采用AGA9號報告推薦的直管段長度要求,而且設備廠家也承諾在此條件下,超聲波流量計量系統可以達到測量精度及穩定性等性能要求。
    五、本文總結
    ①超聲波流量計量系統設計階段就要充分考慮到調節閥對流量計的潛在噪聲影響,項目實施后再改造難度大,成本高;
    ②超聲波流量計務必安裝在調節閥的上游;
    ③盡可能用管道或其他設備將流量計和調節閥隔離開;
    ④條件允許的情況下,用盲三通代替彎頭;
    ⑤在現有安裝條件下,提高流量計本身的信號處理能力(過濾和識別)和診斷能力;
    ⑥用兩個閥門共同分擔壓力降的辦法可以降低噪聲,但造價較高;
    ⑦在空間受限,安裝條件達不到要求的情況下,考慮使用消噪器。
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