Способ диагностики расходомера по отклонению его параметра



Способ диагностики расходомера по отклонению его параметра
Способ диагностики расходомера по отклонению его параметра
Способ диагностики расходомера по отклонению его параметра
Способ диагностики расходомера по отклонению его параметра
Способ диагностики расходомера по отклонению его параметра
Способ диагностики расходомера по отклонению его параметра
Способ диагностики расходомера по отклонению его параметра
Способ диагностики расходомера по отклонению его параметра
Способ диагностики расходомера по отклонению его параметра
Способ диагностики расходомера по отклонению его параметра
Способ диагностики расходомера по отклонению его параметра

 


Владельцы патента RU 2454634:

МАЙКРО МОУШН, ИНК. (US)

Способ определения отклонения параметра расходомера содержит этапы, на которых измеряют дифференциальное давление, по меньшей мере, на участке расходомера, определяют ожидаемое дифференциальное давление, основываясь на известной стационарной вязкости флюида. Сравнивают измеренное дифференциальное давление с ожидаемым дифференциальным давлением, исходя из измеренного расхода и определяют отклонение параметра расходомера, если различие между измеренным дифференциальным давлением и ожидаемым дифференциальным давлением превышает пороговый предел. Технический результат - повышение точности диагностики расходомера. 4 н. и 25 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к расходомерам и, более конкретно, - к способу диагностики расходомера с использованием отклонения его параметра.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Общеизвестно использование массовых расходомеров на эффекте Кориолиса для измерения массового расхода и получения другой информации о материалах, протекающих через трубку расходомера. Примерные расходомеры Кориолиса раскрыты в патенте США 4109524, патенте США 4491025, и Re. 31450, авторы всех - J.E.Smith и др. Эти расходомеры имеет одну или несколько трубок прямой или изогнутой конфигурации. Трубки каждой конфигурации в массовом расходомере Кориолиса имеют ряд собственных колебательных мод, которые могут быть простыми изгибными, торсионными, или связанного типа. Каждую трубку можно заставить колебаться в резонансе на одной из этих собственных мод. Материал попадает в расходомер из присоединенной трубопроводной магистрали на впускной стороне расходомера, направляется через трубку или трубки, и выходит из расходомера через выпускную сторону расходомера. Собственные колебательные моды заполненной материалом колебательной системы частично определяются общей массой трубок и материала, протекающего в трубках.

Когда поток через расходомер отсутствует, все точки вдоль трубопровода колеблются вследствие приложенной приводной силы с идентичной фазой, или малым начальным фиксированным смещением фазы, которое может быть скорректировано. Как только материал начинает течь через расходомер, силы Кориолиса приводят к тому, что каждая точка вдоль трубопровода имеет отличающуюся фазу. Например, фаза на впускном конце расходомера отстает от привода, тогда как фаза на выпуске опережает привод. Измерительные датчики на трубке(-ах), производят синусоидальные сигналы, отображающие движение трубки(-ок). Выходные сигналы от измерительных датчиков обрабатываются, чтобы определить разность фаз между измерительными датчиками. Разность фаз между этими двумя, или несколькими, измерительными датчиками, пропорциональна массовому расходу материала, проходящего через трубопровод(-ы).

Массовые расходомеры Кориолиса широко и успешно используются в промышленности. Однако расходомеры Кориолиса, наряду с большинством других расходомеров, могут иметь недостатки, вызванные накоплениями отложений, оставляемых технологическим флюидом. Это накопление обычно обозначается в данной области техники как "отложение". В зависимости от особенностей технологического флюида, отложение из флюида может влиять или не влиять на характеристики и точность расходомера. Хотя отложение обычно не влияет на жесткость расходомера и не приводит к ошибке измерения расхода, оно может влиять на другие аспекты характеристик расходомера. Например, отложение может иметь плотность, отличающуюся от плотности технологического флюида. Это может неблагоприятно влиять на отсчет плотности, получаемый от расходомера. Для некоторых технологических флюидов отложение может нарастать внутри расходомера до определенной толщины и затем откалываться в виде маленьких крошек. Эти маленькие крошки могут влиять на другие элементы процесса, связанного с расходомером. При экстремальных условиях отложение может нарасти до такой степени, что расходомер становится закупоренным и при этом требуется полное прекращение работы или, при некоторых обстоятельствах, полная замена расходомера.

Другие проблемы могут быть вызваны отложением, закупоркой, непостоянными составами технологического флюида, изменениями температуры технологического флюида, и т.д. Например, в лакокрасочной промышленности один и тот же расходомер может использоваться для окраски различными цветами. Поэтому, даже в том случае, когда отложение, может не привести к ошибкам в отсчете измерителя, отложение может отрицательно влиять на конечный продукт.

В силу вышеупомянутых и других, обусловленных отложением проблем, желательно иметь возможность диагностики того, когда именно образуется отложение в расходомере. В предшествующем уровне техники диагностические способы определения отложения расходомера имеют множество проблем. Во-первых, многие из способов предшествующего уровня техники ограничены определением отложения на активном участке трубопровода, то есть на вибрирующем участке. Другие ограничения предшествующего уровня техники возникают в ситуациях, когда плотность отложения по существу подобна для технологического флюида. При этих обстоятельствах определение отложения на основе плотности невозможно.

Краткое изложение существа изобретения

Поэтому, в данной области техники имеется потребность в способе определения отложения, который преодолевает вышеупомянутые ограничения.

Кроме того, в применениях, для которых известно, что отложение осаждается из технологического флюида на расходомере, желательно во время очистки расходомера иметь возможность обнаружить, когда отложение не покрывает расходомер полностью.

В соответствии с аспектом изобретения предложен способ для определения отклонения параметра расходомера, содержащий этапы:

измерения дифференциального давления, по меньшей мере, по участку расходомера;

сравнения измеренного дифференциального давления с ожидаемым дифференциальным давлением, исходя из измеренного расхода; и

определение отклонения параметра расходомера, если различие между измеренным дифференциальным давлением и ожидаемым дифференциальным давлением превышает пороговый предел.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап измерения дифференциального давления по всему расходомеру.

Предпочтительно, ожидаемое дифференциальное давление основано на известной стационарной вязкости флюида.

Предпочтительно, ожидаемое дифференциальное давление получают из предварительно подготовленной диаграммы зависимости дифференциального давления от расхода.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап сохранения ожидаемого дифференциального давления в измерительном электронном устройстве.

Предпочтительно, пороговый предел представляет собой заданное значение.

Предпочтительно, расходомер представляет собой расходомер Кориолиса.

Предпочтительно, отклонение параметра расходомера указывает на отложение в расходомере.

В соответствии с другим аспектом изобретения предложен способ определения отклонения параметра расходомера, содержащий этапы:

измерения дифференциального давления по расходомеру;

расчета ожидаемого расхода флюида, исходя из дифференциального давления; и

сравнения измеренного расхода флюида с расчетным расходом флюида и определение отклонения параметра расходомера, если различие между измеренным расходом флюида и расчетным расходом флюида превышает пороговый предел.

Предпочтительно, этап расчета ожидаемого расхода флюида содержит этап калибровки расходомера по диафрагменному измерителю.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап определения коэффициента расходомера.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап сохранения ожидаемого расхода флюида в измерительном электронном устройстве.

Предпочтительно, пороговый предел представляет собой заданное значение.

Предпочтительно, расходомер содержит расходомер Кориолиса.

Предпочтительно, отклонение параметра расходомера указывает на отложение в расходомере.

В соответствии с другим аспектом изобретения предложен способ определения отклонения параметра расходомера, содержащий этапы:

измерения дифференциального давления, по меньшей мере, по участку расходомера;

расчета коэффициента трения, исходя из измеренного расхода и измеренного дифференциального давления; и

сравнения расчетного коэффициента трения с ожидаемым коэффициентом трения, исходя из измеренного расхода и определения отклонения параметра расходомера, если различие между расчетным коэффициентом трения и ожидаемым коэффициентом трения превышает пороговый предел.

Предпочтительно, этап расчета коэффициента трения содержит использование уравнения:

Предпочтительно, ожидаемый коэффициент трения получают из предыдущего измерения.

Предпочтительно, дифференциальное давление измеряют по всему расходомеру.

Предпочтительно, ожидаемый коэффициент трения рассчитывают, исходя из числа Рейнольдса для измеренного расхода.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап сохранения ожидаемого коэффициента трения в измерительном электронном устройстве.

Предпочтительно, расходомер представляет собой расходомер Кориолиса.

Предпочтительно, отклонение параметра расходомера указывает на отложение в расходомере.

В соответствии с другим аспектом изобретения предложен способ для определения отклонения параметра расходомера, содержащий этапы:

измерения температуры расходомерной трубки в множестве местоположений; и

расчета температурного градиента исходя из измеренных температур и определения отклонения параметра расходомера, если расчетный температурный градиент превышает порог температурного градиента.

Предпочтительно, этап расчета температурного градиента содержит расчет температурного градиента от впускного отверстия расходомера до выпускного отверстия расходомера.

Предпочтительно, этап расчета температурного градиента содержит расчет температурного градиента от первой трубки до второй трубки.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап определения отложения в расходомере, если расчетный температурный градиент изменяется больше чем пороговый предел.

Предпочтительно, порог температурного градиента задан заранее.

Предпочтительно, расходомер представляет собой расходомер Кориолиса.

Предпочтительно, отклонение параметры расходомера указывает на отложение в расходомере.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Нижеследующее описание иллюстрируют конкретные примеры для специалистов в данной области техники с целью реализации и применения наилучшего варианта изобретения, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает расходомер в соответствии с вариантом реализации изобретения;

Фиг.2 - вид частичного поперечного сечения расходомера в соответствии с вариантом реализации изобретения;

Фиг.3 - вид сечения трубопровода с отложением, образованным в трубопроводе;

Фиг.4 - блок-схема расходомера в соответствии с вариантом реализации изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С целью объяснения принципов изобретения, некоторые обычные элементы упрощены или опущены. Специалистам в данной области техники должны быть очевидны возможные вариации этих примеров, которые находятся в пределах объема притязаний изобретения. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что описанные ниже признаки могут быть объединены различным образом, формируя множественные вариации изобретения. Таким образом, изобретение не ограничивается описанными ниже конкретными примерами, но ограничивается только формулой изобретения и эквивалентами примеров.

На Фиг.1 показан расходомер 100 в соответствии с вариантом реализации изобретения. В соответствии с одним вариантом реализации изобретения расходомер 100 представляет собой расходомер Кориолиса. Однако настоящее изобретение не ограничено применениями, включающими в себя расходомеры Кориолиса, и следует понимать, что настоящее изобретение может использоваться с другими типами расходомеров. Расходомер 100 содержит разделитель 103, вмещающий нижнюю часть расходомерных трубок 101, 102, которые внутри разделителя соединены на своих левых концах с фланцем 104 через его горловину 108 и которые соединены на своих правых концах через горловину 120 с фланцем 105, и манифольдом 107. На Фиг.1 также показаны выпускное отверстие 106 фланца 105, левый измерительный датчик LPO, правый измерительный датчик RPO, и привод D. Правый измерительный датчик RPO показан несколько подробнее и содержит магнитную конструкцию 115 и конструкцию 116 катушки. Элемент 114 в нижней части разделителя 103 манифольда представляет собой отверстие для приема от электронного измерительного устройства (не показан) кабеля (не показан), который проходит внутри к приводу D и измерительным датчикам LPO и RPO. Расходомер 100 выполнен с возможностью при использовании присоединяться с помощью фланцев 104 и 105 к трубопроводной магистрали или подобному.

На Фиг.2 показан внутренний вид в разрезе расходомера 100. На этом виде удален передний участок разделителя 103 манифольда так, чтобы были видны внутренние части разделителя манифольда. Части, которые показаны на Фиг.2, но не на Фиг.1, включают в себя внешние концевые стягивающие скобы 201 и 204, внутренние стягивающие скобы 202 и 203, правые концевые выпускные отверстия 205 и 212 расходомерных трубок, расходомерные трубки 101 и 102, изогнутые секции 214, 215, 216, и 217 расходомерных трубок. При использовании, расходомерные трубки 101 и 102 колеблются вокруг своих изгибных осей W и W′. Внешние концевые стягивающие скобы 201 и 204 и внутренние стягивающие скобы 202 и 203 помогают определить местоположение изгибных осей W и W′.

В соответствии с показанным на Фиг.2 вариантом реализации, расходомер 100 включает в себя датчик 230 давления. В соответствии с вариантом реализации изобретения датчик 230 давления содержит датчик дифференциального давления. Датчик 230 давления соединен с расходомером 100 посредством отводов 231 и 232 измерения давления для получения показания давления. Отводы 231 и 232 позволяют датчику 230 давления непрерывно контролировать падение давления материала по расходомеру 100. Следует отметить, что хотя отводы 231, 232 могут быть присоединены к расходомеру 100 в любом выбранном местоположении, в соответствии с показанным на Фиг.2 вариантом реализации, отводы 231, 232 присоединены к фланцам 104, 105, соответственно. Преимущественно, датчик 230 давления может получать измерение дифференциального давления для всего расходомера 100, а не только активного участка расходомера 100. В других вариантах реализации, например, в показанном на Фиг.4 ниже, отводы 231, 232 измерения давления могут быть расположены в трубопроводной магистрали, к которой присоединен расходомер. Измерение дифференциального давления описано дополнительно ниже.

На Фиг.2 показано также множество регистрирующих температуру устройств 240. В соответствии с показанным на Фиг.2 вариантом реализации, регистрирующие температуру устройства содержат датчики RTD. Однако следует понимать, что могут быть использованы и другие измеряющие температуру устройства, и настоящее изобретение не следует считать ограниченным датчиками RTD. Аналогично, хотя показано шесть датчиков 240 RTD, следует понимать, что может быть применено любое число датчиков RTD, и это также находится в пределах объема притязаний настоящего изобретения.

И датчик 230 давления, и датчики 240 RTD показаны соединенными с электронным измерительным устройством 20 с помощью соединений ΔP сигнала и RTD сигнала, соответственно. Как описано на Фиг.1, левые и правые измерительные датчики LPO, RPO, а также привод D, которые показаны на Фиг.1, также соединяются с электронным измерительным устройством 20. Электронное измерительное устройство 20 предоставляет информацию о массовом расходе и общей протекающей массе. Кроме того, информация о массовом расходе, плотности, температуре, давлении, и других параметрах потока, может быть направлена для управления производственным процессом ниже по потоку, и/или на измерительное оборудование по каналу 26. Электронное измерительное устройство 20 может также содержать пользовательский интерфейс, который позволяет пользователю вводить информацию, например, вязкость флюида наряду с другими известными значениями. В соответствии с вариантом реализации изобретения электронное измерительное устройство 20 содержит накопитель на жестком диске, пригодный для хранения известной информации или рассчитанной информации для последующего ее извлечения. Эта сохраняемая информация рассматривается дополнительно ниже.

На Фиг.3 показан вид сечения участка трубопровода 101 с отложением 310. Хотя показана только часть трубопровода 101, следует заметить, что отложение 310 может также образовываться внутри трубопровода 102, а также и в других участках расходомера 100, подвергаемых воздействию технологическим флюидом. Когда технологический флюид протекает через трубопровод 101, то при этом могут образовываться накопления из технологического флюида. Со временем эти накопления формируют отложение 310. Отложение 310 может покрывать по существу весь внутренний диаметр трубопровода 101, как показано, или, альтернативно, отложение 310 может быть образовано в определенных областях трубопровода 101, тогда как другие области будут свободными от отложения 310. Кроме того, хотя, отложение 310 в конкретном применении может и не быть столь толстым, как показано на Фиг.3, в некоторых процессах отложение 310 становится настолько толстым, что по существу закупоривает расходомер 100. Даже если отложение 310 не настолько толстое, чтобы закупорить расходомер 100, оно может уменьшить площадь сечения, предоставленную для протекания технологического флюида. Например, трубопровод 101 может иметь внутренний диаметр D1; однако с присутствующим отложением 310 фактически имеющийся диаметр, через который технологический флюид может течь, уменьшается до D2.

Поскольку отложение 310 может неблагоприятно влиять на рабочие характеристики расходомера 100, настоящее изобретение предоставляет альтернативные способы для определения присутствия отложения 310 в расходомере 100. Кроме того, тогда как способы предшествующего уровня техники ограничены определением отложения 310 только на активной части, то есть вибрирующей секции трубок 101, 102, настоящее изобретение пригодно для определения отложения 310 во всех секциях расходомера 100, включая манифольды 104, 105. Следует понимать однако, что настоящее изобретение не ограничивается определением отложения, а скорее настоящее изобретение предоставляет альтернативные способы для определения отклонения параметра расходомера. Параметром расходомера может быть любое измерение, которое обеспечивается расходомером. В некоторых вариантах реализации отклонение параметра расходомера вызвано отложением 310. Однако другие обстоятельства также могут вызвать отклонение в измерении расходомера, например, закупоривание измерителя, несоответствующие температуры, несоответствующие смеси технологического флюида, пузыри, которые образуются в расходомере, и т.д. Поэтому, в соответствии с вариантом реализации изобретения, предоставленные ниже способы детектируют отклонение параметра расходомера, что может обеспечить точное определение того, что требуется дополнительное исследование.

Отклонение параметра расходомера может быть продетектировано в соответствии с одним из описанных ниже способов. В соответствии с вариантом реализации изобретения, отклонение параметра расходомера детектируется непосредственно из измерения дифференциального давления, получаемого от датчика 230 давления. При изготовлении или, альтернативно, на месте, когда это известно, что в расходомере 100 нет отложения 310, например, график зависимости дифференциального давления по участку расходомера 100 от массового расхода может быть подготовлен для известной стационарной вязкости флюида. На основе этого графика ожидаемое дифференциальное давление может быть определено для данного расхода. Фактическое дифференциальное давление может быть затем непрерывно зарегистрировано, используя датчик 230 давления, и сравнено с ожидаемым дифференциальным давлением для измеренного расхода. Если фактическое дифференциальное давление находится в пределах порогового предела ожидаемого дифференциального давления, электронное измерительное устройство 20 может послать сигнал о том, что отклонение параметра не определено или, альтернативно, небольшое отклонение параметра расходомера было определено. Если, с другой стороны, измеренное дифференциальное давление оказывается вне порогового предела, электронное измерительное устройство 20 может сигнализировать необходимость измерения для дальнейшего исследования. В соответствии с одним вариантом реализации изобретения, пороговый предел содержит заранее заданное значение. В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, пороговый предел устанавливается пользователем или оператором.

Хотя этот подход обеспечивает удовлетворительные результаты, имеется множество ограничений при использовании этого прямого сравнительного подхода. Во-первых, пользователь должен знать вязкость технологического флюида. Кроме того, вязкость должна оставаться по существу постоянной. Это так потому, что ожидаемое дифференциальное давление, полученное от предшествующих измерений, наряду с фактическим дифференциальным давлением зависит от вязкости технологического флюида. Вследствие этого ограничения, изменение дифференциального давления может быть существенным условием отклонение параметра, чем наличие отложения, тем самым, давая ложное свидетельство об отложении.

Другой способ для определения отклонения параметра расходомера заключается в квалификации расходомера 100 в качестве диафрагменного измерителя. Диафрагменные измерители общеизвестны и используются для измерения потока флюида на основе дифференциального давления. Они имеют определенные преимущества по сравнению с другими измерителями, которые измеряют протекающий флюид на основе дифференциального давления поскольку они занимают намного меньше места. Диафрагменный измеритель действует, посредством предоставления пластины с отверстием в трубе, причем отверстие меньше диаметра трубы. Это понижение площади сечения, предоставленное для потока флюида, увеличивает скоростной напор при снижении статического давления. Это дифференциальное давление может быть измерено посредством отводов измерения давления до и после пластины. Используя измеренное дифференциальное давление, скорость флюида может быть рассчитана на основе такого уравнения, как, например:

где

V0 - скорость потока через диафрагму;

β - отношение диаметра диафрагмы к диаметру трубы;

ΔP - дифференциальное давление по диафрагме;

ρ - плотность флюида;

C0 - коэффициент диафрагмы.

Следует понимать, что известны и другие уравнения для расчета расхода флюида с использованием диафрагменного измерителя, и уравнение (1) представляет собой просто пример, который не должен ограничивать объем притязаний изобретения. Обычно, все неизвестные могут быть измеренными или известными, за исключением коэффициента диафрагмы C0, который обычно определяется экспериментально и варьируется от измерителя к измерителю. Он обычно зависит и от β, и от числа Рейнольдса, которое представляет собой безразмерное число и определяется как:

где

D - диаметр;

V - средняя скорость жидкости;

μ - вязкость флюида;

ρ - плотность флюида;

ν - кинематическая вязкость флюида.

Для многих диафрагменных измерителей, коэффициент диафрагмы C0 остается почти постоянным и независимым для чисел Рейнольдса, больших, чем приблизительно 30000. Подобно диафрагменному измерителю расходомер 100 испытывает измеримый перепад давления и может рассматриваться как диафрагменный измеритель, как показано на Фиг.4.

На Фиг.4 показан расходомер 100, помещенный в пределах трубопроводной магистрали 401 и соединенный с электронным измерительным устройством 20. На Фиг.4 внутренняя структура расходомера 100 не показана и расходомер 100 показан как простая блок-схема. Во время экспериментального испытания, расходомер 100 может быть характеризован как диафрагменный измеритель. Иначе говоря, датчик 430 давления может измерить дифференциальное давление между впускным отверстием 410 расходомера 100 и выпускным отверстием 411, используя отводы 431, 432 измерения давления, соответственно. С переменными уравнения (1), или известными или легко получаемыми из измерения, и расходомером 100, определяющим расход, коэффициент расходомера может быть определен экспериментально. Коэффициент расходомера подобен диафрагменному коэффициенту. Если коэффициент расходомера известен, расход может быть рассчитан, исходя из дифференциального давления по расходомеру 100 на основе тех же самых принципов, что используются при определении расхода с использованием диафрагменного измерителя.

Во время нормальной работы, расход, измеренный расходомером 100, может быть сравнен с ожидаемым расходом, полученным расчетом с использованием уравнения (1) или подобного уравнения, используемого для расчета расходов на основе диафрагменного измерителя. Если ожидаемый расход оказывается вне порогового различия по расходу, полученному от расходомера 100, электронное измерительное устройство 20 может сигнализировать отклонение параметра расходомера. Отклонение может быть вызвано присутствием отложения 310 внутри расходомера 100. Однако отклонение может быть вызвано чем-то другим, отличным от отложения 310. Если, с другой стороны, ожидаемый расход, полученный квалификацией расходомера в качестве диафрагменного измерителя, находится в пределах порогового различия по измерению расхода расходомером 100, электронное измерительное устройство 20 может сигнализировать небольшое отклонение, или отсутствие отклонения, параметра расходомера. Следует понимать, что пороговое различие может быть задано или может быть определено оператором, исходя из конкретных обстоятельств.

Другой способ для определения наличия отклонения параметра расходомера, который обеспечивает более высокую точность и более широкую применимость, по сравнению с предыдущими упомянутыми подходами, заключается в использовании коэффициента трения, например, коэффициента f трения Fanning. Другие коэффициенты трения являются общеизвестными в данной области техники, например, коэффициент трения Darcy Weissbach, который составляет приблизительно 4f. Следует понимать, что конкретный используемый коэффициент трения не важен для целей настоящего изобретения, поскольку могут быть использованы любые применимые уравнения в соответствии с используемым коэффициентом трения.

В данной области техники общеизвестно, что перепад давления в трубах может быть количественно определен и отрегулирован посредством использования коэффициента f трения. Во-первых, важно понять, как охарактеризовать технологический флюид, протекающий через круглую трубу. С этой целью в данном варианте реализации расходомер 100 может быть охарактеризован как круглая труба, имеющая известный внутренний диаметр и длину. Одно важное число при описании потока флюида через трубу - это число Рейнольдса Re, описанное выше в уравнении (2). Следует отметить, что диаметр D трубы может быть легко определен и обычно бывает известен при изготовлении. Многие расходомеры, включая расходомеры Кориолиса, пригодны для измерения свойств флюидов, например, плотности флюида и массового расхода. Из этих двух величин может быть рассчитана средняя скорость жидкости. Вязкость флюида также может быть определена на основе известного, расчетного, или измеренного значения.

Коэффициент трения системы определяется как отношение сдвигового напряжения стенки к произведению плотности и гидродинамического давления (V2/2). Для систем с потоком несжимаемого флюида часто полезно характеризовать коэффициент f трения посредством числа Рейнольдса Re. Точный вид уравнения зависит от конкретных характеристик и флюида, и трубы, через которую протекает флюид. Следует понимать, что приведенные уравнения представляют собой просто примеры, и в данной области техники хорошо известны другие подобные уравнения. Поэтому, приведенные ниже уравнения не должны ограничивать объем притязаний изобретения. Для ламинарного потока через гладкую трубу коэффициент f трения может быть выражен в виде:

И напротив, для турбулентного потока через гладкую трубу коэффициент f трения может быть выражен в виде:

Уравнение (4) может быть использовано с разумной точностью для 104<Re<106. Известны также другие уравнения для выражения коэффициента трения через число Рейнольдса, например:

Уравнение (5) обычно применимо для 50000<Re<106 и уравнение (6) обычно применимо для 3000<Re<3×106. Исходя из уравнения 1 и любого из уравнений 3-6, коэффициент трения системы может быть определен с единственным неизвестным, являющимся вязкостью. В зависимости от расхода, изменения вязкости могут быть незначительными. Альтернативно, пользователь может ввести номинальную вязкость.

В данной области техники общеизвестно также, что коэффициент f трения может быть охарактеризован посредством перепада давления ΔP в системе следующим образом:

где

ΔP - дифференциальное давление;

L - длина трубы между отводами для измерения давления;

f - коэффициент трения;

V - средняя скорость флюида;

ρ - плотность флюида;

D - диаметр трубы.

Дифференциальное давление может быть получено датчиком 230 давления; длина расходомера 100 между отводами 231, 232 для измерения давления может быть легко измерена; диаметр трубы также может быть легко измерен; плотность флюида может быть получена с помощью расходомера 100, и средняя скорость может быть получена на основе массового расхода и плотности, измеренных расходомером 100. Таким образом, все переменные в правой части уравнения (7) могут быть найдены.

В соответствии с вариантом реализации изобретения диагностика производится на основании установления отклонения параметра расходомера, посредством сравнения расчетного коэффициента f с трения, исходя из дифференциального давления, с ожидаемым коэффициентом f с трения. Ожидаемый коэффициент f с трения может быть получен множеством различных способов. В соответствии с одним вариантом реализации изобретения, ожидаемый коэффициент f с трения может быть определен или заранее, или на месте, когда известно, что имеется небольшое отложение, или отложение отсутствует. Ожидаемый коэффициент f с трения может быть получен, исходя из различных измерений расхода, и поэтому может быть получена кривая зависимости коэффициента трения от расхода. Ожидаемый коэффициент f с трения может быть получен заранее и сохранен в электронном измерительном устройстве 20. В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, ожидаемый коэффициент f с трения может быть рассчитан, исходя из корреляции с числом Рейнольдса, полученным во время нормальной работы.

Во время нормальной работы в соответствии с вариантом реализации изобретения, датчик 230 давления может получить измерение дифференциального давления расходомера 100. Дополнительно, расходомер 100 может получить измерение расхода. Из измерения расхода наряду с измерением дифференциального давления, расчетный коэффициент f с трения может быть рассчитан из уравнения (7). Этот расчетный коэффициент f с трения может быть сравнен с ожидаемым коэффициентом f с трения. Вариации двух коэффициентов трения показательны для отклонения параметра расходомера. В соответствии с одним вариантом реализации отклонение может быть вызвано отложением 310 в расходомере 100. Однако в других вариантах реализации, отклонение может быть вызвано другими ситуациями, например закупоркой, несоответствием смеси технологического флюида, пузырями в технологическом флюиде, и т.д. Если расчетный коэффициент f с трения находится в пределах порогового предела ожидаемого коэффициента f с трения, электронное измерительное устройство 20 может определить, что или нет отклонения, или имеется небольшое отклонение параметра расходомера. Если, с другой стороны, расчетный коэффициент f с трения оказывается вне порогового предела ожидаемого коэффициента f с трения, электронное измерительное устройство 20 может послать сигнал предупреждения о том, что отклонение может присутствовать в пределах параметра расходомера. В соответствии с одним вариантом реализации изобретения, пороговый предел может быть задан, исходя из конкретного расходомера или особенностей потока. В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, пороговый предел может быть определен на месте пользователем или оператором.

В дополнение к предоставлению точного прогнозирования отложения 230, кроме того, этот способ может также определить отклонение параметра расходомера при отсутствии точно известной вязкости флюида. В зависимости от расхода флюида, малое изменение вязкости может не приводить к существенному изменению числа Рейнольдса. Поэтому, средняя вязкость может быть введена пользователем, без дальнейшей необходимости в измерении вязкости.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, отклонение параметра расходомера может быть определено с использованием измерений температуры. Когда технологический флюид протекает через расходомер 100, температура впускного отверстия и температура выпускного отверстия остаются относительно близкими друг к другу. Аналогично, трубка 101 и трубка 102 имеют по существу одинаковую температуру. В соответствии с вариантом реализации изобретения, расходомер 100 включает в себя два или несколько температурных датчиков, типа RTD 240. Хотя на Фиг.2 показаны только шесть датчиков RTD, следует понимать, что в других вариантах реализации расходомер 100 может включать в себя больше или меньше, чем шесть датчиков RTD 240. Датчики RTD 240 могут регистрировать температуру трубок 101, 102. Отложение 310, например, может препятствовать потоку флюида через трубки 101, 102. Поэтому, отложение 310 может также вызвать необычные вариации в температурном градиенте от впускного отверстия до выпускного отверстия данной трубки, или 101, или 102. Кроме того, отложение 310 может вызвать температурный градиент от трубки 101 к трубке 102. Закупоривание также может влиять на температурный градиент, поскольку фактически флюид вообще не проходит через расходомер 100 или проходит в небольшом количестве.

Поэтому, в соответствии с вариантом реализации изобретения, отклонение параметра расходомера может быть определено на основе температурного градиента. Более конкретно, в соответствии с вариантом реализации изобретения, отклонение может быть определено, отслеживанием изменения температурного градиента, получаемого более чем от одного температурного датчика, например датчика 240 RTD. В соответствии с одним вариантом реализации, температурный градиент измеряется от впускного отверстия расходомера 100 к выпускному отверстию расходомера 100. В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, температурный градиент измеряется от одной трубки 101 расходомера 100 до другой трубки 102 расходомера 100. В соответствии с вариантом реализации изобретения, отложение 310 может быть определено, если температурный градиент превышает пороговое значение температурного градиента. В соответствии с одним вариантом реализации, значение порога температурного градиента содержит заданное значение. В соответствии с другим вариантом реализации, порог температурного градиента определяется пользователем или оператором.

В некоторых вариантах реализации, расходомер 100 может имеет температурный градиент даже при отсутствии отклонения. Поэтому, в соответствии с вариантом реализации изобретения, отклонение может быть определено на основе изменения уже существующего температурного градиента.

Приведенное выше описание предоставляет множество способов для определения отклонения параметра расходомера 100. В соответствии с вариантом реализации изобретения, отклонение параметра расходомера может быть использовано для диагностики, которая может быть показательной в отношении отложения. Каждый из способов включает в себя различные преимущества, и конкретный используемый способ может зависеть от существующих обстоятельств или доступного оборудования. Некоторые из способов позволяют обеспечить определение отклонения параметра при отсутствии отклонения в измерении расхода. Кроме того, более чем один способ, или все рассмотренные выше способы, могут быть включены в единственную систему расходомера. Поэтому, электронный измеритель 20 может сравнивать определение отклонения, полученного с использованием одного способа, для результатов, полученных из другого способа.

Подробные описания вышеупомянутых вариантов реализации не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов реализации, рассмотренных изобретателями как находящиеся в пределах объема притязаний изобретения. Действительно, для специалистов в данной области техники ясно, что определенные элементы вышеописанных вариантов реализации могут быть по-разному объединены или устранены, чтобы создать дополнительные варианты реализации, и такие дополнительные варианты реализации находятся в пределах объема притязаний и в пределах принципов изобретения. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что вышеописанные варианты реализации могут быть объединены полностью или частично, чтобы создать дополнительные варианты реализации в пределах объема притязаний и в пределах принципов изобретения.

Таким образом, хотя определенные варианты реализации изобретения, и примеры для изобретения описаны здесь в иллюстративных целях, различные эквивалентные модификации возможны в рамках изобретения, как должно быть ясно специалистам в данной области техники. Представленные здесь идеи могут быть применены к другим расходомерам, а не только к вариантам реализации, описанным выше и показанным на прилагаемых чертежах. Соответственно, объем притязаний изобретения должен быть определен из нижеследующей формулы изобретения.

1. Способ определения отклонения параметра расходомера, содержащий этапы, на которых
измеряют дифференциальное давление, по меньшей мере, на участке расходомера;
определяют ожидаемое дифференциальное давление, основываясь на известной стационарной вязкости флюида;
сравнивают измеренное дифференциальное давление с ожидаемым дифференциальным давлением, исходя из измеренного расхода; и
определяют отклонение параметра расходомера, если различие между измеренным дифференциальным давлением и ожидаемым дифференциальным давлением превышает пороговый предел.

2. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап измерения дифференциального давления по всему расходомеру.

3. Способ по п.1, в котором ожидаемое дифференциальное давление получают из предварительно подготовленного графика зависимости дифференциального давления от расхода.

4. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап сохранения ожидаемого дифференциального давления в электронном измерительном устройстве.

5. Способ по п.1, в котором пороговый предел представляет собой заданное значение.

6. Способ по п.1, в котором расходомер представляет собой расходомер Кориолиса.

7. Способ по п.1, в котором отклонение параметра расходомера указывает на присутствие отложения в расходомере.

8. Способ определения отклонения параметра расходомера, содержащий этапы, на которых
измеряют дифференциальное давление по расходомеру;
рассчитывают ожидаемый расход флюида, исходя из дифференциального давления; и
сравнивают измеренный расход флюида с расчетным расходом флюида и определяют отклонение параметра расходомера, если различие между измеренным расходом флюида и расчетным расходом флюида превышает пороговый предел.

9. Способ по п.8, в котором этап расчета ожидаемого расхода флюида содержит этап калибровки расходомера по диафрагменному измерителю.

10. Способ по п.9, дополнительно содержащий этап определения коэффициента расходомера.

11. Способ по п.9, дополнительно содержащий этап сохранения ожидаемого расхода флюида в электронном измерительном устройстве.

12. Способ по п.8, в котором пороговый предел представляет собой заданное значение.

13. Способ по п.8, в котором расходомер представляет собой расходомер Кориолиса.

14. Способ по п.8, в котором отклонение параметра расходомера указывает на присутствие отложения в расходомере.

15. Способ определения отклонения параметра расходомера, содержащий этапы, на которых
измеряют дифференциальное давление, по меньшей мере, на участке расходомера;
рассчитывают коэффициент трения, исходя из измеренного расхода и измеренного дифференциального давления; и
сравнивают расчетный коэффициент трения с ожидаемым коэффициентом трения, исходя из измеренного расхода и определяют отклонение параметра расходомера, если различие между расчетным коэффициентом трения и ожидаемым коэффициентом трения превышает пороговый предел.

16. Способ по п.15, в котором этап расчета коэффициента трения содержит использование уравнения:

ΔР - дифференциальное давление;
L - длина трубы между отводами для измерения давления;
f - коэффициент трения;
- средняя скорость флюида;
ρ - плотность флюида;
D - диаметр трубы.

17. Способ по п.15, в котором ожидаемый коэффициент трения получают из предыдущего измерения.

18. Способ по п.15, в котором дифференциальное давление измеряют по всему расходомеру.

19. Способ по п.15, в котором ожидаемый коэффициент трения рассчитывают, исходя из числа Рейнольдса для измеренного расхода.

20. Способ по п.15, дополнительно содержащий этап сохранения ожидаемого коэффициента трения в электронном измерительном устройстве.

21. Способ по п.15, в котором расходомер представляет собой расходомер Кориолиса.

22. Способ по п.15, в котором отклонение параметра расходомера указывает на присутствие отложения в расходомере.

23. Способ определения отклонения параметра расходомера, содержащий этапы, на которых
измеряют температуру трубки в множестве местоположений; и
рассчитывают температурный градиент, исходя из измеренных температур и определяют отклонение параметра расходомера, если расчетный температурный градиент превышает порог температурного градиента.

24. Способ по п.23, в котором этап расчета температурного градиента содержит расчет температурного градиента от впускного отверстия расходомера до выпускного отверстия расходомера.

25. Способ по п.23, в котором этап расчета температурного градиента содержит расчет температурного градиента от первой трубки до второй трубки.

26. Способ по п.23, дополнительно содержащий этап определения отложения в расходомере, если расчетный температурный градиент изменяется больше, чем на пороговый предел.

27. Способ по п.23, в котором порог температурного градиента задан.

28. Способ по п.23, в котором расходомер представляет собой расходомер Кориолиса.

29. Способ по п.23, в котором отклонение параметра расходомера указывает на присутствие отложения в расходомере.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительному преобразователю вибрационного типа, предназначенному для применения в кориолисовом расходомере, с, по меньшей мере, одной периодически вибрирующей измерительной трубой для прохождения подлежащей измерению среды, с уравновешивающим вибрацию устройством, который при образовании первой зоны соединения со стороны впуска установлен на измерительной трубе и который при образовании второй зоны соединения со стороны выпуска установлен на измерительной трубе, с системой возбуждения для приведения в действие, по меньшей мере, измерительной трубы, а также сенсорной системой для регистрации колебаний, по меньшей мере, измерительной трубы.

Изобретение относится к вибрационному расходомеру и способу и, в частности, касается вибрационного расходомера и способа определения температуры жидкости текущего материала.

Изобретение относится к вибрационному измерителю расхода и способу коррекции для увлеченной (потоком) фазы в двухфазном потоке протекающего материала. .

Изобретение относится к расходомерам. .

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения расхода жидкой и газообразной среды. .

Изобретение относится к области измерительной техники и автоматизации производственных процессов

Изобретение относится к расходометрии и может быть использовано в процессе измерения расхода среды с поддержанием постоянной амплитуды колебания трубки в интервале изменяющейся температуры

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения массового расхода жидкостей, протекающих по трубопроводам, например, при транспортировке нефтепродуктов

Изобретение относится к вибрационному расходомеру и, более конкретно, к вибрационному расходомеру с очень высокой частотой вибрации

Изобретение относится к подходящему, в частности, для преобразователя колебаний и/или для датчика вибрационного типа электромагнитному устройству с создающим магнитное поле постоянным магнитом, с жестко соединенным с постоянным магнитом держателем, а также со стаканом для магнита
Наверх