噪聲對超聲波流量計的影響分析

超聲波流量計具有計量精度高、維修維護成本低、帶自診斷功能等諸多優(yōu)點，多聲道超聲波流量計在天然氣計量領(lǐng)域越來越得到廣泛應(yīng)用。目前，針對超聲波流量計的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及報告有：

GB／T 18604－2014《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》(下文簡稱GB／T 18604)、IS0 17089-2－2012《封閉管道內(nèi)的流體流量測量－氣體超聲流量計－第1部分：用于貿(mào)易計量和分配計量的流量計》(下文簡稱IS0 17089)和美國AGA于1998年發(fā)布的AGA9號報告《用多聲道超聲流量計測量天然氣流量》(下文簡稱AGA9號報告)。這些標(biāo)準(zhǔn)、報告對超聲波流量計的使用起到極大的促進作用，但由于缺乏洋細(xì)和嚴(yán)格的安裝指導(dǎo)，不能指導(dǎo)工程設(shè)計人員對現(xiàn)場儀表進行設(shè)計安裝。

   影響超聲波流量計流量測量結(jié)果不確定度的因素很多，比如流量計上游直管段內(nèi)壁粗糙度、氣體成分、上游直管段長度、流量計上游流體流態(tài)、噪聲干擾、氣流脈動等。對操作人員來說，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(chǎn)生部位是有壓力降的地方，比如流量調(diào)節(jié)閥。

本文重點討論噪聲對超聲波流量計的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(shè)計人員能認(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。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。

2　噪聲對超聲波流量計的影響[1]。

工藝裝置運行中會產(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)計有關(guān)。有些調(diào)節(jié)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(yán)重影響超聲波流量計的正常工作。雖然調(diào)節(jié)閥可以通過籠式設(shè)計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(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，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安裝在調(diào)節(jié)閥之前并不能保證流量計不受調(diào)節(jié)閥噪聲的干擾。實驗結(jié)果表明，調(diào)節(jié)閥安裝在流量計下游，離調(diào)節(jié)閥近的傳感器受到的噪聲干擾比離調(diào)節(jié)閥遠的傳感器受到的噪聲干擾要大2～4倍。