丹尼尔气体超声波流量计安装操作手册译文 (1).doc

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丹尼尔气体超声波流量计

参考、安装和操作手册

（译文本）

DANIEL（丹尼尔）测量与控制公司

一家设在得克萨斯州休斯敦市的

爱默森集团公司的过程管理公司

本手册用于

多通道高级气体超声波流量计–3400型

单通道普通气体超声波流量计–3410型

双通道普通气体超声波流量计–3420型

部件编号3-9000-740

修改版E

2002年9月

中国石油西气东输管道公司翻译

DANIEL测量与控制公司

丹尼尔气体超声波流量计

参考、安装和操作手册

注意事项

Emerson过程管理公司Daniel子公司将不对本手册中的技术错误或编辑错误或本手册内容的不足承担任何责任。

Daniel公司不会作出明示或暗示的质量担保，包括对与本手册有关的某一目的的商品性和适宜性作出暗示的质量担保；因此在任何情况下，Daniel公司都不会对任何特殊的或损害后果赔偿包括但不限于生产损失、利润损失等承担任何赔偿责任。

在本手册中使用到的产品名称仅仅是为了区分制造厂商或供货商，可能是这些公司的商标或注册商标。

本手册内容只用于参考的目的，尽管为保证信息的准确性已尽了全方位的努力，但对于下文中描述的产品和服务、以及它们的使用和适用性而言，这都不能解释为我们已作出明示或暗示的质量担保或保证。

我们保留随时修改或者完善这些产品设计或规格的权利。

DANIEL公司不对任何产品的选择、使用或者维护保养承担责任。

正确选择、使用和维护DANIEL产品的责任完全由购买者和终端用户自己承担。

DANIEL和DANIEL的图标为DANIEL工业公司的注册商标。

EMERSON图标是EMERSON电气公司的商标和服务标志。

本手册的版权归在美国得克萨斯州休斯敦市的Daniel公司。

Daniel公司保留所有权利。

在未收到美国得克萨斯州休斯敦市的Daniel公司的书面同意之前，不得以任何形式或采取任何手段-包括图形、电子或者机械方法对本手册的任何部分进行复制或者拷贝。

质量保证

1．有限质量保证：

除了下文第二部分包含的限制内容以及在此另外明确规定的事宜以外，Daniel测量和控制公司.（以下简称“Daniel公司”）保证：

固件将执行Daniel公司提供的程序指令；由Daniel公司制造的产品或提供的服务在正常使用和注意保养的情况下，在保用期到期前将不会出现材料或制造工艺缺陷。

货物的质量保证期自初次安装之日起为12个月或自Daniel公司装运发货之日起18个月，以先到期者为准。

消耗品自装运之日起保质期为90天，服务则自完成服务之日起质量保证期90天。

对由Daniel公司自第三方购买又转售给买方的产品（“再出售产品”），只实施由原制造商给予的质量担保。

买方同意：

Daniel公司将作出合理的商业努力以安排对再出售产品的采购和装运，除此以外Daniel公司不承担对再出售产品的任何责任。

如果买方在适用的质量保证期期间发现任何质量保证范围的缺陷并为此书面通告Daniel公司，本公司将会即刻整改Daniel公司在固件或服务中所发现的任何错误，或修理或更换Daniel公司在制造地交货的货物或固件中所发现的缺陷，或退回货物/服务中有缺陷部分的购买货款。

但是，由于维护不当、正常磨损和使用、电源电力供应不当、不合适的环境条件、意外事故、操作不当、不正确的安装、改装、修理、储存或搬运或者其他任何不是由于Daniel公司的原因所造成的所有更换或修理，都不属于本有限质量保证的范围内，而应由买方承担所有费用。

Daniel公司没有义务支付买方或其他任何一方所发生的任何成本和收费，但是由Daniel公司的授权代表事先以书面形式表示同意的部分除外。

除非经Daniel公司书面同意，否则本质量保证期条款下的Daniel公司派出人员的现场差旅费用和进行现场诊断的时间和费用以及拆卸、重新安装及运输的所有费用都应有买方承担。

在质量保证期期间修理的设备和更换部件在原保证期剩余时间内或90天内予以质量保证，以期限长者为准。

本有限质量保证是Daniel公司作出的唯一质量保证，只有在Daniel公司一位授权代表书面签署意见的情况下才可以修改。

除非在协议中另有明确规定的以外，对与任何产品或服务有关的某个特定功能或任何其他事宜的适销性和适用性，本协议无任何明示或暗示的表述或质量担保。

需要说明的是材料的腐蚀和侵蚀不在本保证的范围之内。

2．赔偿和责任限制：

Daniel公司将不对由于履行合同的延误所造成的损害承担责任。

对由于违反出售商品的质量保证所承担的唯一和专有的赔偿应只限于在本文第一节有限质量保证条款下的修理、整改、更换或按购买价格退款。

在任何情况下，不管索赔的方式或诉讼理由如何（无论是否基于合同、违反、疏忽、严格的责任、其他民事责任或者其他等等），本公司对买方和/或其客户的赔偿责任都不应超过向买方提供的由Daniel公司制造的某一产品或提供的服务的价格（如果出现索赔或诉讼理由）。

买方同意：

在任何情况下，Daniel公司对买方和/或其客户的赔偿责任都不会扩展至附加赔偿、损害后果赔偿或惩罚性损害赔偿。

“损害后果赔偿”包括但不限于预期收益损失、使用的损失、利润损失和资本成本提高等。

目录

第一章引言 24

1.1使用手册概述 24

1.2定义、首字母缩略词、缩略语 25

1.3参考文献 26

第二章产品概述 27

2.1产品说明 27

2.2产品部件构成 28

2.2.1主要的电子组件 28

2.2.23400型高级超声波流量计机箱 30

3410型单通道普通超声波流量计机箱 30

2.2.43420型双通道普通超声波流量计机箱 31

2.2.5超声波流量计的基本单元 32

2.2.6探头和敷设电缆 33

2.3总说明书 33

2.3.1应用 33

2.3.2实际尺寸 33

2.3.4流量范围限值 34

2.3.5法兰压紧密封面 36

2.3.6气体温度范围 36

2.3.7重复性 37

2.3.8精确度限值 37

2.4电子元器件说明书 37

2.4.1电源 37

2.4.2模拟输入 37

2.4.3输出 37

2.4.4数字输出 38

2.4.5频率输出 39

2.4.6模拟输出 40

2.5安全性 40

2.6通信 40

2.7与FCC的一致性 41

第三章安装 41

3.1跳线器和开关设定 42

3.1.1USM通信设置 42

3.1.2DFI通信设置 42

3.2机械安装 46

3.2.1管道流量计机箱安装 46

主要的电子组件–丹尼尔超声波流量计机箱 47

3.2.3探头电缆/合适的探头 47

3.2.4采用防爆导线管的系统 47

3.2.5使用防火电缆的系统 48

3.3存储器保护 48

3.3.1信息组核查清单 49

第四章流量计配置、固件 52

4.1配置DFI 52

4.1.1设定实时钟 53

4.1.2设定DFI通用参数 53

4.1.3设定温度和压力采样 55

4.1.4设定AGA8（压缩因子计算）参数 56

4.1.5设定膨胀校正参数 58

4.1.7设定频率和电流输出 60

4.2标定温度和压力输入 62

4.3标定电流输出信号 64

4.4组态事件和数据日志 65

4.4.1规定contract小时 65

4.4.2选择日志日期和时间格式 65

4.4.3选择每日日志容量格式 65

4.4.4选择小时日志容量格式 66

4.5测试频率和电流输出信号 66

4.6测试AGA8的压缩因子计算 67

第五章操作理论 67

5.1测量单位 68

5.2测量 68

5.2.1前言 68

5.2.2抗噪声性 68

5.2.3测量独立性 69

5.2.4体积计算 71

5.2.5用于普通超声波流量计的流态剖面校正系数 73

5.3通信 75

5.3.1体系问题 75

5.3.2外部通信 76

5.3.3主机通信 77

5.4操作模态 78

5.5批量循环处理 79

5.5.1确定流量计批量处理完成 79

5.5.2读主处理机Modbus寄存器 79

5.5.3流量条件温度和压力 80

5.5.4温度和压力效应膨胀校正 80

5.5.5AGA8流量-条件压缩因子计算 82

5.5.6雷诺数计算 82

5.5.7流态剖面效应校正 84

5.5.8基准条件体积流速计算 85

5.6数据有效性确定 86

5.6.1温度测量的有效性 86

5.6.2压力测量的有效性 87

5.6.3AGA8基准条件压缩因子计算的有效性 87

5.6.4AGA8流量-条件压缩因子计算的有效性 87

5.6.5流量计报告的流量条件体积流速的有效性 88

5.6.6经校正的流量条件体积流速的有效性 88

5.6.7基准条件体积流速的有效性 90

5.6.8频率数据的有效性 90

5.7输出信号更新 90

5.7.1输出体积流速计算 90

5.7.2频率信号更新 92

5.7.3流信号更新 93

5.7.4方向和有效性输出更新 94

5.8维护保养模态（模拟输入信号） 94

5.8.1读出输入子模态 95

5.8.2温度和压力补偿标定子模态 95

5.8.3温度和压力增益标定子模态 96

5.8.4重新设定标定子模态 96

5.9电流标定模态 96

5.9.1零刻度子模态 97

5.9.2满量程（刻度）子模态 97

5.9.4重新设定增益子模态 97

5.10.1概述 98

5.10.2读出日志组态和纪录 103

5.11自测 109

5.11.1内部RAM的完整性 109

5.11.2外部RAM的地址行 109

5.11.3外部RAM的完整性 109

5.11.4程序存储器的有效性 110

5.11.5软件错误检测 110

5.11.6正常诊断模态（AGA8检验实例） 110

5.12ADC自标定 111

5.13非易失性数据保护 112

第六章维护保养 112

6.1现场静水压力测试程序 112

6.1.1T-Slot探头组件和固定架 112

6.2探头的拆除和安装程序 113

6.2.1T-Slot探头组件和固定架 113

6.2.2修改标定参数 114

6.3修理UFM 115

原文1-1页

第一章引言

“丹尼尔气体超声波流量计参考、安装和操作手册”（P/N3-9000-740）对丹尼尔多通道高级超声波流量计-3400型、单通道普通超声波流量计-3410型以及双通道普通超声波流量计-3420型进行了详细的说明和解释。

丹尼尔气体超声波流量计最初由BritishGas（英国天然气公司）研制开发并进行测试。

丹尼尔公司后来进行了进一步的开发，其特点是所设计的硬件和电子器件便于使用，只需要很少的维护保养。

在装运发货之前对所有部件和组件都已进行测试。

丹尼尔公司拥有1986年BritishGas公司授予的独家许可证制造和销售该产品。

1.1使用手册概述

本手册包括以下章节和附录：

各章

l第一章前言

l第二章产品概述

l第三章安装

l第四章流量计配置、固件

l第五章操作理论

l第六章维护保养

附录

l附录A-换算系数

l附录B-MODBUS通信

l附录C-信息组列表和寄存器索引

l附录D-信息组列表、DFIMODBUS寄存器以及寄存器索引

l附录E-系统设置

l附录F-各种方程式

l附录G-工程图纸

原文1-2页

1.2定义、首字母缩略词、缩略语

在本手册中采用了以下词语、首字母缩略词以及缩略语：

首字母缩略词

或缩略语

定义

℃

摄氏度（温度单位）

℉

华氏度（温度单位）

ADC

模拟数字转换器

AGA

美国天然气协会

ASCIIMODBUS

一种Modbus协议信息帧格式，其中使用ASCII字符描写信息帧的起始和结束。

ASCII表示美国信息交换标准码。

Btu

英国热量单位

cPoise

厘泊（粘度单位）

CPU

中央处理器

CTS

清除-发送；RS-232C交接信号输入至一个变送器，表明它可以传输数据–即相应的接收装置也准备接收数据。

一般来说，接收装置的请求发送（RTS）输出是对变送器清除发送（CTS）输入的输入。

DAC

数字模拟转换器

DFI

诊断和频率界面（板）

dm

分米（10-1米，长度单位）

EEPROM

电可擦可编程只读存储器

ft

英尺（长度单位）

g-mol

克分子

Hostprocessor

CPU板主处理器

hr

小时（时间单位）

Hz

赫兹（每秒周期数，频率单位）

I/O

输入/输出

K

开氏温度（温度单位）

kg

千克（质量单位）

kg-mol

千克摩尔

kHz

千赫兹（103每秒周期数，频率单位）

kJ

千焦耳（103焦耳，热量单位）

lbm

磅（质量）

lbm-mol

磅（质量）摩尔

m

米（长度单位）

mA

毫安（电流单位）

MPa

兆帕（等于106帕）（压力单位）

NOVRAM

非易失性随机存取存储器

Pa

帕，等于每平方米1牛顿（压力单位）

Pa.s

帕.秒（粘度单位）

PC

个人计算机

PFC

外部现场接线（板）

PN

部件编号

ppm

百万分之几

PS

电源（板）

psi

磅/平方英寸（压力单位）

psia

磅/平方英寸（绝对）（压力单位）

psig

磅/平方英寸（表压）（压力单位）

RAM

随机存取存储器

RTS

请求发送；在接收装置可以接收数据时，由其进行RS-232C交接信号输出

RTUMODBUS

一种Modbus协议信息帧格式，其中使用已接收字符之间的经时来分开信息；RTU表示远程终端装置

s

秒（时间单位，公制）

sec

秒（时间单位，美国惯用）

USM

气体超声波流量计

V

伏特（电势单位）

原文1-3页

原文1-4页

1.3参考文献

[1]GouldModbus协议参考指南（修改版）B,PI-MBUS-300

[2]采用涡轮流量计测量燃料气；美国气体协会输送测量委员会报告（No.7），第二次修改，1996年4月（简称为AGA7）

[3]天然气及其他相关烃气体的压缩因子；美国气体协会输送测量委员会报告（No.8），第二版，第二次印刷，1994年7月（简称为AGA8）

[4]石油测量标准手册，第21章–采用电子计量系统进行流量测量，第一节–气体电子测量；美国气体协会和美国石油学会，第一版，1993年9月

原文2-1页

第二章产品概述

2.1产品说明

丹尼尔3400型高级超声波流量计有四个测量通道，可以根据贸易计量交接标准精确地确定气体尤其是天然气的流量。

计算机对各种气体速度剖面的模拟显示出：

四通道测量流速为测量不对称流体提供了最优的解决方案。

穿过流量计的内腔以不同角度放置了一组8个超声波探头，以测量在四个平行平面中的传输时间。

对顺流和逆流通过流量计的流量，测量声音传输时间。

由于顺流的声通时间少于逆流的声通时间以及探头的位置是个已知常数，因此通过适当平均每个平面的测量值就可以计算该气体的平均速度。

该系统的对称性提供了双向的能力。

丹尼尔普通超声波流量计（单通道3410型以及双通道3420型）测量超声波通过管道内流动气体的传输时间以测量该气体移动的平均速度。

这两种流量计都具有与管子中心线呈一定角度的测量通道，并且每个通道都有两个双向的探头。

探头轮流起发送器或接收器的作用，可以使上游和下游的传输时间得到测量。

由于通道的长度和角度是已知的，还由于可以测量到双探头的电子特征，因此传输时间的测量值包含确定沿测量通道流动气体的速度的所有必要信息。

双通道型超声波流量计提供了一种额外的中央通道测量。

有关雷诺数校正的数据，请参看4.1.6和5.5.6章节。

3400型丹尼尔高级超声波流量计的优点和特点包括：

l具有对干气体现场校验的可靠性

l易于安装

l很少或不需要维护保养

l移动部件不需要润滑

l无造成压降的流动阻碍

原文2-2页

l干式标定不需要流量标定

l较大的流量范围

l速度测量不受气体性质的影响

l双向流量测量

l数字化波形取样

l数字信号处理

l可自诊断，以确保正常的工作性能

3410型和3420型丹尼尔普通超声波流量计具有上述3400型高级超声波流量计的所有优点，但是精确度稍逊，并对流体剖面有些敏感。

由于普通超声波流量计使用中心线通道，因此需要一个流体剖面校正系数（有时称作雷诺数），以把已测流速的值简化为该断面面积的正确平均数。

可以采用一个固定值来实现这个要求，也可以更精确一些，通过测量压力和温度，然后把一个主动校正数应用于该测定的传输时间。

在确定了经校正的平均速度后，通过将平均速度乘以该管子的断面面积就可计算出流速。

超声波流量计能够使用经测量或规定的流量条件温度和压力值，用于速度剖面效应的校正（单通道和双通道流量计），也用于体积流速，转换为用户规定的基准温度/压力条件。

自开始采用固件3.00版后，DFI（诊断和频率界面）增加了符合石油测量标准手册第21章（见参考文献[4]）的事件和数据日志能力。

添加事件和数据日志功能只需要对一个固件进行升级。

DFI电子元件已含有事件和数据日志功能所需要的所有必要组件。

以下章节叙述了USM（气体超声波流量计）的DFI辅助设备的一般技术规格。

原文2-3页

2.2产品部件构成

丹尼尔气体超声波流量计可以采用各种配置以便满足广泛的用户要求。

每个装置单元都完全由丹尼尔公司组装。

2.2.1主要的电子组件

被分成两个隔室的防爆机箱包含有以下电子组件（参看图2-1）：

-在第一个隔室中有一个DFI板、CPU板、电源板及本安型界面板

-在第二个隔室中有一个现场接线板和外设现场接线板，用于进行电气连接

原文2-4页

图2-1主要的电子组件

原文2-5页

2.2.23400型高级超声波流量计机箱

参看图2-2。

l起该装置的专利核心作用

l其特点是多通道、声信号方式测量在四个平行平面中的传输时间，用于在非对称和涡流条件下的取样和测量气体流量

l具有“端口”连接，用于安装超声波探头

图2-23400型高级超声波流量计机箱

原文2-6页

3410型单通道普通超声波流量计机箱

参看图2-3

l起该装置的核心作用

l特点是单通道，位于一个中心弦线，声信号方式测量在一个平面中的传输时间，用于取样和测量气体流量

l具有“端口”连接，用于安装超声波探头

l通道的位置允许在湿气体条件下自然排水

图2-33410型单通道普通超声波流量计机箱

原文2-7页

2.2.43420型双通道普通超声波流量计机箱

参看图2-4

l起该装置的核心作用

l特点是双通道，位于两个中心弦线–相隔90度，声信号方式测量传输时间，用于取样和测量气体流量

l具有“端口”连接，用于安装超声波探头

l弦线的排列允许在湿气体条件下自然排水

图2-43420型双通道普通超声波流量计机箱

原文2-8页

2.2.5超声波流量计的基本单元

参看图2-5

l连接主要的电子组件至流量计机箱

l为本安驱动器/前置放大器板提供机箱，激发传输模态中的探头并前置放大来自接收模态的探头的信号。

注：

高级超声波流量计以及两种型号的普通超声波流量计的基本单元相同，但探头连接端口数不相同：

高级超声波流量计有8个；单通道超声波流量计有2个；双声道超声波流量计有4个。

图2-5超声波流量计基础单元

原文2-9页

2.2.6探头和敷设电缆

和T-2探头一样，新上市的T-11和T-12探头也都可供选用。

T-11探头是T-2探头的直接替代产品；而T-12探头则是小尺寸的T-11探头，适用于小型流量计如4英寸流量计。

l3400型高级超声波流量计有8个探头，加敷设电缆

l3410型单通道普通超声波流量计有2个探头，加敷设电缆

l3420型双通道普通超声波流量计有4个探头，加敷设电缆

2.3总说明书

以下章节将叙述所有丹尼尔气体超声波流量计的总说明书

2.3.1应用

丹尼尔气体超声波流量计应用于高压气体；最小运行压力一般为10bar（150psi1MPa）。

2.3.2实际尺寸

对于高级超声波流量计来说，流量计箱的公称管径包括100mm至900mm（4"-36"）。

可配置管径为100mm至600mm（4"-24"）的普通超声波流量计。

25mm=1"

对于更大管径的可用性问题，应咨询丹尼尔公司。

原文2-10页

2.3.3压力范围

根据ANSIB16.5的规定，丹尼尔超声波流量计箱体适用于ANSI压力等级300、600、900和1500。

对于更高压力等级的使用，请咨询丹尼尔公司。

2.3.4流量范围限值

可以利用以下表格（表2-1、表2-2、表2-3、表2-4）以及以下图示（图2-7、图2-8、图2-9、图2-10）为管径100mm至900mm（4"-36"）的高级超声波流量计表示参考条件下的流量范围。

在为某一特别应用确定实际流量计的测量范围之前应咨询丹尼尔公司。

可以采用以下公式（见图2-6）计算在压力和温度参考（基准）条件下的流量计测量范围：

图2-6流量计测量范围–压力和温度参考条件

原文2-11页

在该公式中：

Qref=参考条件下的流速（Nm3/h,Scfh）

Pref=参考条件下的绝对压力（Pa;psia）

Tref=参考条件下的绝对温度（K;R）

Qf=运行条件下的低流速（m3/h,cfh）

Pf=流动条件下的绝对压力（Pa;psia）

Tf=流动条件下的绝对温度（K;R）

Zf=流动条件下的