超声规程.docx
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超声规程
InstrometInternationalN.V.
Q.SONIC和CHECK.SONIC气体超
声流量计操作及维护保养规程
OperationandMaintenanceSpecification
forQ.SonicandCheck.SonicGasUltrasonicFlowMeters
2003-01-01发布2002-01-01实施
目次
前言┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┄┄┈┈┄Ⅱ
1范围┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1
2引用标准和规范性文件┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1
3术语和定义┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1
4超声流量计说明┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1
5安装┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈7
6启动┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈9
7日常操作和维护┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈11
8拆卸┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈15
前言
多声道气体超声流量计是继气体涡轮流量计后被气体工业界接受的最重要的流量计量器具,目前气体超声流量计在国内外天然气工业中的贸易计量方面已得到了广泛的采用。
荷兰INSTROMET公司生产的气体超声流量计,采用绝对数字时间差法检测气体的流量。
通过测量顺流和逆流的时间差,进行气体流量测量的高精度测量仪表。
本操作规程的提出是为了在安装、操作及维护陕京管道所用的INSTROMET气体超声流量计的过程中提供正确的指导。
所有的努力都是为了在本规程中的内容尽量准确无误,但在今后随着对INSTROMET产品进一步发展,将会有一些改动。
因此,在参考有关流量计的技术数据细节以及其他文件的时候应该谨慎。
如果有什么疑问,敬请联系INSTROMET公司。
本规程Instromet公司提出。
本规程的主要起草人:
岳思民
主审:
孙延祚教授
感谢中国用户对Instromet公司的支持!
特别感谢帮助我们起草完善此规程的中国用户中的高级工程技术人员!
没有他们的支持和先期工作,此规程不可能在短时间内及尽可能完善地完成。
最后敬请中国用户和各界朋友多提宝贵意见!
本规程于2003年01月01日首次发布。
Q.SONIC和CHECK.SONIC气体超声流量计安装维护保养规程
1范围
本规程规定了Q.SONIC和CHECK.SONIC气体超声流量计的安装、启动和维护内容。
本规程适用于陕京输气管道输气站使用的由荷兰Instromet公司制造的Q.SONIC和CHECK.SONIC气体超声流量计。
2引用标准和规范性文件
下列文件中的条款通过本规程的引用而成为本规程的条款。
凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本规程,然而,鼓励根据本规程达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本规程。
GB/T18604-2001用气体超声流量计测量天然气流量
InstrometS.SonicUser’sManual
InstrometUltrasonicFlowMeterTroubleshootingManual
InstrometMODEL2000GasFlowComputer:
InstrumentInstructionManual
Instromet793-4W型气体流量计算机说明手册
InstrometUnifromUserGuide
3术语和定义
AGC:
AutomaticGainControl自动增益控制
PC:
PersonalComputer个人计算机;
PCB:
PrintedCircuitBoard印刷电路板;
PTZ:
Pressure,Temperature,Z(Compressibility)压力、温度、Z(压缩因子);
RTD:
ResisstanceTemperatureDetector电阻式温度传感器;
RTU:
RemoteTerminalUnit远程终端单元;
SPU:
SignalProcessingUnit信号处理单元;
UNIFORM:
UltrasoNIcFlowmetercOnfiguRationandMonitoringsoftware超声流量计配置与监测软件;
VOS:
VelocityofSound声速
4超声流量计说明
4.1一般描述
如图,Instromet超声波流量检测系统由下列部分组成:
一台Instromet超声流量计;一台FC793.4系列流量计算机;一台温度变送器和一台压力变送器。
Instromet公司制造的Q.SONIC和CHECK.SONIC气体超声流量计是一体化的流量计,确保在上游10D,下游3D的条件下具有合格的测量精度,具有仪表自检测功能,可以进行在线诊断。
Q.SONIC和CHECK.SONIC超声流量计的主要部分有:
1.1.表体
2.2.超声换能器
3.3.单联截止放空阀
4.4.信号处理单元(SPU)。
4.2超声换能器(ultrasonictransducer)
气体超声流量计采用既能发射又能接收超声波脉冲(频率大于20000Hz的声波)的超声换能器作为检测元件。
如图所示,这种换能器成对地安装在管壁上。
一个换能器所发射的超声波脉冲穿过管道,在管道内壁发生反射后,会被另一个换能器所接收。
每一个换能器即能发射也能接受超声波脉冲。
超声换能器有低压型ModelM压力从0-2000Kpa、中压型ModelL压力从800-15000Kpa和ModelP高压型压力从15000Kpa以上。
陕京管线输气站所用的换能器为中压型。
ModelM、L、P型换能器
4.3信号处理单元(signalprocessingunit或SPU)
3声道的Q.Sonic和Check.Sonic超声流量计的信号处理单元(SPU)都装在一个10英寸×10英寸×6英寸的隔爆并全天候的密封箱中,信号处理单元(SPU)是实现控制超声换能器工作、AGC自动增益的调节、处理超声换能器接受的信号、判断信号有效性、计算工况体积流量、与流量计算机通讯等功能的电子单元。
该箱的防爆等级是1级,1类,D组(Class1,Division1,GroupD)。
这种箱子的尺寸是为了接纳所有附加的(更多的)换能器电缆。
此防爆密封箱安装在与流量计主体相连接的托座上。
从各个换能器到SPU的全部接线已在工厂中连接好,因此不要求用户对接线作任何改动。
Q-Sonic3声道SPU内部接线
4.4每一对换能器的同轴电缆引线必须保持具有相同的长度,否则测量的准确度将受影响。
4.5附件
有很多种附件都可以与Instromet的超声流量计相连接,如流量计算机,压力和温度变送器等。
流量计算机(如图)是与超声流量计的SPU信号处理单元进行通讯。
当超声流量计与这些附件连接时,一些相关的参考资料和一些其他的文件就要和产品一起提供。
FC2000型流量计算机
4.6工作原理:
Instromet气体超声波流量计采用绝对数字时间差法检测气体的流量。
气体超声波流量计是利用超声脉冲在气流中传播的速度与气流的速度有对应的关系,即顺流时的超声脉冲传播速度比逆流时传播的速度要快,这两种超声脉冲传播的时间差越大,则流量也越大的原理。
在实际工作过程中,处在上下游的换能器将同时发射超声波脉冲,显然一个是逆流传播,一个是顺流传播。
气流的作用将使两束脉冲以不同的传播时间到达接收换能器。
由于两束脉冲传播的实际路程相同,传输时间的不同直接反映了气体流速的大小。
利用如下公式,即可通过时间的检测得到气流的流速:
式中:
——顺流传播时间,s;
——逆流传播时间,s;
——声道长度,m;
——声速,m/s;
——气体轴向平均流速,m/s;
——气体沿声道的平均流速,m/s;
2.
——超声波脉冲的倾斜角,rad;
为提高流量计的精度和对现场的适应能力,Instromet开发了多声道的气体超声流量计。
陕京管线目前所用的也是多声道的超声流量计。
4.7测量范围
Q.SONIC和CHECK.SONIC在天然气的条件下量程比为40:
1到200:
1,超声流量计下表所示的工况体积流量内进行测量。
口径(mm)
流量(m3/h)
口径(mm)
流量(m3/h)
4”(100mm)
20-800
16”(400mm)
100-12000
6”(150mm)
45-1800
20”(500mm)
130-19000
8”(200mm)
60-3000
24”(600mm)
200-28000
10”(250mm)
75-5000
30”(750mm)
225-45000
12”(300mm)
90-8000
5安装
5.1安装前的要求
Q.Sonic和Check.Sonic流量计在现场安装前,必须将其送到计量检定部门进行实流标定,以进一步提高其精度。
实流标定的结果是得出一个修正因子,并将该修正因子用于流量计的输出以便对任一系统误差进行修正。
5.2流量计的安装位置
应注意调整超声流量计的测量声道的安装方位,使超声波在管内壁的反射点都不在管道的底部。
流量计的吊耳是在测量管的上顶部中心顶尖处。
处于顶部的轴向(单反射)声道的方位应该偏离管道的垂直轴线15。
因此,如果是利用在垂直位置的吊耳而将流量计夹装在工艺管道之间,则不会有声道在管道的底部发生反射。
这种安装要求可以防止在管道底部可能聚集的自由流动的液体或脏污流所引起的超声信号的衰减和潜在的失去测量结果的危险。
5.3现场接线应注意的事项
虽然超声流量计已考虑到具有各种模拟和数字的输入与输出,但对于一个特定的使用场合可能并不是所有这些输入和输出都需要。
现将各种输入与输出综述如下。
关于它们的接线图如下。
(1)12—30V直流电源(虽然推荐的是24V直流电源);
(2)压力和温度的模拟输入(两个独立的4至20mA信号,仅用于计算修正的体积流量);
(3)模拟输出(一个4至20mA的信号);
(4)正向流和反向流的频率输出(如要求有冗余的输出而不考虑流动方向,对每一个频率输出都可以在现场进行组态以提供脉冲。
每一个频率输出都是光电隔离的开集电极输出。
);
(5)反映正向流和反向流的流动方向的状态输出(分别独立的光电隔离的开集电极输出);
(6)反映数据有效性的状态输出(光电隔离的开集电极输出);
(7)串行通信输出(RS-485);
与流量计算机连接一般采用RS-485,以下列出了对每种输入或输出引线的型号及线径的基本推荐建议。
考虑到今后在使用中有的引线可能被损坏或者在初始的安装已完成后可能又需要增添使用的引线,因此除了立即需要使用的引线外,在布线(穿线)时多穿几对备用引线,数量与规格如下:
(1)
(1)电源引线:
一对屏蔽线,至少是20AWG线径的,以便使电压降减至最小。
(2)(注:
AWG—美国线规);
(3)
(2)串行数据通信(RS-485)引线:
一对屏蔽线,22AWG推荐建议适用于距离为400米的安装条件;
在密封箱的底部有两个1英寸NPT(美国标准锥管螺纹)的接头,外部引线从这两个接头穿入密封箱。
提供两个接头是考虑了以下两种需要:
①电源线和信号线分别穿套管后要有两个引入接头或②多组仪表(单元)是按环线连接在一起时也需要双接头。
5.4对电源的要求:
Q.Sonic和CheckSonic型流量计的电子单元都能在12至30伏的直流供电电压下正常工作,而无需作任何改动。
在正常运行条件下,信号处理单元(SPU)的电子线路的功耗约为7瓦(电流为250毫安)。
推荐采用一个24伏直流供电电源,由于电子单元要求较小的供电电流,因此可以适当减小引线的线径。
5.4.1特别推荐使用一个高质量的供电电源,它没有接地的负电源(负端是悬浮着的)。
这样作可使任何一种潜在的接地回路电流减到最小。
如有接地回路电流会影响流量计的性能。
5.5温度变送器的安装要求
应该将电阻式(RTD)温度变送器安装在流量计测量管的下游2D至5D的范围以内。
(D为管道的公称直径)。
对于双向流的使用场合,一般推荐在测量管下游约3D至5D处安装RTD以便使对超声信号的任何“尾流影响”减至最小。
有关RTD安装位置的这些建议是与AGA9号报告中的有关要求相一致的。
5.5.1绝对不可以把温度计套管或RTD安装在超声流量计声道所构成的同一平面内。
在进行双向流测量的使用场合,插入的测温元件所产生的尾部紊流会造成测量误差。
因此一般都要求在管道顶部垂直开孔,安装插入的测温元件,这是因为各声道都偏离测量管的顶部中心点一定的角度(避免声脉冲的反射点正好处于管道内壁的底部中心线)。
5.6接地引线和SPU的防爆密封箱的接地
当将电缆的各屏蔽层接地时,应仅在远程终端单元(RTU)这一端接地。
不得将屏蔽层的两端接地,否则会产生接地回路电流,从而造成测量中的问题。
建议在SPU的安装地点附近用一个单独的接地杆将SPU的密封箱妥善地接地以提高雷击的防护能力。
为实现良好接地,不推荐利用引线的屏蔽层或依赖电线的导管进行接地。
5.7机械安装的要求:
由于流量计本身的全部机械和电子组件在发运时已完全整配好,因此,流量计的安装就变得简单了。
需采取的预防保护性措施有如下几条:
(1)
(1)测量管的内径:
因为内径的改变将造成对速度分布剖面的干扰,因此应使流量计表体内径与连接管道的内径尽可能的接近,最好是保持相同一致。
对于流量计上游的连接管道,这条要求特别重要,具有决定性意义。
表体与接管内径的差值应符合AGA9号报告中相应的推荐要求:
即连接管道与流量计表体内径的差值应不超过1%。
(2)
(2)测量管与工艺管道应保持同轴对准:
连接的工艺管道与流量计测量管之间在安装时的非对称偏离可能会引起微小的非对称速度分布的干扰,此种干扰可能会影响流量计的精度。
应该小心仔细地采取措施,使测量管与连接管之间的轴线不重合度减至最小。
(3)(3)严防垫片(圈)突入管道:
垫片如突入管道可能会造成对速度分布剖面的干扰。
应该小心仔细地采取措施确保垫片是在法兰端面上且与法兰保持同心。
不应有垫片突入管道。
(4)让流量计的测量管围绕其轴线适当旋转一个角度,Q.Sonic和Check..Sonic流量计的超声测量声道正是采取了这样一种方位,使得没有一个声道的反射点正好处于管道的底部。
这是因为自由沉积的液体或固体颗粒的沉积物可能会影响声脉冲的正常反射从而可能会影响流量计的性能。
因此在安装流量计时,应让测量管法兰上的吊耳一直保持在垂直位置上,即处于管道的顶部。
(5)在流量计的顶部和前后两侧都至少要有18英寸(46厘米)的空间,以便对流量计进行正常的维护工作。
此空间对抽出探头也是必要的,因为使用Instromet的换能器抽出工具需要有适当的操作空间。
如果不可能保留有18英寸(46厘米)的操作空间,请与Instromet联系,以便采取其他推荐的替换方案。
(6)在某些使用场合,不可能水平安装流量计。
在安装流量计之前,有关这类应用应该与Instromet进行咨询。
5.8阴极防护
超声流量计的电子线路和超声换能器与测量管之间是绝缘的。
由于已有这种电气上的绝缘,因此如果装置上已有阴极保护系统,则不需要将流量计与阴极保护系统绝缘。
6启动
6.1在启动运行流量计之前必须进行的一些关键性的检查。
如不进行这些检查有可能导致发生事故或者损毁流量计的电子线路。
为了确保流量计的无故障、安全启动并投入运行,必须进行以下各项的预先检查:
(1)对流量计的测量管段进行充压并检查所有的法兰连接处和引压接头及温度传感器的插入接头处是否有任何气体泄漏现象。
在正式启动流量计之前,一定要处理并修理好任何一个泄漏点;
(2)暂时先断开供电电源与TB1接线端子板、与信号处理单元(SPU)的电子线路以及与频率分离器电路板的连接;
1)(3)接通流量计的供电电源;
2)(4)检查TB1接线端子板上的供电电压;[供电电压值应在24伏(直流)];
3)(5)检查供电电源的极性(正端必须接到TB1-1号端子上);
4)(6)如果按第4与第5步所执行的检查都确认无误后,把刚刚断开的电源与TB1端子板、与SPU的电子线路以及与频率分离器电路板的连接重新接好;
5)(7)检查接到RS485/232转换器的频率输出引线的极性。
T+端子引线必须接到SPU箱中的TB2-9端子上,而T-端子引线则必须接到SPU防爆密封箱中的TB2-10号端子上。
6)(8)检查气体超声流量计、温度/压力变送器安装是否正确、可靠,包括流量计的安装方向、垂直度;所有连接部位的密封性能。
7)(9)使用HART编程器为温度、压力变送器设定地址:
压力变送器为01;温度变送器为02。
8)(10)接线检查:
应对照厂家提供的系统接线图,检查所有接线无误。
注:
尤其需要注意,在上电前,要确保所有供电接线极性无误。
1.
6.2对气体超声流量计进行组态
6.2.1为流量检测系统通电,对超声流量计进行组态:
将一台PC机与流量计算机进行连接(SKT10)。
运行PC机中安装的UNIFORM软件(由厂家随机提供),对流量计中需设定的参数和功能进行设置。
主要需要设定的参数如下:
SpoolPieceParameters:
测量管参数
Diameter:
管径
PathLength:
声道长度
BeamAngle:
声道夹角
V-ModuleParameters:
V-模件参数:
VOSRange:
声速的高低限
GasVelocityRange:
气体流速的高低限
SampleRange:
采样率
TimingConstant:
时间常数
PulseLength:
脉冲长度
ProfileCorrectionParameters:
速度分布修正参数:
Density:
气体密度
DynamicViscosity:
动态粘度
PulseLength:
脉冲长度
CalibrationCoefficients:
校准系数
AdjustFactor:
调整系数
LowPassFilterSet-up:
低通滤波器
LowFlowCut-offSet-up:
小流量切除
P&TInputParameters:
温度/压力输入参数
PTZParameters:
PTZ参数
CurrentOutputSet-up(or
FrequencyOutputSet-up):
电流(频率)输出设置
TotalVolumeCountersSet-up:
累积体积计数器设置
6.2.2将组态文件存储到PC机硬盘并打印,作为历史数据留档。
具体的设置步骤见UNIFORM用户说明。
6.2.3在对流量计进行设置之前,应将流量计中原有的参数以文件的形式存储起来,并打印。
流量计在出厂前,一般已经对部分参数进行了设置,如测量管参数、V-模件参数和速度修正参数等等。
对于这些参数建议不要修改。
6.2.4为流量检测系统通电,对FC793.4或FC2000进行组态:
6.2.4.1将显示面板背面的安全开关SW2的一号和二号开关拨到0FF的位置,将钥匙开关拨到DATA的位置(设置显示?
?
?
?
的参数);
6.2.4.2将钥匙开关拨到EDIT的位置(设置显示“*”的参数)。
6.2.4.3所有显示“?
?
?
?
”的参数在组态过程中,必须被设置,否则流量计算机无法正常工作。
6.2.4.4输入所有需要设定的数据。
通常所需要输入的数据如下:
地址
符号
参数说明
0,0,02,0
Year
设定时钟的年
0,0,02,1
Month
设定时钟的月
0,0,02,2
Day
设定时钟的日
0,0,02,3
Hour
设定时钟的时
0,0,02,4
Minute
设定时钟的分
0,0,03,0
Hs.xxx
高位热值的预设定值
0,0,03,1
Hi.xxx
低位热值的预设定值
0,0,03,2
d.xxx
相对密度的预设定值
0,0,03,3
CO2.xxx
二氧化碳摩尔%数的预设定值
0,0,03,4
N2.xxx
氮气摩尔%数的预设定值
0,0,10,0
Zn.max
基准Z因子的高报警值
0,0,10,1
Zn.min
基准Z因子的低报警值
0,0,11,0
Pn
基准压力
0,0,11,1
tn
基准温度
0,0,11,2
Densair
空气在基准状况下的密度
0,0,11,3
SN
站号或序(列)号
0,0,11,4
t-alarm
温度的报警值
0,0,12,0
Qmax
最大流量
0,0,12,2
Hiq%
流量的高报警值
0,0,12,3
Loq%
流量的低报警值
0,0,18,0
Pmax
压力的上限值
0,0,18,1
Pmin
压力的下限值
0,0,18,2
Phi
压力的高报警值
0,0,18,3
Plo
压力的低报警值
0,0,18,4
压力的默认值
0,0,19,0
Tmax
温度的上限值
0,0,19,1
Tmin
温度的下限值
0,0,19,2
Thi
温度的高报警值
0,0,19,3
Tlo
温度的低报警值
0,0,20,0
Number
声道的数目
0,0,20,1
%det
检测效率的%
输入设定参数的具体方法是:
(1)按“L”键,输入所要输入参数的地址号(以×××××的格式输入),按“E”键进行确认;
(2
)按上卷键()或下卷键(),使光标移动到将要设置的项,按“E”键进行确认;
(3)键入所要设定的值,按“E”键确认即可。
6.2.4.5将钥匙开关拨到RUN的位置。
将显示安全开关SW2中的一、二号开关拨到ON的位置。
6.2.4.6打印组态和显示数据:
为了方便日后的维护工作,有必要打印一份组态和显示数据留档(打印方法见后)。
注:
在日常维护过程中,对比显示数据中的自诊断参数AGC-level和AGC-limit初始值(打印留档的数据),将有助于分析流量计的运行条件和运行状态。
以上为流量检测系统首次启动时的启动步骤。
当在运行过程中,启动系统时,只需系统上电即可。
7日常操作和维护
7.1Instromet气体超声流量测量系统日常操作
7.1.1显示所要读取数据的方法
(1)方法一:
在FC793.4流量计算机中,每一个显示数据都有一个唯一的地址(Location)。
只要我们知道所要读取的数据的地址,例如正方向工况体积总量Vb的地址Location=1,0,00,0,就可采用如下步骤读到所要的数据:
a)按L键;
b)输入所读数据的地址(例如要想读Vb的数值,只需依次输入10000即可);
c)按E键,即可。
(2)方法二:
如果不知道或不愿意使用输入地址的方法,也可使用上卷键()或()进行翻页,逐页查找
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