由于超聲波流量計包含較低維修成本、較高計量精度及自帶診斷功能等優(yōu)點的緣故,故而在天然氣計量領域中的應用得到了很好的普及。但是,因多種問題的影響,導致超聲波流量計在實際運用中時常會出現(xiàn)計量偏差甚至停止的故障。對此,分析調(diào)節(jié)閥高頻噪聲的產(chǎn)生及其對超聲波計量的影響并對其改進有著十分深遠的意義。
1.調(diào)節(jié)閥高頻噪聲的產(chǎn)生及其對超聲波流量計計量的影響
調(diào)節(jié)閥這一調(diào)壓設備在天然氣管道輸氣生產(chǎn)過程中的應用十分普及,在其調(diào)壓過程中,會有頻率范圍很寬的噪聲及超聲頻率范圍的超聲噪聲產(chǎn)生。這類噪聲有著與聲波相似的物理性質(zhì),而閥的類型、調(diào)壓壓差及氣體流速等是決定其噪聲大小的主要因素,當噪聲形成后會同時朝著調(diào)節(jié)閥上游及下游的方向進行傳播。然而受調(diào)節(jié)閥壓差作用的影響,氣體到達節(jié)流口時會被壓縮至下游,導致下游承受了以沖擊波形式傳播而來的主要噪聲能量,而傳播至上游的噪聲能量相對較少。超聲波流量計內(nèi)換能器超聲脈沖的工作頻率都是特定的,在天然氣計量中所采用的超聲波流量計通常都有著不低于120kHz的脈沖頻率。換能器工作頻率的脈沖信號是其主要響應對象,經(jīng)過調(diào)節(jié)閥調(diào)壓所形成的噪聲頻率與換能器工作達到一致的頻率且在氣流介質(zhì)的幫助下朝著超聲波流量計傳播并到達時,會導致?lián)Q能器的檢測出現(xiàn)故障,也無法將工作脈沖信號準確分辨,以致于計量出現(xiàn)問題。
而當噪聲形成時,調(diào)節(jié)閥上游和下游便會成為其同時傳播的方向,故而若是僅在調(diào)節(jié)閥之前安裝超聲波流量計并不能將調(diào)節(jié)閥噪聲對流量計造成的干擾消除。有研究成果表示,在流量計下游安裝調(diào)節(jié)閥,遠離調(diào)節(jié)閥的傳感器與接近于調(diào)節(jié)閥的傳感器相比較時,所受到的噪聲干擾通常會小2~4倍。如某條天然氣管道有著200mm的公稱直徑,氣體是以20m/s的流速流過調(diào)節(jié)閱,由此可知流量為0.628m3/s,當壓力下降至10kPa時,會有6.28kW的能量損耗,噪聲大小與該能量損耗之間的關(guān)系為正比。相對于普通超聲波流量計而言,若采用的儀表為本安型,那么2W為電氣回路的ZUI高能量,相對于該能量的損耗而言有著明顯的差距,對此,就必須采取相應的措施確保儀表信號能對噪聲干擾產(chǎn)生一定的抵抗能力。
2.噪聲影響的改進對策
2.1安裝調(diào)節(jié)閥,確保安裝間距
相對于朝著調(diào)節(jié)閥下游傳播的噪聲能量而言,朝著調(diào)節(jié)閥上游傳播的噪聲能量更小,故而應將超聲波流量計下游作為主要調(diào)節(jié)閥的主要安裝位置,同時要確保安裝距離足夠大。流量計的測量精度在正常情況下有著十分重要的作用。若是無法保障精度,那么借助流量計對某個有噪聲存在的調(diào)節(jié)閥流量進行測量時,所得到的結(jié)果必然是錯誤的。對此,要想為測量的*度提供保障,就必須對流量計識別、檢測聲脈沖的性能進行改善,并將其信號過濾能力提高。
2.2加裝管件,加強降噪能力
將一定數(shù)量的管件安裝在調(diào)節(jié)閥與超聲波流量計之間,能將超聲噪聲不同程度的衰減目的實現(xiàn),各個管件所具備的降噪能力如下表1所示。
如表1所示,采用90度彎頭和100m直管段安裝至調(diào)節(jié)閥網(wǎng)與超聲波流量計之間有著相同的降噪能力,然而實際中無法采用100m直管段。通常都是借助T形管或是兩平面彎頭安裝至調(diào)節(jié)閥與超聲波流量計之間,以此將調(diào)節(jié)網(wǎng)噪聲降低。實際過程中影響T形管應用數(shù)量的因素有很多,如調(diào)節(jié)閥調(diào)壓壓差不低于2.067MPa時,采用的T形管數(shù)量ZUI低應為兩個。而若是在調(diào)節(jié)閥與流量計之間安裝熱交換器或過濾器,所發(fā)揮的降噪作用高于彎頭和T形管。
2.3安設消噪器,確保正常運行
消噪器主要是借助與流量計有著一致波長的單一的復合型小反射設備、泡沫或具備彈性、粘性的部分設備將噪聲消除這一目的實現(xiàn)。有研究表明,通過該方式能將噪聲降低約30%。消噪器可在流量計下游直接安裝,法蘭連接并不會對流量計精度造成影響。超聲波消噪器時常會有堵塞或一定壓力降的情況出現(xiàn),使其優(yōu)勢受損,然而這些問題相對于調(diào)節(jié)閥較大壓力降而形成的噪聲而言十分微弱。借助消噪器對噪聲進行降低普遍用于海上平臺等空間受限的情況。
3.結(jié)束語
超聲波流量計完成安裝后若是進行再次改造,不但具有較大的難度,且會消耗大量的資金。因此,在對超聲波流量計進行設計時,應對來自于調(diào)節(jié)閥的噪聲影響給予重視。應確保將調(diào)節(jié)閥上游作為超聲波流量計的安裝位置同時盡量借助管道或其他設備對調(diào)節(jié)閥與流量計進行隔離。
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