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1、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Mark II电子处理装置第1页/共69页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
2、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。第2页/共69页在高含硫,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.第3页/共69页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
3、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第4页/共69页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第5页/共69页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
4、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 特点及技术规范第6页/共69页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45 bar 常见流量计的直径,100mm-600mm(6”-36”)最高压力可达ANSI#2500(约42MPa)特点和技术规范第7页/共69页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第8页/共69页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第9页/共69页普通
5、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).特点和技术参数第10页/共69页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第11页/共69页超声波流量计的基本原理第12页/共69页衬垫材料导电体压电晶体Disk耦合层壳体24V 输入电压输出120 KHz 输入120 KHz 输出超声波流量计探头第13页/共69页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
6、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第14页/共69页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100 MHz 晶振 120 kHz 超声波信号(大大给予调节阀的干扰频率60 kHz)时间直通式测量原理第15页/共69页传输时间传输时间 .004004LFlowXD传输时间传输时间.007.007.003003超声波流量计第16页/共69页任 意 一 对 传 感 器t
7、1=Lc-v(x/L)t2=Lc+v(x/L)LFlowXD高级超声波流量计流量方程第17页/共69页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流量方程第18页/共69页多通道即多路流速测量!多通道流量计ABCDVavg=S S Wn Vnn=14Vn=L (t1-t2)2x (t1t2)2超声波流量计的计算第19页/共69页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几何权重因子第20页/共69页流量与流体的流速
8、和截面积有关流量=流速*截面积流速测量第21页/共69页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第22页/共69页单通道流量计普通超声波流量计的计算第23页/共69页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=雷诺数流态剖面流态矫正第24页/共69页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
9、测,并采用精确的数学模型进行补偿第25页/共69页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第26页/共69页Daniel UltrasonicSlide 27 流体剖面特性Power law velocity profileN=5N=7N=9N=11N=15Gas velocity is a function of position in pipeV(r)=Vo(1-r/ro)1/n对不同流态的气体进行动态补偿第27页/共69页Daniel UltrasonicSlide 28将流速简化为三个区域Profile
10、and Area Representation第28页/共69页Daniel UltrasonicSlide 29每个声道所代表的流速与平均流速的对应关系Individual Path Velocity is Average for that Path第29页/共69页Daniel UltrasonicSlide 30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第30页/共69页Daniel Ultrasonic Slide 31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，有效测量流速第31
11、页/共69页四通道流量计气体高级超声波流量计第32页/共69页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第33页/共69页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。第34页/共69页丹尼尔超声波流量计的核心技术特点第35页/共69页Daniel UltrasonicSlide 36核心技术核心技术 1 1：T-Slot T-Slot 型超声波探头型超声波探头第36页/共69页TSLOT探头的特点1，高频率，低功耗
12、，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，寿命长第37页/共69页Daniel UltrasonicSlide 38可以使用以下工具在线带压拆卸并更换超声波探头第38页/共69页核心技术核心技术 2 2：Mark II Mark II 电子数据处理单元电子数据处理单元第39页/共69页Mark II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AGA 8AGA 8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
13、量的影响流态的矫正常用在单通道或双通道流量计中第40页/共69页电子数据单元的独到设计 通用性强：Mark II Mark II 电子单元适用于DANIELDANIEL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 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120120KHZKHZ的探头频率有效提高信噪比。AGCAGC自动增益值监控和报警第41页/共69页Mark II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24002400次事件和3640 364
14、0 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 2个 Modbus RS-232/485 multi-Modbus RS-232/485 multi-dropdrop通讯口。4 4个频率输出，温度和压力模拟量输入输出。按照AGA8AGA8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 C和D D组的场合第42页/共69页电子单元的独特设计RTU RTU 或 ASCII 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
15、，运用通行的工业标准便于使用电脑直接组态。适用与DANIELDANIEL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。第43页/共69页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)第44页/共69页Daniel UltrasonicSlide 45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0.22，在该对
16、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34（参见SWRI T.Grimely 1998 CGA年会论文）核心技术 3：DANIEL独特的声道替代技术第45页/共69页核心技术 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 MODBUSMODBUS通讯第46页/共69页Daniel UltrasonicSlide 47DUI 软件的监控视窗第47页/共69页Daniel U
17、ltrasonicSlide 48自定义数据表格第48页/共69页Daniel UltrasonicSlide 49信号及噪声图谱第49页/共69页Daniel UltrasonicSlide 50多级密码管理第50页/共69页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。第51页/共69页Daniel Ultrasonic Slide 52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
18、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第52页/共69页Daniel Ultrasonic Slide 53RS485 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第53页/共69页+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 97-4603
19、353030英寸高级超声波流量计的标定结果英寸高级超声波流量计的标定结果第54页/共69页Daniel UltrasonicSlide 55美国西南研究院对高级超声波流量计的测试结果美国西南研究院对高级超声波流量计的测试结果 1 1Passes AGA 9Fails AGA 9DANIEL超声波流量计测试结果第55页/共69页Daniel UltrasonicSlide 56Passes AGA 9Fails AGA 9美国西南研究院对高级超声波流量计的测试结果 2：另一品牌的 超声波流量计测试结果第56页/共69页DANIEL流量计产品的影响和生产，服务能力第57页/共69页完备的生产能力所
20、有部分全部有丹尼尔工厂自己生产没有其它下属的组装和加工厂可提供全部的检测手段检测管道和控制阀门电子自控装置测量装置第58页/共69页技术上独树一帜高级超声波流量计的专利设计设计检测多达15年流体剖面特性的自动修正流体非线性的自动补偿探头的本安设计适用于工业场合使用的Modbus协议计算及数据处理方法对用户公开第59页/共69页优质的售后服务和技术支持体系全球超过700家分支机构和维修中心。在上海浦东有超级服务中心，包括五位专职服务和技术支持人员队伍，备品备件仓库，培训教室处理一切DANIEL产品的售后服务工作中国用户可以从北京，上海，DANIEL亚太区新加坡总部和美国休斯顿工厂进行各个层次的培
21、训技术支持国内有800 免费技术服务热线，24小全天进行技术支持。第60页/共69页Daniel UltrasonicSlide 61休斯敦工厂的标定实验中心第61页/共69页Daniel UltrasonicSlide 62科罗拉多工程实验站的标定装置第62页/共69页Daniel UltrasonicSlide 63CEESI CEESI 选用选用DANIELDANIEL流量计作为标准和比对表流量计作为标准和比对表第63页/共69页Daniel UltrasonicSlide 64DANIEL气体超声波流量计的部分用户Alliance PipelineANR PipelineCONOCOC
22、onsolidated Natural GasDuke EnergyGulf ResourcesKoch Gateway PipelineMaritime&Northeastern PipelineTransCanada TransmissionTransQuebec MaritimeVector Pipeline第64页/共69页Daniel UltrasonicSlide 65运用DANIEL超声波流量计的实例Alliance Pipeline16 x 6”Senior Sonics(Custody Transfer)Edgar Ma 6 x 8”Senior Sonics(Custody
23、 Transfer)Calgary,Alberta 8 x 10”Senior Sonics(Custody Transfer)Canada 5 x 12”Senior Sonics(Custody Transfer)14 x 16”Senior Sonics(Custody Transfer)2 x 20”Junior Sonics16 x 36”Junior Sonics49 Custody Transfer Meters 18 Check Meters67 Total Ultrasonic Meters北美Alliance 管道第65页/共69页Daniel UltrasonicSlid
24、e 66北美北美Alliance 管道管道第66页/共69页Daniel UltrasonicSlide 67DANIEL DANIEL DANIEL 超声波流量计的自检参数超声波流量计的自检参数超声波流量计的自检参数AGC自动增益值信号质量和信噪比流场形态声速SOS流速累积数据第67页/共69页Daniel UltrasonicSlide 68运用外部设备对超声波流量计进行实时标定运用外部设备对超声波流量计进行实时标定运用外部设备对超声波流量计进行实时标定选用气相色谱分析仪，DANIEL 独特的SONICWARE软件对超声波流量计的计量精度进行不间断的测试由超声波在气体中声速SOS的理论值与实际测得的超声波实际声速比较，可以动态的实时监控超声波流量计的计量精度北美Alliance 管线采用该方法替代对超声波定期实流标定。以获得加拿大政府的正式认可第68页/共69页感谢您的观看！第69页/共69页