丹尼尔气体超声波流量计简介

丹尼尔气体超声波流量计简介丹尼尔超声波流量计的发展历史八十年代初期,英国煤气公司开始研发四通道的超声波流量计1986:英国煤气公司授权Daniel公司作为唯一的开发商,进一步开发该类型流量计的工业领域的应用1989:第一台模拟电路超声波流量计顺利出厂,在英国开始销售并用于商业计量1993:DANIEL公司采样自动增益控制和数字信号处理技术改善了流量计的电子单元,提高了信号的保真度和流量计的精度1994:DANIEL引入防爆的MarkII电子处理装置丹尼尔超声波流量计的发展历史1998:DANIEL开发出可在线拆装的超声波探头器并可提供在线带压拆装工具2000:中油西南分公司采用7台DANIEL高级超声波流量计用于贸易计量，向重庆和四川的大型天然气用户供气。2001：大庆油田天然气公司采用7台DANIEL中级超声波流量计用于储气库和内部管线计量。在高含硫,带有凝析液天然气中使用超声波流量计与孔板流量计的比较精度–高级超声波流量计精度:优于0.5%,并可免实流标定–普通超声波流量计:1%–与孔板和涡轮流量计相比，精度不易受气质和分层的影响–孔板流量计在内部肮脏的情况下,计量数据会呈负偏差.DANIEL超声波流量计即使在表体内部有大量污垢的情况下,仍能保持高精度.高含硫气体对仪表的寿命影响–硫化氢腐蚀孔板表面,造成金属件疲劳,缩短寿命,具严重的安全隐患.超声波内部没有可动部件,经过特殊处理的内表面,可以耐受H2S的侵蚀,可延长维护保养的时间间隔.–无插入管道内部的部件,即使管道中有残渣也不会损坏仪表的任何组件.在高含硫天然气中使用超声波流量计与孔板流量计的比较较低的运行成本–不影响流体的正常流动–无节流件，压损小–不用加压低安装成本–高容量–高量程比(可达100:1)–降低了对上下游直管段的要求在高含硫天然气中使用超声波流量计与孔板流量计的比较DANIEL高级超声波气体流量计高精度：精度优于+/-0.5%,重复性优于+/-0.2%专用于贸易交接多通道可检测流体的多个剖面多通道提供了必要的冗余能力，独特的声道替补技术使流量计在某一声道故障的情况下，仍能基本正常工作精确的设计和在加工制造过程中的质量控制特点及技术规范DANIEL高级超声波流量计声速,温度,气体运行状况的测量是相对独立的特别适用于高压气体,一般最低工作压力为4～5bar常见流量计的直径,100mm-600mm(6”-36”)最高压力可达ANSI#2500(约42MPa)特点和技术规范高级超声波气体流量计长输管线集气系统海洋天然气压气站气体处理工厂高压管线输配管网应用场合普通气体超声波流量计单声道或双声道短管安装主要用于非贸易交接较高级超声波流量计更经济新安装现场尤其适用适用于原料天然气的计量普通气体超声波流量计精度可达1%常见尺寸,100mm-600mm(4”-24”)压力可达ANSI#2500推荐流速,最大100英尺/秒(30m/s),最小3英尺/秒(0.9m/s),可延伸至,1英尺/秒(0.3m/s).特点和技术参数普通气体超声波流量计非贸易交接的场合比对储气罐的测量海洋天然气的计量原料天然气的测量应用场合超声波流量计的基本原理衬垫材料导电体压电晶体Disk耦合层壳体24V输入电压输出120KHz输入120KHz输出超声波流量计探头时间直通式原理的技术特点DANIEL超声波流量计是时间直通式超声流量计–声波由一个探头发射另一个接收，不经管壁反射–声波由上游向下游传输的时间(由于声波被气流推动)小于声波由下游向上游传输的时间(声波被气流反向阻挡)–这两个时间之差与气流的速度存在某种对于关系–从上下游测得的传输时间可以计算出气流的平均速度和声波的速度脉冲发生器接收单元检测单元时钟本安型传感器信号检测回路100MHz晶振120kHz超声波信号(大大给予调节阀的干扰频率60kHz)时间直通式测量原理传输时间.004FlowXD传输时间.007.003超声波流量计任意一对传感器t1=Lc-v(x/L)t2=Lc+v(x/L)FlowXD高级超声波流量计流量方程流量从上述方程中求出v=L2x(t1-t2)t1t2c=L2(t1+t2)t1t2v=流体速度c=声速t1=上游传输时间t2=下游传输时间2流量方程多通道即多路流速测量!多通道流量计ABCDVavg=SWnVnn=14Vn=L(t1-t2)2x(t1t2)2超声波流量计的计算权重因子仅取决于探头的几何分布情况!Wa=0.1382Wb=0.3618Wc=0.3618Wd=0.1382多通道流量计ABCD几何权重因子流量与流体的流速和截面积有关流量=流速*截面积流速测量Tup=Lc-v(x/L)Tdn=Lc+v(x/L)FlowXDL/2L/2普通型超声波流量计流量方程单通道流量计212121212)(2)(2ttttLcttttxLv普通超声波流量计的计算对单通道和双通道流量计来说CF=矫正系数WR=管壁粗糙度Re=雷诺数8.0Re835.02703.0(242.01DWRLOGCF流态剖面流态矫正如何确保超声波流量计的精度精确的几何加工尺寸和精密的传感器定位仪表的整体化技术贯穿于设计的全部过程中，整体铸造钢制表体，减少焊缝接口，有效减少表体热胀冷缩对计量的影响时间直通式测量原理本身具有较高的精准度，不受表体内部光滑程度或污垢的影响。对流体剖面特性及流场,流态的检测,并采用精确的数学模型进行补偿时间直通式测量原理的精确性电子时钟的稳定性连续测量与流体状态相关的声波脉冲对电子元件和传感器引起的信号滞后给予恰当的补偿DanielUltrasonicSlide28流体剖面特性PowerlawvelocityprofileN=5N=7N=9N=11N=15GasvelocityisafunctionofpositioninpipeV(r)=Vo(1-r/ro)1/n对不同流态的气体进行动态补偿DanielUltrasonicSlide29将流速简化为三个区域ProfileandAreaRepresentationDanielUltrasonicSlide30每个声道所代表的流速与平均流速的对应关系IndividualPathVelocityisAverageforthatPathDanielUltrasonicSlide31通过圆心的声道对流态的曲解•不同流体形态，测得速度却是相同的•测得的速度夸大了气体流动的平均速度•由于角度造成的错误DanielUltrasonicSlide32平行的四声道测量流速•每个声道不通过圆心，减少对流态的夸大•平行的四个声道互相补偿，有效测量流速四通道流量计气体高级超声波流量计多通道流量计算流量计算的步骤测量每个通道的声波传输时间计算每个通道的速度计算平均速度流速乘以截面积流量计算准确的关键问题流量流速测量的结果对表体几何尺寸的要求有关流体的全部计算结果取决于对声波传输时间的测量传输时间的测量取决电子器件的性能有效消除旋涡和不对称流的影响。丹尼尔超声波流量计的核心技术特点DanielUltrasonicSlide37核心技术1：T-Slot型超声波探头T－SLOT探头的特点1，高频率，低功耗，低电压工作，高效，安全2，灵敏度高3，可以在线带压更换，更换电缆不影响工作及精度4，适用广泛5，结构紧凑，插入表体浅，不易受污垢影响，寿命长DanielUltrasonicSlide39可以使用以下工具在线带压拆卸并更换超声波探头核心技术2：MarkII电子数据处理单元MarkII电子单元的计算功能计算工况流量可以直接接入温度和压力信号，进行温压补偿运算，即不使用流量计算机获得标况流量按AGA8号报告计算压缩因子–能粗略计算出压缩因子雷诺数的计算–常用来矫正流态剖面对流量测量的影响流态的矫正–常用在单通道或双通道流量计中电子数据单元的独到设计通用性强：MarkII电子单元适用于DANIEL各种超声波流量计，更换各种原件不影响计量精度。实时监控所有参数–实时检测所有通道的通讯–实时计算各通道的流速–对旋涡和不同流态进行动态补偿UL及其它安全方面的认证先进的噪声处理技术，先进的数字滤波电路配合120KHZ的探头频率有效提高信噪比。AGC自动增益值监控和报警MarkII电子单元的独特设计独有的数据储存功能：存储过去35天的计量操作数据。包括2400次事件和3640报警的记录。在紧急情况下，可以不依赖流量计算机恢复所有组态参数。强大的通讯功能：2个ModbusRS-232/485multi-drop通讯口。4个频率输出，温度和压力模拟量输入输出。按照AGA8报告要求计算气体压缩因子双向计量时无需调整流量系数适合于危险区域分类一级,一区,C和D组的场合电子单元的独特设计RTU或ASCII协议,可依用户具体要求组态可以根据温度压力自动补偿表体内径的热胀冷缩变化可以根据噪声源调节数字滤波电路的设置，以期达到最佳信噪比通用型设计，运用通行的工业标准便于使用电脑直接组态。适用与DANIEL各种超声波流量计，减少备品备件的需要对于配套使用的专用电缆没有长度限制，更换电缆对计量精度没有影响。电子单元使用的故障诊断信息声速（SOS）的测量气体信号AGC增益值超声波噪声检测信号的品质信号的遗失比率(%)数据分配(统计结果)DanielUltrasonicSlide46由于DANIEL超声波流量计的声道替代技术，假设一对探头失灵，或在维护时拆卸一对探头，对精度的影响仍然有限：1，根据美国西南研究院1998年实验：拆卸一对探头后，丹尼尔超声波流量计的精度误差增加了0.2％2，在该对比实验中，拆卸另一品牌的流量计的测速探头后，该流量计的误差增加0.2％。如果拆卸补偿探头，误差增加到3～4％（参见SWRIT.Grimely1998CGA年会论文）核心技术3：DANIEL独特的声道替代技术核心技术4：DUI管理监控软件基于视窗平台开发的应用软件直接与超声波流量计电子单元连接对流量计进行组态和标定与电子单元的实时通讯直观显示超声波及噪声形态，动态数据采集，处理和分析直接联线故障诊断或通过调制解调器远程诊断MODBUS通讯DanielUltrasonicSlide48DUI软件的监控视窗DanielUltrasonicSlide49自定义数据表格DanielUltrasonicSlide50信号及噪声图谱DanielUltrasonicSlide51多级密码管理完成标方流量测量所需的其他数据温度压力天然气组份，密度，由此可以推算出气体的压缩因子及热值。DanielUltrasonicSlide53配套设备：流量计算机按照AGA9，AGA8的要求，从工况流量，温度压力数据和色谱分析仪测得的天然气组分，密度可以计算出标况流量。根据标方流量数据和天然气的热值分析结果可以计量热值流量。当多个气源供气时，可以进行热值调配。与色谱分析仪配合使用，不间断的将超声波流量计测得的声速与声速在天然气中的理论值进行比较，可以在线连续监控或标定超声波流量计的计量精度存储数据，多级管理，诊断和日常控制功能DanielUltrasonicSlide54RS485或脉冲接收工况流量RS232/RS485色谱的分析数据温度&压力数据标况流量,总能量,天然气组分及管理所需的信息与上位机数字通信,包括所有诊断和报警信息计量系统略图++++++05101520253035参考流量(千千克/小时)00.511.52-0.5-1-1.5-2%差值标定:Westerbork试验室,代号97-46033530英寸高级超声波流量计的标定结果DanielUltrasonicSlide56美国西南研究院对高级超声波流量计的测试结果1InstallationEffect:SingleElbowElbowsOutElbowsInMeterOrientation:090090090