1、中国石油天然气股份有限公司企业标准Q/SYQ/SY XQ 212013DANIEL 340O 超声流量计运行维护规程Operation and maintenance criteria for DANIEL 3400Ultrasonic flow meter2013-12-30 发布 2014-03-01 实施代替 Q/SY XQ 21-2010中国石油天然气股份有限公司西气东输管道分公司 发 布Q/SY XQ 212013I目次前言 .II1 范围 .12 规范性引用文件 .13 术语 .14 一般要求 .25 运行管理 .36 维护保养 .47 故障处理 .68 安全注意事项 .6附录 A
2、（资料性附录）超声波流量计工作原理 . 7附录 B（资料性附录） DNAIEL 3400 超声波流量计技术参数 9附录 C（资料性附录） DANIEL 3400 超声波流量计结构 10附录 D（资料性附录）诊断软件 CUI.11附录 E（规范性附录） DANIEL 3400 超声波流量计声速核查 .13附录 F（资料性附录） MARK 信号处理单元 . 15Q/SY XQ 212013II前言本标准是按照 GB/T1.1-2009标准化工作导则 第 1部分：标准的结构和编写给出的规则起草。本标准代替 Q/SY XQ21-2010 DANIEL 3400超声流量计运行维护规程，与 Q/SY XQ
3、21-2010相比，除编辑性修改以外主要技术变化如下：调整 了章节结构，增 加了一般要求（见第3章）、安全注意事项（见第8章），将结构及原理列入附录A，技术参数列入附录B，将流量计的安装列入“维护保养”章节。增加了对直管段脏污的检查方法；增加了直管段清洗的步骤；增加了对超声换能器基座检查和清洁的内容；漩涡角指标从2修改为4；增加DN400流量范围；删除附录D CUI软件安装对PC的配置要求内容。本标准由中国石油西气东输管道公司生产运行处提出。本标准由中国石油西气东输管道公司质量安全与环保处归口。本标准起草单位：中国石油西气东输管道公司生产运行处、苏浙沪管理处、豫皖管理处。本标准主要起草人：于栋
4、、谢虎、孙旭、许飞本标准代替了 Q/SY XQ21-2010。历次版本发布情况为： Q/SY XQ21-2003； Q/SY XQ21-2010。Q/SY XQ 2120131DANIEL 3400 超声流量计运行维护规程1范围本标准规定了 DANIEL 3400 气体超声流量计的运行管理、维护保养、故障维修、安全注意事项等要求。本标准适用于测量天然气的 DANIEL 3400 气体超声流量计（MARK 处理单元）。2 规范性引用文件下列文件对于本标准的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅注日期的版本适用于本标准。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。G
5、B/T 18604 用气体超声流量计测量天然气流量JJG 1030 超声流量计检定规程3术语下列术语和定义适用于本文件。3.1超声流量计 ultrasonic flow meter利用超声波在流体的传播特性来测量流量的流量计,工作原理见附录A。3.2超声换能器 ultrasonic transducer在电信号作用下可以产生超声波输出，并可将超声波信号转换为电信号的器件。3.3信号处理单元 signal processing unit是实现控制超声换能器工作、处理超声换能器接受的信号、判断信号有效性、计算体积流量、与流量计算机通讯等功能的电子单元。3.4流量计表体 meter body经特殊加
6、工，用于安装超声换能器、信号处理单元及压力变送器的装置。3.5声道 acoustic path超声波信号在成对的超声波换能器间传播的实际路径，从上到下分为 A、 B、 C、 D 四声道， A、 D声道靠近管壁， B、 C 声道靠近圆心。3.6声道流速 Flow Velocity一对探头之间的流体平均流速（ m/s） 。3.7平均流速 Avg Velocity所有声道流速取不同权重后的累加值。3.8Q/SY XQ 2120132流速比率 Velocity Ratios每个声道的流速除以流量计的平均流速。3.9声速 Speed of sound（SOS）超声波传播速度，以长度 /时间表示。3.10
7、增益 AGC指要对接收到的信号增强多少，才能达到需要的振幅强度。3.11信号接受率 Performance从上次测试批次结束后，声道有效计时次数在总次数中所占的比例。 100%的信号接受率指每一个接收到的信号都用来进行流量计量。3.12信噪比 SNR接收到的信号和背景噪音的数值比率。3.13流速剖面系数 Profile Factor靠近圆心的两个声道 B、 C 流速和除以外侧两个声道 A、 D 流速和的比率。3.14漩涡 Swirl angle用剖面系数估测漩涡（考虑流态和工作条件） ，理想剖面系数为 1.17 或 1，即为零度漩涡。3.15横向流 Cross Flow A声道 A、 C 的流
8、速和除以声道 B、 D 的流速和的比值，比较 90 度交叉的不同平面上声道。3.16对称性 Symmetry上部两个声道 A、 B 的流速和除以下部两个声道 C、 D 的流速和的比值，即比较管道上半部和下半部的流动状况。3.17紊流 Turbulence表征流体扰动流速在短时间内变化 (每个声道用百分比表示 )。4 一般要求4.1 超声流量计应符合 GB/T18604 要求， 应同时检查其他技术参数， 技术参数见附录 B， 结构见附录 C。Q/SY XQ 21201334.2 流量计检定应执行JJG 1030。4.3 流量计系数由第三方根据检定证书修改，不允许其它任何形式的修改。4.4 超声流
9、量计在主要部件维修更换后，应进行声速核查，确认其偏差在规定范围内（ 0.20%）方可投入使用，否则应送检定机构重新检定。4.5 声速核查适用的流速范围宜在 5m/s 20m/s 之间；超出此范围，声速核查仅作参考。4.6 流量计运行时，应远离强磁场、强振动等干扰源，否则应采取屏蔽措施。4.7 流量计声速核查周期为1个月，组态文件、报警记录、事件记录保存周期为1年。4.8 流量计直管段应根据流量计声速核查指标判断是否清洗，测量指标较好时，可延期清洗；测量指标较差时需提前清洗， CUI 软件见附录 D，声速核查见附录 E。4.9 当流量计短期不运行且管道内压力低于 1MPa 时，流量计应断电，以延
10、长数据采集板使用寿命。4.10 设备维护、校准和故障维修后，应公司管理规定要求填写记录。4.11 作业前应满足公司作业许可管理规定。5 运行管理5.1 DANIEL 3400 超声流量计的安装5.1.1 DANIEL 3400 超声流量计的安装应符合 GB/T 18604 的安装技术规范要求。5.1.2 紧邻超声流量计的上、下游必须安装一定长度的直管段，上游直管段长度应不低于 30D，在 10D处安装整流器，下游直管段长度应不低于 5D。5.1.3 在安装之前，应检查流量计以确信没有损坏。5.1.4 垫片应同心对齐，不能突入管道内壁。5.1.5 投产前流量计应进行试压。5.2 DANIEL 3
11、400超声流量计的投用5.2.1 投用前，应按相应国家规程检定合格。5.2.2 超声流量计在使用前，在无流动介质的情况下，检查流量计的读数应在本身规定的允许范围内。5.2.3 加压时，缓慢打开进口截止阀，给管道缓慢充气，达到流量计的运行压力。5.2.4 对超声流量计进行组态，重点对照该超声流量计的有效检定证书及干标报告数据，检查确认流量计参数设置与证书数据一致。尤其需要检查流量计半径、 X、 L 值以及流量计系数是否正确。5.2.5 在零流量下所测得的气体流速应是一个稳定的低数值， 并在流量计算机中进行小流量切除设置。5.2.6 在启动运行超声流量计之前必须进行关键性的检查，见表 1。表 1
12、启动前的关键性检查检查步骤 检查内容1 检查超声流量计、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、垂直度等内容。2流量计的测量管段充压后，检查所有的法兰连接处、引压接头，以及温度传感器的插入接头处，应无气体泄漏现象。3 按照系统接线图检查所有接线无误、接线端子无松动。4 检查供电电源的极性。5 断开供电电源与所有电路板的连接，接通流量计的供电电源。6 检查现场超声流量计接线端子板上的供电电压。7 将断开的电源与电路板的连接重新接好。8 检查温度、压力变送器参数远传是否正确。9 检查流量计和流量计算机通讯是否正常。5.3 月度巡检Q/SY XQ 21201345.3.1 总则每月
13、收集超声流量计的运行数据，并进行分析诊断，确定流量计运行状态是否正常。在日常工作中主要是利用诊断功能进行检查和维护。5.3.2 诊断使用DANIEL CUI软件检查声速、增益、信噪比、剖面系数、紊流、横向流、对称型、漩涡角、声道流速、报警等参数，分析流量计的工作状态。5.3.2.1 声速声速的数值应该是在一定范围内的稳定值（+/-0.25%） 。当声速值发生突然的跳变（变化幅度大于0.127米/秒）时，表明有故障存在。5.3.2.2 增益增益可以反映出各对超声换能器的信号状态，如果信号强度衰减，则增益加强。流体条件相同时，同一个换能器，在大口径的流量计的增益要比它在小口径流量计上时大。5.3.
14、2.3 信噪比信噪比数值包括某批次采用的采样，不包括因信号质量不符合要求而去除的采样。 通过信噪比可以确认噪音来源，若上游声道的信噪比小于下游声道的信噪比，则噪音来自于流量计的下游。5.3.2.4 剖面系数当流量计的四对换能器在同一平面（一部分口径 200mm 以下的流量计） ，理想的剖面系数是 1； 当流量计的四对换能器不在同一平面时，理想的剖面系数是 1.17（ 1.042/0.89） ，外侧声道（ A&D）是流量计平均流速 0.89 倍，靠近圆心的声道（ C&B）是流量计平均流速的 1.042 倍。5.3.2.5 紊流紊流占流速波动的 2%到 6%。靠近圆心的 C 声道平均紊流为 2%到
15、 3%，靠近管壁的 D 声道平均紊流为 4%到 6%。良好流态时，紊流参数为 3%到 6%。如果流体存在脉动或波动，该紊流参数将超过该范围。5.3.2.6 横向流在良好的工作条件下，横向流值应接近 1，并和上次历史数据对比。5.3.2.7 对称性在良好的工作条件下，对称性值应接近 1，并和上次历史数据对比。5.3.2.8 漩涡漩涡角应在- 4o+ 4o之间。5.4 数据记录每季度对 CUI Meter Monitor 界面进行一次屏拷保存和声速核查，保存相关数据，分析各参数的状态及变化情况，具体核查方法见附录 E。5.5 报警及历史记录DANIEL CUI 软件具有自诊断报警功能， 应每日查看
16、报警项： 系统报警 （ System） 、 电源报警 （ Powerlose） 、声道 A 报警（ ChordA） 、声道 B 报警（ Chord B） 、声道 C 报警（ ChordC） 、声道 D 报警（ ChordD） 、 I/O 接口报警（ Field I/O） 、信号效率报警（ Validity） 、通讯报警（ Comms） ，报警分为黄色低报和红色高报。如果出现故障报警，应根据报警信息进行处理，常见故障的处理见表 2。6 维护保养6.1 超声换能器的拆卸和检查6.1.1 换能器的电阻值为 1欧姆左右，开路或短路则表明探头可能损坏。Q/SY XQ 21201356.1.2 关断流量计
17、前后阀门，放空天然气管段，观察现场压力表，当压力为零时方可拆卸。拧下罩壳上的螺丝，拆下罩壳，拧下露出的螺丝 ,拔下联线插头，用活扳手逆时针方向拧下探头。6.1.3 对拆卸下的探头进行外观检查，并使用干棉布清洁探头上的污垢。6.1.4 复位安装。6.2 超声换能器基座维护超声换能器基座有脏污或锈蚀，应对基座进行清洁，清洁时应使用抹布等软质材料，不应采用打磨等措施，以免对基座造成形变。6.3 流量计内壁脏污检查与清洁流量计拆卸送检前或检定后安装前应清洁流量计内管壁， 月度巡检中发现管壁脏污时应清洁流量计内管壁。宜用乙醚、柴油或丙酮等有机溶剂清洁。6.4 前后直管段脏污检查与清洗6.4.1 前后直管
18、段脏污的检查方法通过 CUI 软件核查流量计运行状况，当流速剖面系数高出理想值（ 1.17 或 1）的 0.05 或漩涡角超出 4时，并结合历史记录，可判断流量计前后直管段脏污，应清洗。6.4.2 前后直管段清洗步骤如下：a) 准备清洗的流量计支路处于备用状态，放空后拆卸流量计直管段，并在管道两端加装盲板；b) 用带 1球阀的盲板将直管段两端密封， 通过盲板上的阀门口将清洗液注入直管段， 关闭阀门，浸泡超过 12 小时，在浸泡期间定期翻转直管段，使其浸泡全面；c) 浸泡超过 12 小时后，打开盲板，排出清洗液，采用清洁盘及剖光刷擦拭直管段内壁，擦拭干净后，安装直管段；d) 通过 CUI 软件，
19、查看流量计运行参数，主要是流速剖面系数的指标，检查清洗后的效果。6.5 流量计拆卸流量计拆卸应注意以下事项：a) 流量计拆卸前应关闭直管段前后阀门，并放空管路内天然气；b) 流量计应断电后再进行拆卸；c) 拆卸前应记下各接线端子位置；d) 氮气置换合格后方能进行拆卸；e) 拆卸过程中应实时监测周围环境天然气浓度，浓度低于 2%LEL 才能继续作业；f) 流量计拆卸后应检查内壁和探头脏污情况并清洁；g) 流量计拆卸后送检或返厂维修的，应临时安装备用短节；h) 拆卸清洁、送检或返厂维修期间，前后阀门应悬挂“禁止操作”警示标语。6.6 流量计安装流量计安装应注意以下事项：a) 流量计送检或返厂维修的
20、，安装前要检查流量计出厂编号等信息是否和原始一致；b) 流量计安装前应检查内壁和探头脏污情况并清洁；c) 流量计安装前应关闭直管段前后阀门，并放空管路内天然气；d) 氮气置换合格后方能进行安装；e) 气体流动方向应和流量计正向一致；f) 垫片应同心对齐安装，不能突入管道内壁；g) 检查跳线设置应和原始一致；h) 流量计上电后应检查和流量计算机通讯状态；i) 检查流量计算机内径参数是否和流量计一致。6.7 高级诊断Q/SY XQ 2120136使用高级诊断功能对流量计性能进一步评估，高级诊断的内容如下：查看超声流量计各个声道的信号形态，包括信号振幅、信噪比、传输时间的标准偏差、信号质量、比较上下
21、游接收到的信号形态、峰值转换检查和噪音来自与信号的上游等信息。7 故障处理DANIEL 3400 超声流量计的常见故障处理，见表 2。表2 DANIEL 3400超声流量计常见故障表序号 故障现象 故障分析 处理方法1 AGC-level 值大于 30000存在脏污、压力过低、流速过高、噪音等问题，应通过工艺调整，消除使AGC-level 升高的因素，1、提高管线压力；2、降低流速；3、进行超声换能器清洗工作；4、更换超声换能器。2 AGC 限值长时间低于 40000AGC 限值反映了背景超声和/或电噪声的量。在长时间以内这些限值是稳定不变的。AGC 限值应超过 AGC-level 3 倍或更
22、多。AGC 限值正常值为 65025。1、检查仪表的供电电源；2、 检查调节阀或调压器所产生的超声噪声；3、 检查设备与电缆的屏蔽及接地状态。3 某个声道声速出现报警当某个声道的声速与流量计的平均声速差值超过 0.35%时，该声道会有黄色提示；当差值超过“CRange”参数的设置值时，该声道会有红色报警。检查该声道超声换能器，进行清洗或更换。4 某个声道增益过大出现报警增益过大，说明超声换能器得到的信号过小。检查该声道超声换能器，进行清洗或更换。5 四个声道增益同时出现过大报警脏污导致四个声道的超声换能器得到的信号过小，或者数据采集板存在故障。1、检查该声道超声换能器，进行清洗或更换。2、更换
23、数据采集板6 信号质量出现报警高流速状态下，或受到超声噪音干扰，或流动条件变化都会使信号质量出现报警。1、减低流速；2、 检查产生超声噪音的原因进行排除；3、控制流动条件。7 信噪比小于 500 管线中超声噪音过大找到管线中产生超声噪音的原因，进行排除。8剖面系数高出正常值（ 1.17（C&B1.042/A&D0.89） ）的+/-0.05。对称性和横向流参数偏离 1 过大。管线流态不好1、 检查上游整流器部分是否堵塞；2、可能出现漩涡，找出原因并排除。8 安全注意事项8.1 人员操作时，必须按规定穿戴劳动保护用品。8.2 流量计拆卸、安装和月度巡检操作需经过培训的专业人员操作。8.3 拆卸、
24、安装流量计时，应用可燃气体报警器检测，检测合格后方可进行作业。8.4 流量计拆装作业过程应符合公司HSE规范。Q/SY XQ 2120137附录 A（资料性附录）超声流量计工作原理A.1 单声道超声流量计工作原理传播时间差法气体超声流量计是通过测量高频声脉冲传播时间得出气体流量的速度式流量计。 让声脉冲在管道内向逆流和顺流沿斜线方向传播，分别测量它们的传播时间，其传播时间差与气体的轴向平均流速有关， 从而使用数值计算技术计算出在工作条件下通过气体超声流量计的气体轴向平均流速和流量。工作原理和数学模型见图B.1。A.2 多声道超声流量计工作原理DANIEL 3400 为四声道超声流量计 ,平均流
25、速计算见图 A.2。图A.1 气体超声流量计测的简化几何关系Q/SY XQ 2120138图A.2 多声道流速计算根据超声流量计探头的几何分布取权重因子见图 A.3：图A.3 多声道权重因子平均流速和流量为：Q/SY XQ 2120139附录 B（资料性附录）DANIEL 3400 超声流量计技术参数B.1 流量范围见表B.1。表B.1 流量范围表序号 公称直径(mm) 工况量程（ m3/h）1 DN100 218142 DN150 2121003 DN200 3737304 DN250 5353005 DN300 7676306 DN400 11411400B.2 推荐流速：最大20m/s,
26、 最小3m/s。B.3 压力等级:CLASS 600。B.4 最高工作压力：10MPa。B.5 准确度等级:0.5级。B.6 重复性：优于0.2%。B.7 量程比:1:100。B.8 工作环境温度:-2060。B.9 防爆等级: Eexd ia BT4。B.10 通讯方式:2个Modbus RS-232/485 multi-drop 通讯口，4个频率输出,温度和压力模拟量输入输出。Q/SY XQ 21201310附录 C（ 资料性附录）DANIEL 3400 超声流量计结构超声流量计结构主要分三部分：流量计表体、超声换能器（探头）、信号处理单元（MARK）， 见图C.1。图C.1 DANIEL
27、 3400超声流量计结构图C.1 流量计表体DANIEL 3400超声流量计的表体是整体铸造，减少了焊缝接口，有效减少了表体热胀冷缩对计量的影响。C.2 超声换能器DANIEL 3400超声流量计的换能器结构紧凑，插入表体浅，不易受污垢的影响，寿命较长。高频率，低功耗，低电压工作，高效安全。可以在线更换，更换电缆不影响工作及精度。C.3 信号处理单元（MARK ）组装在一个箱体内并安装在流量计上，该箱的防爆等级是一级。内部各模块见附录 F。Q/SY XQ 21201311附录 D（资料性附录）诊断软件 CUID.1 软件基本说明DANIEL CUI软件是基于视窗平台开发的应用软件，可以直接与3
28、400超声流量计电子单元连接，与电子单元进行实时通讯，对流量计进行组态，可以显示超声波及噪声形态，动态数据采集并分析，进行直接联线故障诊断或远程诊断。远程诊断通讯可以采用MODBUS通讯协议或以太网通讯。D.2 CUI Meter Monitor 界面图D.1 CUI Meter Monitor 界面D.3 CUI Meter Monitor 及常用参数波形界面,见图D.2Q/SY XQ 21201312图D.2 CUI Meter Monitor 及常用参数波形界面D.4 高级诊断信号探测界面，见图D.3图D.3 高级诊断信号探测界面Q/SY XQ 21201313附录 E（规范性附录)DA
29、NIEL 3400 超声流量计声速核查根据超声流量计原理，气体超声流量计可以测出天然气流速和声速。同时可以通过理论计算声波在当前状态下天然气中传播速度，将理论计算声速与超声实测声速进行对比，如果两种声速误差在允许范围内，可以确定超声流量计工作正常。声速核查方法可以确定流量计工作是否正常，但是不能确定流量计是否准确。DANIEL 3400超声流量计的声速核查使用DANIEL CUI软件进行操作。E.1 核查步骤检查步骤如下：a） 运行CUI软件，连接DANIEL 3400流量计；b） 通过 Logs/ReportsMaintenance Logs and Reports 进入声速核查界面，见图
30、E.1。图E.1 CUI软件声速核查选择界面c） 在图E.1的“Flow pressure” ”和“Flow temperature”中写入在线压力（绝对压力）和温度，然后点击“Start”， 开始声速核查。将声速核查结果保存在默认文件夹中；d） 声速核查结果收集完成后，自动进入Gas SOS Calculator页面，见图E.2。在Gascomposition-user中写入在线气质分析报告，同时输入压力（绝对压力）和温度值，然后点击Calculate。点击“Save”，然后点击“Finish”， 声速核查结束。Q/SY XQ 21201314图E.2 CUI软件计算界面E.2 核查内容及标
31、准E.2.1 3400 超声流量计的声速核查内容遵照 JJG 1030 要求。E.2.2 在 5m/s 20m/s 之间，声速偏差应不超过 0.2%。E.2.3 漩涡角 应在- 4o+ 4o之间。E.2.4 和流量计算机通讯应无报警。E.2.5 对3400流量计，剖面系数应在0.95 1.05 之间；对 3422 流量计，剖面系数应在 1.12 1.22 之间。Q/SY XQ 21201315附录 F（ 资料性附录）MARK信号处理单元F.1 MARK信号处理单元主要由 CPU 板、数据采集板和现场连接板（基板）等组成，见图 F.1。图F.1 MARK信号处理单元F.2 CPU 板采用 AMD
32、 ELANsc520 486 133HZ 处理器，各跳线设置见图 F.2 至 F.10。图F.2 CPU板S3跳线Q/SY XQ 21201316图F.3 CPU板S4跳线图F.4 CPU板S5跳线Q/SY XQ 21201317图F.5 CPU板S6 跳线图F.6 CPU板S8跳线Q/SY XQ 21201318图F.7 CPU板S2跳线图F.8 CPU板正面LED灯Q/SY XQ 21201319图F.9 CPU板背面LED灯图F.10 I.S.Board板Q/SY XQ 21201320F.3 数据采集板，见图 F.11。图F.11 数据采集板实图F.4 现场连接板（基板） ，各接线说明见图 F.12 到图 F.18。图F.12 现场连接板实图Q/SY XQ 21201321图F.13 现场连接板J2、J3接线端子图F.14 现场连接板J5接口图Q/SY XQ 21201322图F.15 现场连接板J6接口图图F.16 现场连接板J5接口图Q/SY XQ 21201323图F.17 现场连接板S1 跳线图图F.18 现场连接板电源保险
