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)域越來越得到廣泛應(yīng)用。目前，針對超聲波流量計(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)測量天然氣流量》（下文簡稱GB/T18604）、ISO17089－2—2012《封閉管道內(nèi)的流體流量測量－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)》（下文簡稱ISO17089）和美國AGA于1998年發(fā)布的AGA9號報(bào)告《用多聲道超聲流量計(jì)測量天然氣流量》（下文簡稱AGA9號報(bào)告）。這些標(biāo)準(zhǔn)、報(bào)告對超聲波流量計(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)人員對現(xiàn)場儀表進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝。

 

影響超聲波流量計(jì)流量測量結(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、上游直管段長度、流量計(jì)上游流體流態(tài)、噪聲干擾、氣流脈動等。對操作人員來說，最常見的是管道中的噪聲可能會干擾超聲波流量計(jì)的工作，進(jìn)而影響儀表的性能。這種噪聲最典型的產(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)目開始階段，如果工程設(shè)計(jì)人員能認(rèn)識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)。

 

 

噪聲對超聲波流量計(jì)的影響

工藝裝置運(yùn)行中會產(chǎn)生噪聲，如高速氣體通過管子、管件、突出的溫度傳感器、調(diào)節(jié)閥等。研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生噪聲最大的是大壓力降調(diào)節(jié)閥，這種噪聲如果不加以處理，會干擾流量計(jì)的信號檢測系統(tǒng)工作，并導(dǎo)致傳輸檢測錯誤。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)閥可以通過籠式設(shè)計(jì)等手段來降低噪聲信號，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閥體的壓力降及實(shí)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=q_VΔp

其中：

P———能量損耗，W

q_v———工況流量，m³/s

Δp———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(diào)節(jié)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(jì)，如果選用本安型儀表，電氣回路的能量會被限制在2W以內(nèi)，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(chǎn)生，就會在調(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。

 

 

消除或降低噪聲影響的措施

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

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

三、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，信號較強(qiáng)，不會放大噪聲。

四、加長流量計(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(shè)備更方便有效。實(shí)驗(yàn)表明，過濾器、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，最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。

五、用兩個(gè)閥門來分擔(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。

六、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，不會影響流量計(jì)的精度。

超聲波消噪器通常會發(fā)生堵塞和一定的壓力降，因此會喪失一些優(yōu)勢。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)。在海上平臺等空間受限的情況下可以應(yīng)用消噪器降低噪聲。

 

 

安裝條件的影響及解決辦法

ISO17089和GB/T18604都提出了噪聲對超聲波流量計(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）會對進(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(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)上下游直管段長度，AGA9號報(bào)告和GB/T18604給出了不同的指導(dǎo)數(shù)據(jù)。AGA9號報(bào)告推薦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/T18604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號報(bào)告推薦的直管段長度要求，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)到測量精度及穩(wěn)定性等性能要求。

 

 

結(jié)論

一、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；

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

三、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；

四、條件允許的情況下，用盲三通代替彎頭；

五、在現(xiàn)有安裝條件下，提高流量計(jì)本身的信號處理能力（過濾和識別）和診斷能力；

六、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；

七、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。

 

 

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