設(shè)為首頁
加入收藏
聯(lián)系我們| 分 類 |
超聲流量計是通過測定高頻聲脈沖在管道內(nèi)沿逆流和順流方向傳播時間差以實現(xiàn)天然氣流量計量的流量測量儀表。與傳統(tǒng)的孔板、渦輪等流量計量方式相比，超聲流量計在天然氣計量領(lǐng)域具有計量精度高(精度一般優(yōu)于±0.5%，重復性優(yōu)于±0.2%)、受氣質(zhì)條件影響小、量程比大(zui大可達300∶1)、不產(chǎn)生天然氣節(jié)流等優(yōu)勢，因此，自20世紀90年代引進中國市場以來，超聲流量計就開始受到國內(nèi)各大天然氣運營商的普遍認可。
然而，由于國內(nèi)標準化設(shè)計水平參差不齊、現(xiàn)場安裝條件不夠理想等原因，在很多場合超聲流量計都會受到不同程度的同頻噪聲干擾，當噪聲水平達到一定程度時將直接影響到貿(mào)易交接的計量精度，嚴重時甚至會出現(xiàn)無法計量的狀況。
因此，在設(shè)計、安裝及使用過程中應考慮采取適當?shù)脑肼暱刂拼胧﹣硐肼暩蓴_。
1、噪聲的來源
正常情況下，超聲天然氣流量計發(fā)出的脈沖信號頻率在125kHz以上，由調(diào)節(jié)閥、節(jié)流閥等節(jié)流件產(chǎn)生的噪聲頻率一般都低于這一頻率范圍。但隨著閥門型號、天然氣流量及壓差等因素的變化，噪聲的頻率會逐漸變得寬泛起來(其中包含著超聲脈沖信號的同頻噪聲)，這些噪聲同時向上游和下游傳播，被超聲天然氣流量計換能器接收后，就會使流量計產(chǎn)生模糊信號，導致信噪比增大，出現(xiàn)計量偏差。
目前，天然氣計量系統(tǒng)的噪聲源主要有匯管、節(jié)流閥、調(diào)壓閥、壓縮機、流動調(diào)整器等，其中，以調(diào)壓閥、節(jié)流閥產(chǎn)生的節(jié)流噪聲對超聲天然氣流量計的影響zui為常見。在某些大型天然氣場站，當天然氣流量和壓力降達到一定值時，節(jié)流噪聲的強度甚至可以達到70～100dB(A)以上。
2、常見的超聲降噪工藝
為保證超聲天然氣流量計能夠正常運行，主要考慮從三個方面對噪聲進行控制:控制噪聲源、切斷噪聲傳播途徑、噪聲數(shù)字信號處理(噪聲過濾)。
2.1控制噪聲源
天然氣流經(jīng)調(diào)壓閥等節(jié)流件時，在節(jié)流孔處氣體流速顯著增大，流場發(fā)生明顯變化，形成氣體紊動流。一般來說，調(diào)壓前后壓差越大，天然氣流速增大越明顯，流場產(chǎn)生的擾動越劇烈，由此產(chǎn)生的噪聲也就越大。根據(jù)這一原理，可采用分級調(diào)壓、多支路供氣等手段有效控制噪聲的產(chǎn)生。即當單級調(diào)壓產(chǎn)生的壓差過大時，采用2個以上的調(diào)壓閥串聯(lián)，將壓差分解，降低單級調(diào)壓的節(jié)流噪聲;當單一供氣支路瞬時流量過大時，采用多條支路進行分流，通過降低單一支路節(jié)流孔處的供氣流速來減少噪聲的產(chǎn)生。這種方式不僅可以有效降低噪聲的強度，還能調(diào)節(jié)噪聲的頻率，使之與超聲流量計脈沖信號的頻率區(qū)分開來，是從根源上解決超聲流量計噪聲干擾的一種有效手段。
2.2切斷噪聲傳播途徑
(1)優(yōu)化安裝工藝:對于節(jié)流閥、調(diào)壓閥等設(shè)備產(chǎn)生的節(jié)流噪聲，由于受氣體流向影響，大部分噪聲能量都隨氣流方向傳播到了節(jié)流件的下游，而僅有相對較少的噪聲逆流向上游傳播。因此，可通過優(yōu)化超聲流量計和節(jié)流閥、調(diào)壓閥等節(jié)流件的安裝位置，采用“先計量，后節(jié)流調(diào)壓”的安裝方式，降低到達超聲流量計的噪聲。
(2)安裝隔音管件:在超聲流量計與噪聲源之間安裝T型管、90°彎頭、多孔板等管件可以在一定程度上降低噪聲的影響。根據(jù)噪聲的量級不同，選擇安裝適當數(shù)量、結(jié)構(gòu)的管件，可以在超聲流量計與噪聲源之間形成一種有效的隔音屏障。不同管件的降噪能力見表1。
(3)節(jié)流件與超聲流量計之間的有效距離越長，噪聲在傳播過程中的能量衰減越大，因此，超聲流量計安裝時流量計上、下游直管段長度至少應不低于標準或廠家推薦的zui短直管段要求。采用超聲流量計量方式時，流量計上游直管段長度一般不應小于10D，流量計下游直管段長度應不小于5D(D為管道外徑)。
實際安裝過程中，為保證取得較高的計量性能，通常要求超聲波流量計上游安裝的整流器位于流量計上游10D處，超聲波流量計上游直管段長度至少不小于30D(包括整流器在內(nèi))，下游直管段至少不小于5D。
2.3噪聲數(shù)字信號處理
當同頻段噪聲大量涌入超聲流量計換能器時，流量計會難以區(qū)分發(fā)出的脈沖信號和干擾噪聲，而國內(nèi)常見的幾種超聲流量計(如Daniel、Instromet)為了保持較好計量效果，都內(nèi)置了噪聲數(shù)字信號處理程序，利用脈沖信號疊加、放大等手段，過濾那些不與傳感器脈沖信號波形同步的噪聲，以獲得更好的信號質(zhì)量。
3、應用實例
3.1問題的出現(xiàn)
某天然氣場站日供氣量為460萬m3以上，貿(mào)易計量儀表為2臺DN250DanielMarkⅢ四聲道超聲流量計，計量上游直管段設(shè)置有板式整流器，下游調(diào)壓閥為AFV軸流式調(diào)壓閥，流量計與調(diào)壓閥之間為直通式結(jié)構(gòu)。日供氣高峰時段，超聲流量計計量精度受噪聲影響較大，會出現(xiàn)間斷性瞬時流量消失或瞬時流量失穩(wěn)等現(xiàn)象。圖1是該場站的工藝流程簡圖。
從圖1可以看出，該場站工藝流程設(shè)計上顯然已經(jīng)考慮了超聲降噪的需要，在滿足上下游直管段長度要求的同時，采用了“先計量、后調(diào)壓”的工藝布置模式，且超聲流量計上游設(shè)有板式整流器。但是來自計量支路下游調(diào)壓閥的噪聲仍然對超聲流量計計量精度存在較大影響，尤其是當上游壓力高于4.4MPa或瞬時流量大于190000Nm3/h時，計量數(shù)據(jù)丟失的情況就會出現(xiàn)，嚴重時甚至使計量*終止。
3.2原因分析及解決方案
考慮到超聲流量計的安裝條件*符合相關(guān)規(guī)范，而且只有在上游壓力超高或瞬時流量增大的情況下，計量失準的現(xiàn)象才更為明顯，因此判斷可能是由于上游壓力升高或瞬時流量增大時，調(diào)壓閥上下游壓差增大，節(jié)流噪聲能級升高，導致節(jié)流噪聲與超聲換能器發(fā)出的脈沖信號重合所致。
基于這一判斷，減小到達超聲流量計換能器的噪聲干擾將是解決問題的關(guān)鍵。因此，結(jié)合工藝現(xiàn)狀及現(xiàn)場場地條件，提出了如下解決方案:保留“先計量，后調(diào)壓”的工藝設(shè)置方式，由于現(xiàn)場場地受限，超聲流量計上游及下游直管段也不做調(diào)整，而是在超聲流量計與調(diào)壓閥間的閥門后將管道引至地下，在地下安裝2個“T”型管和4個90°彎頭，利用埋地“T”型管和90°彎頭阻止節(jié)流噪聲向超聲流量計方向傳播。圖2是調(diào)整后的工藝流程簡圖。
3.3效果評價
由于在超聲天然氣流量計與調(diào)壓閥之間安裝了“T”型管和90°彎頭，且工藝管道埋地后相當于增大了流量計與調(diào)壓閥之間的有效間距，干擾噪聲明顯降低，超聲流量計運行狀況穩(wěn)定、正常。利用DanielCUI軟件對超聲流量計進行現(xiàn)場診斷后發(fā)現(xiàn):超聲換能器信號質(zhì)量Performance均為，信噪比SNＲs均在2000以上。圖3是改造前后超聲天然氣流量計4個聲道(Upstream)信噪比的對比情況。
芳烴溶劑油量計 礦物油流量計 油漿流量計 輕質(zhì)油流量計 烷烴流量計
