在工業(yè)化迅速發(fā)展的大時(shí)代，缺少不了壓力變送器、流量計(jì)、液位計(jì)、密度計(jì)、差壓變送器等儀表把現(xiàn)場(chǎng)第一數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦た叵到y(tǒng)上，為整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)充當(dāng)控制、檢測(cè)等一系列的眼睛，接下來(lái)華恒儀表為您解讀工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最前沿的壓力變送器使用情況。

　　摘要針對(duì)天然氣流量計(jì)量過(guò)程中超聲聲學(xué)噪聲對(duì)超聲流量計(jì)計(jì)量性能影響的問(wèn)題，在分析超聲波流量計(jì)工作原理、超聲信號(hào)處理方式、噪聲產(chǎn)生原因和國(guó)內(nèi)外降噪技術(shù)的基礎(chǔ)上，從流量計(jì)本身和工藝布局方面綜合考慮，歸納了5種可有效提高超聲流量計(jì)計(jì)量性能工藝降噪方案，可為利用超聲流量計(jì)計(jì)量的天然氣站場(chǎng)計(jì)量工藝設(shè)計(jì)和改造提供參考。

　　氣體超聲流量計(jì)具有準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍寬、無(wú)流阻部件、可雙向測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于天然氣貿(mào)易交接計(jì)量。經(jīng)過(guò)多年的應(yīng)用，氣體流量測(cè)量多采用時(shí)差法超聲流量計(jì)[1]。它是通過(guò)處理超聲波信號(hào)獲得天然氣流量，所以噪聲聲波干擾成為影響超聲波流量計(jì)可靠性和準(zhǔn)確度的主要因素之一[2]。國(guó)內(nèi)外氣體超聲流量計(jì)使用標(biāo)準(zhǔn)[3-4]也對(duì)防止流量計(jì)聲學(xué)噪音提出了相關(guān)要求。目前有針對(duì)氣體超聲流量計(jì)噪聲影響分析和改進(jìn)措施的相關(guān)研究，但都集中在輸氣站場(chǎng)改造和降噪技術(shù)分析，缺少成套的輸氣站場(chǎng)降噪系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)方案。

　　1噪聲源分析

　　目前在超聲流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)中，噪聲源主要有以下幾種。

　　1）超聲流量計(jì)自身產(chǎn)生電噪聲[1]，主要指環(huán)境以及電路中的磁電信號(hào)引起的干擾，器件的熱噪聲引起的干擾等。這類(lèi)噪聲一般是在元器件工作時(shí)才出現(xiàn)，是非隨機(jī)產(chǎn)生的。如外供電源中的高次諧波噪聲；電路板布線不合理引出的高頻晶體振蕩器帶來(lái)的噪聲。

　　2）工藝設(shè)備產(chǎn)生噪聲，主要有調(diào)壓裝置、節(jié)流閥、匯管等，其中以節(jié)流件產(chǎn)生的節(jié)流噪聲對(duì)超聲流量計(jì)的影響非常為常見(jiàn)。各種“無(wú)噪音”閥門(mén)通過(guò)將聲能轉(zhuǎn)換到20kHZ的超聲頻段以獲得聽(tīng)覺(jué)上的無(wú)噪，因此調(diào)壓裝置成了產(chǎn)生聲學(xué)干擾的主因素[8]。

　　3）安裝運(yùn)行不規(guī)范產(chǎn)生噪音，如前后直管段配管不合理、突出的探頭、管道內(nèi)的突出物等，均可產(chǎn)生噪聲，增加對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確性的影響。

　　4）工作環(huán)境噪音影響，環(huán)境噪音引起超聲流量計(jì)信號(hào)失真。

　　2降噪措施

　　2.1流量計(jì)本身的降噪措施

　　針對(duì)可能會(huì)出現(xiàn)的噪聲干擾，流量計(jì)生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)中也會(huì)從多方面綜合考慮，采取一些抗干擾的措施[1]。

　　1）一般計(jì)量系統(tǒng)中調(diào)壓器的主頻是在60kHz左右，適當(dāng)提升換能器的頻率，避開(kāi)調(diào)壓裝置的諧振主頻范圍。同時(shí)，增強(qiáng)信號(hào)處理單元的電容和電感濾波電路，過(guò)濾掉調(diào)壓器的次諧振頻率。

　　2）對(duì)流量計(jì)中的超聲換能器芯片采用技術(shù)手段，使其包裹在全金屬組成的屏蔽層中間，抵抗外界的電磁干擾。

　　3）在超聲換能器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮從機(jī)械結(jié)構(gòu)件上傳輸過(guò)來(lái)的噪聲的影響，加裝減振部件。

　　4）電路板設(shè)計(jì)時(shí)，在供電電源部分增加隔離電路，選用優(yōu)質(zhì)的電源模塊。降低電路對(duì)噪聲的敏感度，減少噪聲的拾取，切斷外部噪聲耦合路徑。對(duì)于信號(hào)處理單元的內(nèi)部，采用模擬地和數(shù)字地地線分離的手段，多點(diǎn)接地，合理布線。

　　2.2工藝降噪措施

　　2.2.1在流量計(jì)下游合理位置安裝調(diào)節(jié)裝置

　　由于流體流動(dòng)和節(jié)流件結(jié)構(gòu)影響，一般情況下，向調(diào)節(jié)閥下游傳播的噪聲能量比向上游傳播的噪聲能量更大，故應(yīng)盡量將調(diào)壓裝置安裝在超聲流量計(jì)下游，并確保足夠的安裝距離。調(diào)壓器（閥）的工作頻率通常在30~110kHz，而氣體超聲流量計(jì)的換能器頻率設(shè)計(jì)在120~200kHz，通過(guò)選擇較高頻率的換能器，增大流量信號(hào)與噪聲的頻率差，增強(qiáng)流量信號(hào)和噪聲的辨識(shí)度，基本可以大幅降低或消除調(diào)壓器（閥）的聲學(xué)噪聲影響。

　　2.2.2加設(shè)降噪裝置

　　超聲波降噪器又叫消聲器或消噪器，是利用附有吸聲襯里的管道及彎頭，截面積突然改變及其他聲阻抗不連續(xù)的管道等降噪器件，使管道內(nèi)噪聲得到衰減或反射回去，從而實(shí)現(xiàn)消噪功能。部分降噪器和整流器一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)降噪和整流雙重功能[9-10]；部分消噪器可將噪聲降低約30%[11]。

　　2.2.3加裝特殊管道組件

　　將一定數(shù)量的管道組件安裝在調(diào)節(jié)閥與超聲波流量計(jì)之間，通過(guò)阻礙聲波的傳播或經(jīng)過(guò)多次反射，減弱噪聲的能量，實(shí)現(xiàn)降噪目的。所有的管道組件都可以衰減噪音，衰減的程度與頻率相關(guān)[3]。噪音頻率在200kHz時(shí)，不同管道組件所具備的降噪能力見(jiàn)表1。

　　由表1可知，彎頭和三通可顯著降低超聲波噪音。在調(diào)節(jié)閥與流量計(jì)之間安裝熱交換器或過(guò)濾器，所發(fā)揮的降噪作用將高于彎頭和T形管。

　　3設(shè)計(jì)方案

　　在氣體超聲流量計(jì)的電路設(shè)計(jì)中雖已能有效避免電噪聲的干擾，但對(duì)于調(diào)壓器（閥）（含調(diào)壓和調(diào)流）等降壓節(jié)流元件所產(chǎn)生的聲學(xué)噪聲干擾，因其隨壓力和流量交變及不同安裝位置所形成的環(huán)境，會(huì)產(chǎn)生不一樣的聲學(xué)噪聲，很難在實(shí)驗(yàn)室條件下得以模擬，所以優(yōu)化工藝布局解決聲學(xué)噪聲干擾問(wèn)題，對(duì)氣體超聲流量計(jì)穩(wěn)定可靠計(jì)量就顯得十分重要。在設(shè)計(jì)階段，對(duì)潛在的噪聲源進(jìn)行充分論證，從場(chǎng)站工藝布置、設(shè)備選型等方面統(tǒng)籌考慮，從源頭上減少噪聲干擾，是氣體超聲流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)穩(wěn)定可靠使用的有效保證。下面介紹幾種常用計(jì)量調(diào)壓橇的工藝布局方案[12]。

　　3.1計(jì)量橇和調(diào)壓橇單路成串

　　計(jì)量橇和調(diào)壓橇單路成串設(shè)計(jì)工藝布置方式，在近幾年的省市級(jí)燃?xì)廨敋夤こ淘O(shè)計(jì)中得到愈來(lái)愈多的應(yīng)用。超聲流量計(jì)和調(diào)壓設(shè)備之間設(shè)計(jì)單個(gè)型降噪管以消減下游調(diào)壓設(shè)備回傳的聲學(xué)噪聲，具有設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積少、投資費(fèi)用少的特點(diǎn)。工藝流程如圖1所示。

　　3.2計(jì)量橇和調(diào)壓橇各自獨(dú)立帶有匯管

　　計(jì)量橇和調(diào)壓橇各自獨(dú)立帶有匯管這種工藝布置方式，在長(zhǎng)輸管線大型分輸計(jì)量站中應(yīng)用較多。其特點(diǎn)是各系統(tǒng)模塊化、集成度高、功能完備并且有相對(duì)獨(dú)立性，計(jì)量橇和調(diào)壓橇之間工藝配置界面清晰，分別設(shè)有獨(dú)立的計(jì)量和調(diào)壓匯管，匯管之間通常通過(guò)埋地的管道相連，有效地消除調(diào)壓器所產(chǎn)生的聲學(xué)噪聲。該管道布置沿縱向跨距大，場(chǎng)站占地面積較大，相對(duì)建設(shè)成本較高，對(duì)于地方燃?xì)夤镜戎行⌒推髽I(yè)的工業(yè)用戶則顯得費(fèi)用投入高。工藝流程如圖2所示。

　　3.3計(jì)量橇與調(diào)壓橇之間單匯管和簡(jiǎn)易降噪管組合

　　計(jì)量橇與調(diào)壓橇之間采用單匯管和簡(jiǎn)易降噪管(一個(gè)T形管和一個(gè)彎管)組合設(shè)計(jì)，在城市燃?xì)忾T(mén)站、城市管網(wǎng)的輸配站廣泛應(yīng)用。其設(shè)計(jì)特點(diǎn)是管線布局結(jié)構(gòu)緊湊，通過(guò)簡(jiǎn)易降噪管和匯管能有效消除下游調(diào)壓器（閥）帶來(lái)的噪聲干擾，保證氣體超聲波流量計(jì)獲得優(yōu)良的使用性能。該方案可減少一根匯管配置，場(chǎng)站占用地面積也相對(duì)減少，對(duì)場(chǎng)站建設(shè)費(fèi)用投入也會(huì)降低。工藝配置方式如圖3所示。

　　3.4計(jì)量橇與調(diào)壓橇之間有共用匯管連接

　　計(jì)量橇與調(diào)壓橇之間有共用匯管連接設(shè)計(jì)方案，主要針對(duì)需改建使用氣體超聲流量計(jì)計(jì)量，適合現(xiàn)場(chǎng)匯管兩面出口大于3D（D為匯管的直徑）條件的工藝布局場(chǎng)合。這種工藝布置對(duì)氣體超聲波流量計(jì)的抗噪適應(yīng)性要求較高，依據(jù)目前國(guó)內(nèi)外主流品牌氣體超聲波流量計(jì)的技術(shù)現(xiàn)狀，在計(jì)量橇支路和調(diào)壓橇支路的橫向跨距間隔至少大于3D的跨距，才能消除下游調(diào)壓器（閥）帶來(lái)的噪聲干擾，保證氣體超聲波流量計(jì)獲得優(yōu)良的使用性能。此設(shè)計(jì)方案雖然減少一根匯管的配置，但場(chǎng)站占地面積仍然較大，場(chǎng)站建設(shè)費(fèi)用投入下降不明顯。工藝流程如圖4所示。

　　3.5計(jì)量與調(diào)壓橇裝改造的Z型交叉

　　計(jì)量與調(diào)壓橇裝改造的Z型交叉設(shè)計(jì)方案，常用于一些原雙路渦輪流量計(jì)計(jì)量調(diào)壓橇裝的設(shè)計(jì)改造上。這種工藝布置是通過(guò)Z字型交叉工藝連接方式，克服流量計(jì)與調(diào)壓器距離太近無(wú)法放置型降噪器，利用管道之間的跨度來(lái)安裝型降噪器，以消除調(diào)壓器（閥）聲學(xué)噪聲對(duì)超聲信號(hào)的干擾。此方案雖然占地面積少，但改造施工必須在場(chǎng)站內(nèi)部動(dòng)火切割焊接，施工安全準(zhǔn)備工作較關(guān)鍵。工藝流程如圖5所示。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　隨著超聲流量計(jì)在天然氣貿(mào)易計(jì)量中的廣泛應(yīng)用，如何有效降低或消除噪聲對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確性的影響已成為業(yè)界關(guān)注的問(wèn)題。在輸氣站場(chǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的趨勢(shì)下，用戶應(yīng)考慮在特定安裝條件下是否會(huì)存在噪音干擾，在站場(chǎng)設(shè)計(jì)階段應(yīng)向超聲流量計(jì)生產(chǎn)廠家和調(diào)節(jié)閥生產(chǎn)廠家咨詢，制定標(biāo)準(zhǔn)化的超聲流量計(jì)計(jì)量調(diào)壓流程，利用各種降噪管道組件、降噪器等，綜合考慮計(jì)量系統(tǒng)可靠性和建設(shè)成本經(jīng)濟(jì)性，選用推薦的設(shè)計(jì)方案，可以保障氣體超聲流量計(jì)計(jì)量工作準(zhǔn)確和穩(wěn)定運(yùn)行。

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　　儀器儀表是工業(yè)化進(jìn)程的基石，只有選用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)選用合適的儀表，才能夠事半功倍，自動(dòng)化流程才能夠更加自動(dòng)化。