丹尼尔气体超声波流量计简介

1、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。2

2、001：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。 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. 较

3、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 特点及技术规范特点及技术规范声速,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

4、和技术规范特点和技术规范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应用场合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). 特点和技术参数特点和技术参数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应用场合衬垫衬垫材料材料导电导电体体压电晶体压电晶体Disk耦合耦合

5、层层壳体壳体24V 输入电压输出120 KHz 输入120 KHz 输出DANIEL 超声波流量计是时间直通式超声流量计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声波由上游向下游传输的时间(由于声波被气流推由于声波被气流推动动)小于声波由下游向上游传输的时间小于声波由下游向上游传输的时间(声波被气流声波被气流反向阻挡反向阻挡) 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从上下游测得的传输时间可以计算出气流的平

6、均速度和声波的速度速度和声波的速度脉冲发生器脉冲发生器接收单元接收单元检测单元检测单元时钟时钟本安型传感器信号检测回路本安型传感器信号检测回路100 MHz 晶振晶振 120 kHz 超声波信号超声波信号( 大大给予调节阀的干扰频率60 kHz)LFlowXD任任 意意 一一 对对 传传 感感 器器t1 = Lc - v(x/L) t2 = Lc + v(x/L) LFlowXDv =L2x(t1-t2)t1t2c = L2(t1+t2)t1t2v = 流体速度流体速度c = 声速声速t1 = 上游传输时间上游传输时间t2 = 下游传输时间下游传输时间2多通道流量计多通道流量计ABCDVavg

7、 = S S Wn Vnn=14Vn =L (t1-t2)2x (t1t2)2Wa= 0.1382Wb = 0.3618Wc = 0.3618Wd = 0.1382多通道流量计多通道流量计ABCD流量流量=流速流速*截面积截面积Tup = Lc - v(x/L) Tdn = Lc + v(x/L) FlowXDL/2L/2单通道流量计单通道流量计212121212)(2)(2t tttLct tttxLvCF = 矫正系数WR =管壁粗糙度Re = 雷诺数8 . 0Re835. 02703. 0(242. 01DWRLOGCF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

8、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Daniel UltrasonicSlide 28 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

9、体进行动态补偿对不同流态的气体进行动态补偿Daniel UltrasonicSlide 29将流速简化为三个区域Profile and Area RepresentationDaniel UltrasonicSlide 30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 PathDaniel UltrasonicSlide 31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由于角度造成

10、的错误Daniel Ultrasonic Slide 32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，有效测量流速平行的四个声道互相补偿，有效测量流速四通道流量计四通道流量计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。Daniel UltrasonicSlide 37TSLOT探头的特点探头的特点1，高频率，低功耗，低电压工作，高效，安

11、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Daniel UltrasonicSlide 39可以使用以下工具在线带压可以使用以下工具在线带压拆卸并更换超声波探头拆卸并更换超声波探头计算工况流量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，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即不使用流量计算机获得标况流量按按AGA 8AGA 8号报告计算压缩因子号报告计算压缩因子能粗略计算出压缩因子能粗略计算出压缩因子 雷诺数的计算雷诺数的计算常用来矫正流态剖面对流量测量的影响常用

12、来矫正流态剖面对流量测量的影响流态的矫正流态的矫正常用在单通道或双通道流量计中常用在单通道或双通道流量计中通用性强：通用性强：Mark II Mark II 电子单元适用于电子单元适用于DANIELDANIEL各种超各种超声波流量计，更换各种原件不影响计量精度。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监控所有参数实时检测所有通道的通讯实时检测所有通道的通讯实时计算各通道的流速实时计算各通道的流速对旋涡和不同流态进行动态补偿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先进的噪声处理技术，先进的数字滤

13、波电路配合120120KHZKHZ的探头频率有效提高信噪比。的探头频率有效提高信噪比。AGCAGC自动增益值监控和报警自动增益值监控和报警独有的数据储存功能：存储过去独有的数据储存功能：存储过去35天天的计量操作数据。包的计量操作数据。包括括24002400次事件和次事件和3640 3640 报警的记录。在紧急情况下，可以不报警的记录。在紧急情况下，可以不依赖流量计算机恢复所有组态参数。依赖流量计算机恢复所有组态参数。强大的通讯功能：强大的通讯功能：2 2个个 Modbus RS-232/485 multi-dropModbus RS-232/485 multi-drop通通讯口。讯口。4 4

14、个频率输出，温度和压力模拟量输入输出。个频率输出，温度和压力模拟量输入输出。按照按照AGA8AGA8报告要求计算气体压缩因子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双向计量时无需调整流量系数适合于危险区域分类适合于危险区域分类 一级一级, , 一区一区, , C C和和D D组的场合组的场合RTU RTU 或或 ASCII ASCII 协议协议, , 可依用户具体要求组态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最

15、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。适用与组态。适用与DANIELDANIEL各种超声波流量计，减少备品备各种超声波流量计，减少备品备件的需要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。计量精度没有影响。声速（声速（SOS）的测量的测量气体信号气体信号AGC增益值增益值超声波噪声检测超声波噪声检测信号的品质信号的品质信号的遗失比率信号的遗失比率 (%)数据分配数据分配 (统计结果统计结果)Daniel UltrasonicSlide 46由于由于DAN

16、IEL超声波流量计的声道替代技术，假设一对探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，对精度的影响仍然头失灵，或在维护时拆卸一对探头，对精度的影响仍然有限：有限：1，根据美国西南研究院，根据美国西南研究院1998年实验：拆卸一对探头后，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丹尼尔超声波流量计的精度误差增加了0.22，在该对比实验中，拆卸另一品牌的流量计的测速探头，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后，该流量计的误差增加0.2。如果拆卸补偿探头，误。如果拆卸补偿探头，误差增加到差增加到34（参见（参见SWRI T.

17、Grimely 1998 CGA年会论文）年会论文）核心技术核心技术 3： DANIEL独特的声道替代技术独特的声道替代技术基于视窗平台开发的应用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对流量计进行组态和标定与电子单元的实时通讯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，处理和直观显示超声波及噪声形态，动态数据采集，处理和分析分析直接联线故障诊断或通过调制解调器远程诊断直接联线故障诊断或通过调制解调器远程诊断 MODBUSMODBUS通讯通讯Daniel UltrasonicSlide 48DUI 软件的监

18、控视窗软件的监控视窗Daniel UltrasonicSlide 49自定义数据表格自定义数据表格Daniel UltrasonicSlide 50信号及噪声图谱Daniel UltrasonicSlide 51多级密码管理多级密码管理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。Daniel Ultrasonic Slide 53配套设备：配套设备： 流量计算机流量计算机按照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

19、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Daniel Ultrasonic Slide 54RS485 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计量系统略图+05101520253035参考流量参考流量 (千千克千千克/小时小时)00.511.52-0.5-1-1.5-2% 差值差值标定: Westerbork试验室,代号 97-460335D

20、aniel UltrasonicSlide 56Installation Effect:Single ElbowElbows OutElbows InMeter Orientation:0 90 0 90 0 90 No Conditioner, 10D-0.07-0.020.53-0.040.020.24No conditioner, 20D-0.13-0.110.050.100.110.1219-Tube Bundle-0.35-0.370.130.37-0.15-0.22Flow Conditioner #10.100.03-0.020.020.070.14Flow Conditione

21、r #2-0.15-0.13-0.23-0.300.030.04Flow Conditioner #30.040.00-0.170.230.360.41Passes AGA 9Fails AGA 9DANIEL超声波流量计测试结果Daniel UltrasonicSlide 57Passes AGA 9Fails AGA 9Installation Effect:Meter Orientation:090090090Bare at 10D0.110.060.530.260.530.76Bare at 20D0.330.320.930.840.510.6419 Tube0.250.050.470

22、.520.380.39Flow Conditioner #1-0.07-0.110.100.090.070.13Flow Conditioner #20.300.300.360.330.430.50Flow Conditioner #30.200.120.100.050.280.26Elbows InError0.2%Single ElbowElbows OutError0.2%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 2：另一品牌的 超声波流量计测试结果所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

23、阀门 电子自控装置 测量装置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全球超过全球超过700家分支机构和维修中心。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产品的售后服务工作中国用户可以从北京，上海，中国用户可以从北京，上海，DANIEL亚太区新加坡亚太区新加坡总部和美国休斯顿

24、工厂进行各个层次的培训技术支持总部和美国休斯顿工厂进行各个层次的培训技术支持国内有国内有800 免费技术服务热线，免费技术服务热线，24小全天进行技术支小全天进行技术支持。持。Daniel UltrasonicSlide 62Daniel UltrasonicSlide 63Daniel UltrasonicSlide 64Daniel UltrasonicSlide 65Alliance PipelineANR PipelineCONOCOConsolidated Natural GasDuke EnergyGulf ResourcesKoch Gateway PipelineMaritime & Northeastern PipelineTransCanada TransmissionTransQuebec MaritimeVector PipelineDaniel U