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降低噪声对气体超声波流量计影响的措施

时间:2018/07/05来源:未知

  随着电子技术与传感器技术的发展, 超声波计量技术日趋完善, 超声波计量是非接触式, 对被测介质无干扰、无污染。因此, 超声波流量计广泛应用于水利、电力、石油、化工、自来水及食品等行业。
1、超声波流量计计量原理:
  超声波流量计计量方法有时差法、多普勒频移法、相位差法、噪声法等, 可根据被测对象及所要求的精度进行选择。由于时差法计量准确性高、抗干扰性强、使用方便, 因此在水电站、泵站、大型输气供水工程中得到了广泛的应用。
  超声波流量计根据声道结构可分为单声道超声波流量计和多声道超声波流量计。单声道超声波流量计是在被测管道上安装一对超声波换能器, 构成一个超声波通道。单声道超声波流量计结构简单、使用方便, 但对于流态分布变化适应性差, 测量精度不易控制, 一般用于中小口径管道和对测量精度要求不高的管道。多声道超声波流量计是在被测管道上安装多对超声波换能器, 构成多个超声波通道, 综合各声道测量结果得出***终流量。与单声道超声波流量计相比, 多声道流量计对流态分布变化适应能力强, 测量精度高, 可用于大口径管道和流态分布复杂的管道。
2、产生计量误差的原因:
  由于超声波流量计是通过测定高频声脉冲在管道内的传播时间差实现流量测量, 噪声干扰成为影响计量准确性的主要因素。当噪声水平达到一定程度时, 甚至无法计量。影响超声波流量计计量准确性的原因如下。
(1) 使用气体超声波流量计的计量系统噪声源主要有调压器、节流阀、汇管、压缩机等, 其中以调压器、节流阀等节流件产生的节流噪声对超声波流量计的影响***常见。正常情况下, 超声波流量计发出的脉冲信号频率逾125kHz, 由调压器、节流阀等节流件产生的节流噪声频率一般低于此频率。但随着阀门结构、天然气流量及压差等因素的变化, 噪声的频率范围逐渐变宽, 噪声被超声波换能器接收后, 流量计信噪比增大, 出现计量偏差[1]。
(2) 由于安装不规范, 噪声加大, 影响计量准确性, 如未按规定配备直管段、降噪装置或安装位置不正确等, 均可增加对计量准确性的影响。
(3) 根据GB/T 18604—2014《用气体超声流量计测量天然气流量》, 由于站址靠近铁路、工地, 振动源或地质沉降导致噪声影响加大, 进一步影响计量的准确性。
3、降低噪声影响的措施:
  考虑噪声成因及传播途径对计量准确性的影响, 开展噪声控制, 保证计量准确性, 成为业界共同面对的问题。为降低噪声影响, 采取措施如下。降噪措施采用的π形降噪管、T形管、弯管、Z形降噪器等均由普通管子和管件制作而成。
(1) 在设计阶段, 对潜在的噪声源进行充分论证, 从厂站工艺布置、设备选型等方面统筹考虑, 从源头上减少噪声干扰。
a.采用计量橇和调压橇各自独立带有汇管的工艺, 汇管之间通过埋地汇管连接。计量橇与调压橇各自独立带有汇管的设计见图1。该设计的优点是各系统模块化, 集成度高, 功能完备且相对独立, 能有效地消除调压器所产生的声学噪声。缺点是布局纵向跨距大, 占地面积大, 建设费用较高。
图1 计量橇与调压橇各自独立带有汇管的设计
图1 计量橇与调压橇各自独立带有汇管的设计
 
b.采用计量橇和调压橇单路成串设计, 采用单个π形降噪管直接连接调压橇和计量橇。计量橇与调压橇单路成串设计见图2。该设计特点是设备紧凑, 计量橇和调压橇之间不用汇管连接, 采用单个π形降噪管, 消除下游调压器回传的声学噪声干扰, 工艺布置只需两套汇管, 占用厂站面积减少, 降低厂站建设费用。
图2 计量橇与调压橇单路成串设计
图2 计量橇与调压橇单路成串设计
 
c.采用单汇管和简易降噪管 (一个T形管和一个弯管) 组合设计, 单汇管与T形管、弯管组合设计见图3。该设计的特点是布局紧凑, 通过简易降噪管和汇管能有效消除下游调压器带来的噪声干扰。该设计厂站占地面积减少, 降低厂站建设费用。
图3 单汇管与T形管、弯管组合设计
图3 单汇管与T形管、弯管组合设计
 
(2) 对现运行的厂站进行工艺改造, 消除下游调压器带来的噪声干扰。
a.采用Z形交叉设计方案, 克服超声波流量计与调压器距离太近无法放置π形降噪管的缺点, 计量橇与调压橇之间用Z形降噪器的设计见图4。利用管道之间的间距安装Z形降噪器, 消除调压器声学噪声对超声波信号的干扰。
图4 计量橇与调压橇之间用Z形降噪器的设计
图4 计量橇与调压橇之间用Z形降噪器的设计
 
b.根据噪声的量级不同, 选择安装适当的隔声管道组成件, 在超声波流量计与噪声源之间安装T形管、90°弯头、多孔板消声器等, 在超声波流量计与噪声源之间形成一种有效的隔声屏障[2], 不同管道组成件的降噪能力见表1[1]。
表1 不同管道组成件的降噪能力
表1 不同管道组成件的降噪能力
c.对噪声信号加强处理, 降低噪声源影响。如加强超声波流量计本身抗噪性能, 通过超声波流量计信号检测电路编码信号采样方式和信噪比, 进行信号自动增益控制, 从而有效降低或消除调压器及外部声学噪声影响。在超声波流量计内内置噪声数字信号处理程序, 利用脉冲信号叠加、放大等手段, 过滤与传感器脉冲信号不同步的噪声;另外, 常用超声波流量计脉冲信号频率有125kHz和200kHz两种, 对于节流噪声较多的场合, 可选用200kHz的高频脉冲信号, 增大流量信号与噪声的频率差, 增强流量信号和噪声的辨识度。
4、结语:
  随着超声波流量计的普及, 解决噪声干扰问题成为提高超声波流量计准确性的关键, 燃气企业应从计量系统可靠性和改造的经济性综合考虑, 选择合适的解决方案, 保障超声波流量计准确稳定运行。

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