超聲流量計(jì)噪聲控制技術(shù)及應(yīng)用淺析

超聲流量計(jì)運(yùn)行過程中常受到噪聲的干擾，因此，對(duì)超聲流量計(jì)噪聲控制技術(shù)進(jìn)行研究具有非常重要的意義。本文通過對(duì)幾種常見的噪聲控制技術(shù)進(jìn)行分析，以超聲流量計(jì)噪聲控制技術(shù)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用為例子，探討超聲流量計(jì)噪聲控制技術(shù)的發(fā)展前景。

引言

超聲流量計(jì)是一種用于流量測(cè)量的計(jì)量工具，通過向流體發(fā)射超聲信號(hào)，當(dāng)超聲波受到流體流動(dòng)影響以后會(huì)重新接受超聲波信號(hào)，因而可以得到檢測(cè)結(jié)果。一般來(lái)說，與孔板、渦輪等傳統(tǒng)的流體流量的計(jì)量方式相比，其具有計(jì)量精度高、量程比高以及干擾因素少等優(yōu)點(diǎn)。自 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，超聲流量計(jì)在我國(guó)受到了廣泛的應(yīng)用，并開始了批量化的生產(chǎn)過程。但與此同時(shí)，由于我國(guó)對(duì)超聲流量計(jì)研究工作的起步時(shí)間較晚，國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)水平不同，加上安裝條件的問題，在其使用過程中常常受到工作環(huán)境的影響，例如溫度、濕度與噪聲等，其中***重要的就是噪聲因素。

1 幾種常見的超聲流量計(jì)噪聲控制技術(shù)

一般來(lái)說，噪聲的來(lái)源有兩個(gè)：一是管道系統(tǒng)中的閥門與各種阻流器件中產(chǎn)生的噪聲；二是工作環(huán)境中的電子器件產(chǎn)生的電磁噪聲。由于這些噪聲的出現(xiàn)或疊加，會(huì)對(duì)超聲流量計(jì)的測(cè)量精度產(chǎn)生不同程度的影響?；诖?，加強(qiáng)對(duì)超聲流量計(jì)噪聲控制非常重要。目前，為了保證超聲流量計(jì)的穩(wěn)定運(yùn)行，通常從控制噪聲源、切斷噪聲傳播途徑以及噪聲數(shù)字信號(hào)處理三個(gè)方面對(duì)噪聲因素進(jìn)行控制。

1.1 控制噪聲源

當(dāng)流體經(jīng)過調(diào)壓閥等節(jié)流器件時(shí)，由于節(jié)流孔處流體流速的增大，導(dǎo)致整個(gè)流場(chǎng)會(huì)發(fā)生顯著的變化，從而形成一股不穩(wěn)定的氣體流。通常情況下，調(diào)節(jié)前后的流體壓差越大，流體流速的變化也就會(huì)越明顯，進(jìn)而導(dǎo)致流場(chǎng)的變化幅度越大，產(chǎn)生的噪聲對(duì)超聲流量計(jì)的影響也就越強(qiáng)。據(jù)此，在對(duì)噪聲源進(jìn)行控制的時(shí)候可以采用分級(jí)調(diào)壓、多支路供應(yīng)等方式。當(dāng)單級(jí)調(diào)壓過程中產(chǎn)生的流體壓差較大，可以采用兩個(gè)或者多個(gè)調(diào)壓閥串聯(lián)的形式，逐步分解壓差，進(jìn)而降低因壓差而產(chǎn)生的噪聲。當(dāng)單體支路上的流量過大時(shí)，可以將此分成多條支路，降低單一支路上的流體流速，這種方式不僅可以實(shí)現(xiàn)降低噪聲的目的，還可以調(diào)節(jié)噪聲產(chǎn)生的頻率，進(jìn)而將其與超聲流量計(jì)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)區(qū)分開，從根本上對(duì)超聲流量計(jì)噪聲干擾進(jìn)行控制。

1.2 切斷噪聲傳播途徑

由于噪聲來(lái)源的不同，因此在對(duì)噪聲傳播途徑進(jìn)行控制時(shí)主要有以下三種方式：一是優(yōu)化超聲流量計(jì)的安裝工藝。這種控制技術(shù)主要應(yīng)用于節(jié)流閥、調(diào)壓閥等設(shè)備產(chǎn)生的噪聲，通過改變節(jié)流件的安裝位置，即“流體先計(jì)量，后調(diào)壓”，避免流體流動(dòng)時(shí)，大部分噪聲隨著氣流方向到達(dá)節(jié)流件的下方，少部分噪聲傳播到上方的現(xiàn)象。二是在噪聲源與超聲流量計(jì)之間安裝隔音管件，這種管件有 T 型管、多孔消音器等多種形式，從而在一定程度上可以達(dá)到降低噪聲的目的。此外，根據(jù)噪聲大小的不同，對(duì)管件的結(jié)構(gòu)和數(shù)量也需做出相應(yīng)的調(diào)整，使對(duì)噪聲產(chǎn)生有效的隔音效果。三是有效控制超聲流量計(jì)與節(jié)流件之間的距離，實(shí)踐表明，超聲流量計(jì)與節(jié)流件之間的有效距離與噪聲在傳播過程中的能量衰減呈正相關(guān)，也即是有效距離越大，噪聲能量衰減越大，因此，當(dāng)安裝超聲流量計(jì)的時(shí)候，應(yīng)按照廠家的***短直管段要求來(lái)控制上、下游直管段長(zhǎng)度。

1.3 噪聲數(shù)字信號(hào)處理

當(dāng)超聲流量計(jì)中進(jìn)入了大量的同頻段噪聲時(shí)，其本身很難對(duì)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)和干擾噪聲進(jìn)行區(qū)分，因此，為了提高

超聲流量計(jì)計(jì)量的性，在其內(nèi)部應(yīng)安置噪聲數(shù)字信號(hào)處理程序，通過對(duì)超聲流量計(jì)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行疊加或放大，來(lái)過濾脈沖信號(hào)不同步的噪聲，得到較好的信號(hào)質(zhì)量。

2 超聲流量計(jì)噪聲控制技術(shù)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用分析

2.1 應(yīng)用實(shí)例分析

當(dāng)前，在天然氣計(jì)量系統(tǒng)中，噪音常見的來(lái)源有節(jié)流閥、調(diào)節(jié)閥等設(shè)備。舉例來(lái)說，在某大型天然氣場(chǎng)站中，日供氣量為 520 萬(wàn)立方米，采用兩臺(tái)超聲流量計(jì)，其中，上游直管段安裝有板式整流器，下游調(diào)壓閥為 AFV 軸流式調(diào)壓閥，流量計(jì)與調(diào)壓閥之間的結(jié)構(gòu)為直通式。在天然氣供給過程中，尤其是處于供氣高峰時(shí)段時(shí)，超聲流量計(jì)精度的不準(zhǔn)確導(dǎo)致整個(gè)計(jì)量過程出現(xiàn)瞬時(shí)流量消失的現(xiàn)象。

該場(chǎng)站采用“先計(jì)量、后調(diào)壓”的工藝安裝方式對(duì)超聲流量計(jì)的噪聲進(jìn)行了處理，并在其上游安裝了板式整流器。但從現(xiàn)有問題上說，受到下游調(diào)壓閥的影響，超聲流量計(jì)的計(jì)量精度還是產(chǎn)生了很大的偏頗，尤其是上游壓力過高或是瞬時(shí)流量過大時(shí)，超聲流量計(jì)的計(jì)量數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)終止現(xiàn)象。

2.2 原因分析與解決方案

綜合考慮超聲流量計(jì)的安裝規(guī)范，當(dāng)條件完全符合時(shí)，而上游壓力不斷增高或是瞬時(shí)流量突然增大，這時(shí)的計(jì)量精度不準(zhǔn)現(xiàn)象才更加明確?；诖耍瑢?duì)此現(xiàn)象進(jìn)行判斷，其原因可能是由調(diào)壓閥上下游壓差的增大而導(dǎo)致的噪聲能量升高，***終使得超聲流量計(jì)的換能器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)與節(jié)流出現(xiàn)的噪聲信號(hào)頻率重合，影響超聲流量計(jì)***終計(jì)量的度。

通過上述原因分析，為了提高超聲流量計(jì)的計(jì)量精度，解決噪聲干擾問題，在對(duì)天然氣場(chǎng)地的工藝流程和運(yùn)行條件進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，提出如下解決方案：一是按照原有“先計(jì)量、后調(diào)壓”的工藝安裝方式，以及超聲流量計(jì)上游與下游直管段的位置。結(jié)合超聲流量計(jì)和管段之間的有效距離與噪音衰減之間的關(guān)系，一般***小安裝距離為：距離上游直管段應(yīng)大于等于 10 倍的管道外徑；距離下游直管段長(zhǎng)度應(yīng)大于等于 5 倍的管道外徑。二是在超聲流量計(jì)與調(diào)壓閥間的閥門后將管道引到地下，并安裝 6 個(gè)隔音器，包括 2 個(gè)“T”型管和 90°彎頭，進(jìn)而避免節(jié)流噪聲朝著超聲流量計(jì)的方向傳播，提高超聲流量計(jì)計(jì)量的精度。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著超聲流量計(jì)在我國(guó)工業(yè)行業(yè)的大量應(yīng)用，對(duì)其開展現(xiàn)場(chǎng)噪聲控制研究是當(dāng)前業(yè)界研究的重要內(nèi)容之一?；诖?，為了避免噪聲對(duì)超聲流量計(jì)的計(jì)量精度產(chǎn)生不良影響，應(yīng)著重進(jìn)行如下工作：一是對(duì)噪聲的來(lái)源進(jìn)行充分的考慮論證，進(jìn)而從源頭上減少噪聲的產(chǎn)生；二是優(yōu)化超聲流量計(jì)的安裝工藝、安裝噪聲隔音器等設(shè)備，有效的切斷噪聲的傳播途徑；***后通過噪聲數(shù)字信號(hào)處理程序，得到良好的信號(hào)質(zhì)量。