專利名稱：蒸餾柱溢流的檢測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及流體處理，具體地涉及用于分離不同揮發(fā)性流體的蒸餾工藝。 具體地，本發(fā)明涉及蒸餾柱中溢流狀況的檢測(cè)。
背景技術(shù)：
蒸餾和相關(guān)工藝用于分離流體混合物的不同成分。通過將混合物加熱到沸點(diǎn)，并 且基于沸點(diǎn)溫度、液化點(diǎn)和氣壓的差異來(lái)提取具有相對(duì)較高或較低揮發(fā)性的產(chǎn)品。蒸餾設(shè)備和技術(shù)隨應(yīng)用而改變。例如在含酒精飲料產(chǎn)品和其他工藝中，典型地將 蒸餾設(shè)備稱作蒸餾釜(still)。在簡(jiǎn)單的間歇蒸餾釜中，將諸如麥芽漿之類的發(fā)酵產(chǎn)品在單 向工藝中煮沸，以便產(chǎn)生具有混合成分的蒸餾物，包括水和酒精兩者、油以及麥芽漿的其他 調(diào)味成分。仔細(xì)地控制壓力、溫度和沸騰速率以便調(diào)節(jié)味道和酒精含量。在工業(yè)技術(shù)中，通常需要更加徹底地分離最終產(chǎn)品，并且基于產(chǎn)品的不同沸點(diǎn)和 所需純度級(jí)別重復(fù)所述批次多次。另一方面在連續(xù)蒸餾時(shí)，將流體混合物或“給料”恒定地 饋送到蒸發(fā)器中以產(chǎn)生通過蒸餾柱的連續(xù)蒸汽流，其中在所述柱頂部附近去除了更易揮發(fā) 的蒸餾物(或者頂部產(chǎn)品)，并且在底部附近去除了不易揮發(fā)的殘?jiān)?或者“底部)。在分餾蒸餾時(shí)，將加熱容器典型地描述為重沸器，并且利用汽提器和精餾器之間 的給料進(jìn)口，將蒸餾柱分為底部汽提器部分和頂部精餾器。經(jīng)由重沸器通過汽提器連續(xù)地 循環(huán)底部產(chǎn)品，以便增加底部的較重分量的分餾。類似地，經(jīng)由回流鼓通過精餾器部分連續(xù) 地循環(huán)頂部產(chǎn)品，以便增加蒸餾物的較輕分量的分餾。汽提器和精餾器部分典型地還包括 蒸餾盤或封裝材料以向濃縮、重新加熱和汽化提供增加的表面積。這增加了質(zhì)量傳遞和產(chǎn) 量，有效地改善并且提供更加精細(xì)、更高純度的頂部和底部產(chǎn)品。在石油精煉時(shí)，工藝給料(例如原油)經(jīng)常具有多種成分，并且將較大的蒸餾柱 (或者蒸餾塔)用于在不同高度提取多種不同產(chǎn)品或(分餾成分)。另一方面，在天然氣處 理(或者“脫硫”)和發(fā)射控制應(yīng)用時(shí)，目標(biāo)是去除不需要的雜質(zhì)，并且通常將蒸餾柱稱作吸 收柱或滌氣塔。在空氣分離和其他低溫工藝中也使用蒸餾，例如用于分離液態(tài)氧、液態(tài)氮和液態(tài) 氬，以及用于多種基于二氧化碳的工藝。其他技術(shù)包括針對(duì)熱敏感和高沸點(diǎn)材料的蒸汽蒸 餾，以及用于與空氣中的氧或氮反應(yīng)的、或者對(duì)于環(huán)境污染物高度敏感的流體的真空蒸餾。在每一個(gè)這些應(yīng)用中，安全性和效率要求較高程度的工藝控制。盡管輸出率最終 由熱輸入確定，然而在加熱速率和溢流(flooding)風(fēng)險(xiǎn)之間存在恒定的折衷。當(dāng)氣流破壞 液化流時(shí)發(fā)生溢流，引起減小分化并且降低效率的軸向混合。當(dāng)不進(jìn)行檢查時(shí)，溢流也能引 起破壞整個(gè)蒸餾工藝的失控條件，導(dǎo)致產(chǎn)品損失和系統(tǒng)停工。因此，存在用于改進(jìn)溢流檢測(cè) 和控制技術(shù)的恒定需求，具體地對(duì)于適用于不同蒸餾系統(tǒng)和工藝范圍的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)蒸餾柱中溢流的方法，以及使用所述方法的系統(tǒng)和設(shè)
4備。所述方法包括感測(cè)壓力差信號(hào)；對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行濾波；產(chǎn)生溢流指示符；以及指示溢 流的開始。沿蒸餾流體路徑感測(cè)所述壓力差信號(hào)，并且根據(jù)頻率進(jìn)行濾波。濾波的壓力差 信號(hào)對(duì)于沿所述流體路徑的相轉(zhuǎn)變做出響應(yīng)。根據(jù)濾波的壓力差信號(hào)產(chǎn)生溢流指示符，并 且所述溢流指示符基于所述相轉(zhuǎn)變來(lái)響應(yīng)溢流狀況的開始?；谝缌髦甘痉淖兓瘉?lái)指示 溢流的開始。


圖1是具有壓力差傳感器的系統(tǒng)的截面圖，用于檢測(cè)蒸餾柱中的溢流。圖2A是在具有兩相逆流的容器中的質(zhì)量傳遞工藝的示意性說(shuō)明。圖2B是圖2A容器中溢流的示意性說(shuō)明。圖3是用于指示兩相逆流中點(diǎn)溢流開始的方法的示意圖，例如如圖2B中所示。圖4是是用于執(zhí)行圖3所說(shuō)明方法的系統(tǒng)的示意圖。圖5是溢流指示符對(duì)時(shí)間的曲線，演示了溢流狀況的開始。
具體實(shí)施例方式圖1是具有壓力差(DP)變送器12的蒸餾系統(tǒng)10的截面圖，所述壓力差變送器用 于檢測(cè)柱溢流。蒸餾系統(tǒng)10包括DP變送器12、重沸器14、蒸餾柱16、液化器18、回流鼓 20、熱源22、頂部產(chǎn)品(液化物)的收納器M和底部產(chǎn)品的貯藏器沈。變送器12基于蒸 餾柱16中的壓力差信號(hào)產(chǎn)生溢流指示符，并且控制器洲基于包括來(lái)自變送器12的溢流指 示符的控制輸入來(lái)控制系統(tǒng)10。DP變送器12是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或者其他測(cè)量設(shè)備，配置用于感測(cè)目標(biāo)柱蒸餾柱16垂直 高度(即，沿蒸餾氣流方向)兩端的壓力差，并且配置用于向操作者或者工藝控制器發(fā)送表 示所述壓力的輸出。在一些實(shí)施例中，例如變送器12是雙線變送器，配置用于在回路線上 工作，所述回路線向變送器12提供功率和通信連接。在雙線實(shí)施例中，典型地經(jīng)由約4_20mA的模擬信號(hào)提供通信，有時(shí)利用諸如 HART 之類的混合模擬/數(shù)字協(xié)議?？蛇x地，通信采用諸如Fieldbus Rnmdation 、或者 PR0FI BUS或PR0FI NET之類的數(shù)字協(xié)議，并且利用多種雙線回路、纜線、數(shù)據(jù)總線和其他 硬件，包括紅外(IR)、光學(xué)、RF(射頻)和其他無(wú)線通信裝置。在一些這些實(shí)施例中，變送器 12包括3051系列或3051S壓力變送器，所述壓力變送器可向Emerson Process Management 公司，明尼蘇達(dá)，Chanhassen的羅斯蒙德公司購(gòu)買。在其他實(shí)施例中，傳感器結(jié)構(gòu)和通信協(xié) 議可以改變。在圖1的具體實(shí)施例中，重沸器14包括具有外殼(或鍋)30的蒸汽鍋型蒸發(fā)器、 熱交換器32和過流壩/護(hù)壁34。熱交換器32包括蒸汽管束或者用于利用過流壩34將熱 能量從熱源22傳遞到重沸器14中的流體的類似裝置，以保持熱交換器32上的流體水平。 在其他實(shí)施例中，重沸器14利用熱虹吸器或強(qiáng)制再循環(huán)設(shè)計(jì)，并且鍋30、熱交換器32和壩 34的結(jié)構(gòu)因此改變?？蛇x地，重沸器14利用放電蒸發(fā)器設(shè)計(jì)，其中電爐或者燃?xì)鉅t代替熱 源22和熱交換器22的一個(gè)或者兩者。蒸餾柱16典型地沿垂直方式朝向，具有在容器壁36內(nèi)封裝的主要元件。例如在 圖1的具體實(shí)施例中，柱16包括汽提部分(汽提器)38和精餾部分(精餾器或者濃縮部分)40。供料(或者給料)42進(jìn)入汽提器部分38和精餾器部分40之間的容器壁36，底部 輸出44位于汽提器部分38內(nèi)或者位于汽提器部分38之下，并且頂部輸出46位于精餾器 部分40之內(nèi)或者位于精餾器部分40之上。 汽提器38和精餾器40是流體處理區(qū)域，在所述流體處理區(qū)域中，在給料部件的液 相和氣相之間或者在諸如脫硫劑或滌氣液之類的給料部件其他處理流體之間發(fā)生質(zhì)量傳 遞。通過增加汽提器38和精餾器40中的表面積來(lái)提高質(zhì)量傳遞，例如利用蒸餾托盤(或 片)和落水管結(jié)構(gòu)，或者利用實(shí)質(zhì)上連續(xù)的封裝材料。封裝材料典型地由或者來(lái)自隨機(jī)朝 向的本體構(gòu)成，所述隨機(jī)朝向的本體具有較高的表面積體積比，例如Raschig環(huán)或者Beryl 底墊，或者使用網(wǎng)格、絲網(wǎng)印刷或者基于片狀金屬的封裝結(jié)構(gòu)來(lái)形成。液化器18包括熱交換器，用于對(duì)從蒸餾柱16的頂部輸出提取的氣體進(jìn)行冷卻，產(chǎn) 生液化的餾出物?；亓鞴?Rf)20包括壓力容器，用于存儲(chǔ)所述餾出物，所述餾出物作為回 流重新循環(huán)回蒸餾柱16，或者提取用于輸出至接收器(RT)24。從重沸器14中的過量液體 過流壩34提取出底部產(chǎn)品(“底部”)，并且將其存儲(chǔ)在底部容器(Rb) 26。如圖1所示，蒸餾系統(tǒng)1典型地工作于穩(wěn)態(tài)或者連續(xù)模式。將給料42通過汽提器 38和精餾器40之間的容器壁36饋送到蒸餾柱16中。重沸器流體通過底部輸出44和重沸 器鍋30循環(huán)。熱源22和熱交換器/燃燒爐32加熱重沸器流體，以在整流器容器壁36內(nèi) 側(cè)產(chǎn)生通過汽提器38和精餾器40的熱氣流。通過多個(gè)閥門48控制饋料、重沸器流和加熱 速率(以及系統(tǒng)10中的其他流速)。在蒸餾柱16內(nèi)側(cè)存在兩相逆流。重沸器蒸汽流通過汽提器38和精餾器40向上 流向頂部出口 46，并且液化液體向下流向底部出口 44。沿所述向上氣流路徑濃縮蒸汽中的 更易揮發(fā)(較輕的、低沸騰溫度)成分。經(jīng)由通過液化器18、回流鼓20和精餾器40的回流 循環(huán)增加這種分離。沿向下的液體流路徑濃縮不易揮發(fā)(較重的、高沸騰溫度)成分。經(jīng) 由通過熱交換器32和重沸器外殼鍋30的重沸器流體循環(huán)來(lái)增加這種分離，并且將所述底 部產(chǎn)品提取到底部貯藏器26。當(dāng)使用諸如原油之類的復(fù)雜給料42時(shí)，附加的出口有時(shí)位于底部出口 42和頂部 出口 44之間以提出中間揮發(fā)性的產(chǎn)品，例如具有不同脂肪族烴成分(或者鏈長(zhǎng))的組，例 如石腦油、汽油煤油、柴油、潤(rùn)滑油、石蠟、柏油和浙青?？蛇x地，蒸餾系統(tǒng)10按照批處理模 式工作，并且在不同的時(shí)刻移除不同揮發(fā)性的產(chǎn)品，或者系統(tǒng)10按照連續(xù)和批處理模式的 組合工作。在另外的實(shí)施例中，系統(tǒng)10包括滌氣塔、吸收柱或相關(guān)設(shè)備，并且執(zhí)行諸如發(fā)射 控制或脫硫之類的另一種功能。蒸餾效率、產(chǎn)量和可靠性都對(duì)于蒸餾系統(tǒng)10造成工作要求，必須在成本關(guān)系和安 全考慮之間進(jìn)行平衡。這要求操作者或諸如工藝控制器觀之類的控制系統(tǒng)的持續(xù)監(jiān)管， 所述控制系統(tǒng)依賴于系統(tǒng)10的具體結(jié)構(gòu)，在各種回流、重沸器、吸收、吸收和相關(guān)流體回路 中，維持熱輸入和給料流速率之間的恒定平衡。具體地，控制器28控制汽提器38、精餾器 40和其他兩相流體元件中的質(zhì)量傳遞速率，以便在不會(huì)帶來(lái)氣流中液體不期望的帶走的情 況下促使液化和分離，并且不會(huì)在容器壁36內(nèi)側(cè)引起氣泡形成、起泡和溢流。圖2A是在諸如圖1的蒸餾柱16之類的兩相逆流容器內(nèi)側(cè)的質(zhì)量傳遞過程的示 意性說(shuō)明。具體地，圖2A穿過壓力端口 50得到的反應(yīng)容器的內(nèi)部視圖，示出了連續(xù)氣相 52 (虛線)的向上流和液相M (實(shí)現(xiàn))的向下(逆)流。液相M在封裝材料56上液化，在實(shí)施例中封裝材料采取諸如網(wǎng)格或絲網(wǎng)之類的連續(xù)結(jié)構(gòu)。如圖2A所示，氣相52是連續(xù)相，點(diǎn)綴有非連續(xù)液相54的區(qū)域(小液滴)。即，氣 相52占據(jù)封裝材料56之間的空隙空間，并且穿過封裝材料56的氣相52的向上流體路徑 是曲折但是完整的。相反，將液相M的向下流體路徑拆開為分立的液滴、液體流或者“滴”， 它們由連續(xù)氣相52的區(qū)域分離。當(dāng)氣相52沿蒸餾流體路徑向上行進(jìn)時(shí)，較重的成分傾向于在封裝材料56上液化。 這產(chǎn)生了向非連續(xù)液相M的液滴或液體流的質(zhì)量傳遞，增加了液相M的較重分餾成分并 且降低了氣相52的較重分餾成分。液化也將能量釋放到液相M中，促使更多揮發(fā)性成分 的汽化。這產(chǎn)生了較輕成分從非連續(xù)液相M到連續(xù)的氣相52的質(zhì)量傳遞，降低了液相M 的較輕分餾成分并且增加了氣相52的較輕分餾成分。封裝材料56促使這兩相之間的混合。然而在有效的蒸餾(和其他有效的兩相逆 流流體)中，所述混合主要是徑向的(即實(shí)質(zhì)上是水平的)，而不是軸向的(即，不垂直)。 因此，當(dāng)氣相52的較輕分餾成分上升到所述柱時(shí)繼續(xù)增加，直到最終將其提取為相對(duì)易揮 發(fā)的頂部產(chǎn)品為止。相反，液相M的較重分餾成分在向下傳播或流向所述柱時(shí)繼續(xù)增加， 直到將其提取為相對(duì)不易揮發(fā)的底部產(chǎn)品為止。連續(xù)的氣相52的向上流也在非連續(xù)液相M上產(chǎn)生氣動(dòng)阻力。此外，增加輸出要 求增加流量，導(dǎo)致增加的氣動(dòng)阻力。這減緩了液相M的向下流動(dòng)，導(dǎo)致軸向混合和減小的 蒸餾效率。具體地，當(dāng)氣動(dòng)阻力與重力平衡時(shí)，向下的流體終止，并且液相M夾帶在氣相52 的向上流體中。然后，可以反轉(zhuǎn)連續(xù)的氣相和非連續(xù)的液相，以使液相M占據(jù)封裝材料56 之間的空隙空間，并且液相流體路徑不再是連續(xù)的。因此，這種相轉(zhuǎn)變表示兩相流體中的溢 流的開始。圖2B是圖2A的兩相逆流流體容器中溢流的示意性說(shuō)明。圖2B示出了相轉(zhuǎn)變的 結(jié)果，其中液相54(現(xiàn)在用實(shí)線箭頭示出)已經(jīng)變成了連續(xù)的相，點(diǎn)綴有氣相52的離散區(qū) 域(現(xiàn)在由虛線橢圓或氣泡示出)。現(xiàn)在，氣相52是非連續(xù)的相，具有由連續(xù)液相M分離 的氣相52的分立區(qū)域(氣泡)。如圖2B所示，溢流是一種湍流過程，其中液相M的全部向下流體用小尺寸的(局 部化的)和隨機(jī)向上、向下和徑向的流動(dòng)區(qū)域來(lái)代替。此外，液相M變成連續(xù)的相，并且不 再局限于封裝材料56的表面，而是延伸以填充之間的空隙空間。結(jié)果是形成多泡液體/氣體混合物或“泡沫”。平均來(lái)說(shuō)，(非連續(xù))氣相52的氣 泡(非不連續(xù))繼續(xù)上升，支撐連續(xù)的液相M來(lái)抵抗重力，但是單獨(dú)氣泡的運(yùn)動(dòng)也比圖2A 的非流體條件下更加隨機(jī)化和更加無(wú)序。相轉(zhuǎn)變、氣泡形成、起泡和溢流依賴于多種因素，包括液體和氣體流速、熱能輸入、 沸騰溫度、氣壓以及容器內(nèi)部的壓位差。因?yàn)檫@些變量依賴于柱高度，可能在所述柱內(nèi)的特 定位置處發(fā)生局部溢流，而與其他柱高度處的流體條件無(wú)關(guān)。具體地，溢流有時(shí)只在汽提器 或精餾器的特定區(qū)域中發(fā)生，并且有時(shí)同時(shí)在兩個(gè)部分中擴(kuò)展。在發(fā)生溢流的區(qū)域中，存在兩相流體的軸向混合。垂直溫度梯度降低，并且減小了 分離效率，以使氣相52和液相M的較輕和較重分餾成分不強(qiáng)烈地依賴于柱高度。也可以 存在這種的條件，以使超出了臨界點(diǎn)，并且在液相和氣相之間沒有清晰的區(qū)別(即，液體變 成超臨界的)。
當(dāng)溢流是較大范圍時(shí)，頂部和底部產(chǎn)品的合成物匯聚于原料流的合成物，實(shí)質(zhì)上 減小了蒸餾效率。在失控溢流時(shí)，徑向混合實(shí)質(zhì)上沿垂直柱高度的部分發(fā)生，在這種情況下 分離終止，并且因此蒸餾過程關(guān)閉。圖1的系統(tǒng)10設(shè)計(jì)用于檢測(cè)在發(fā)生這種情況之前溢流活動(dòng)性的開始，并且在一 些實(shí)施例中，設(shè)計(jì)用于提供控制蒸餾過程以便放置失控溢流的裝置。這是通過對(duì)沿蒸餾柱 (或者其他兩相處理容器)的高度采樣的壓力差信號(hào)進(jìn)行濾波和處理、并且基于所述輸出 表示溢流狀況的開始來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖3和4所示。圖3是用于檢測(cè)兩相流體中溢流狀況的方法60的示意圖，例如圖2A和2B的兩相 逆流。圖4是用于執(zhí)行圖3的方法60的系統(tǒng)62的示意圖。方法60(圖幻包括感測(cè)壓力差(步驟64)；對(duì)壓力差信號(hào)進(jìn)行濾波(步驟66)； 產(chǎn)生溢流指示符(步驟68)；以及基于所述指示符表示溢流狀況(步驟70)。在一些實(shí)施例 中，方法60還包括基于在步驟68中產(chǎn)生的溢流指示，控制所述蒸餾或者其他兩相流體處理 (步驟72)。用于執(zhí)行方法60的系統(tǒng)62 (圖4)包括蒸餾柱16、壓力差傳感器74、頻率濾波器 76、處理器78和指示符或接口 80。在一些實(shí)施例中，將壓力差傳感器74、頻率濾波器76、處 理器78和指示器80包括在變送器12中，并且在其他實(shí)施例中這些部件是分立的。在附加 實(shí)施例中，系統(tǒng)62包括控制器觀，所述控制器基于由指示器/接口 80產(chǎn)生的溢流指示符來(lái) 控制蒸餾柱16的操作。溢流不是一種離散的開啟/關(guān)閉工藝，而是傾向于在蒸餾柱的特定區(qū)域中(S卩，在 特定的垂直高度)開始，然后擴(kuò)展到其他區(qū)域。因?yàn)橐缌靼ㄟB續(xù)的相轉(zhuǎn)變、非線性流體和 復(fù)雜的熱力學(xué)效應(yīng)，溢流的早期階段也難以檢測(cè)。對(duì)于溢流的敏感度也受到其他工藝變量 變化的影響，例如給料成分、溫度梯度和壓力降，并且通過使用控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)給料速率、 重沸器占空比和逆流率。為了使方法60和系統(tǒng)62有效地檢測(cè)溢流狀況，必須對(duì)于多個(gè)不同的蒸餾、滌氣和 吸收系統(tǒng)以及在不同操作條件的范圍內(nèi)考慮這些效果。具體地，方法60和系統(tǒng)62利用對(duì)于 氣泡形成和破裂敏感的壓力差信號(hào)、泡沫以及與局部化溢流的開始有關(guān)的其他物理現(xiàn)象， 并且產(chǎn)生對(duì)于溢流程度做出響應(yīng)的溢流指示符，所述溢流程度由氣流中的夾帶以及連續(xù)和 非連續(xù)氣相和液相(或者超臨界流動(dòng)性)之間的轉(zhuǎn)變(或者反轉(zhuǎn))。通過諸如DP傳感器74之類的壓力差傳感器來(lái)完成感測(cè)壓力差(步驟64)。傳感 器74定位為感測(cè)蒸餾柱16的特定垂直高度兩端的壓力差。通常，傳感器74連接在汽提器 38或精餾器40之一或二者中的封裝材料任意垂直高度兩端，提供沿容器壁36內(nèi)的兩相逆 流的任意具體位置中的溢流狀況開始的敏感度。典型地使用變送器12的外殼中的DP端口 82來(lái)完成壓力連接，使用動(dòng)力管道連接 如圖4所示的容器壁36中的壓力端口 84?？蛇x地，傳感器74定位為感測(cè)現(xiàn)有流體連接兩 端的壓力差，例如所述逆流和重沸器連接兩端，如圖1所示，或者使用重沸器連接、逆流連 接、給料入口、底部出口 44、頂部出口 46或者位于沿容器壁36的任意位置的中間入口或出 口中的任意一個(gè)。對(duì)壓力差信號(hào)進(jìn)行濾波(步驟66)包括向所述壓力差信號(hào)應(yīng)用頻率相關(guān)濾波器， 例如使用頻率濾波器(fF)76。產(chǎn)生溢流指示符(步驟68)包括例如使用微處理器(μ P) 78根據(jù)濾波的壓力差信號(hào)函數(shù)產(chǎn)生指示符。如下參考圖5所述，所利用的具體頻率濾波器和 指示符函數(shù)依賴于多種因素，包括蒸餾柱16的物理結(jié)構(gòu)、容器壁36內(nèi)的操作條件以及壓力 差傳感器74的頻率響應(yīng)。指示溢流狀況(步驟70)包括將輸出信號(hào)發(fā)送或者通信給操作者或蒸餾控制系 統(tǒng)，例如通過使用與工藝控制器觀通信的接口(I/F)80。在一些實(shí)施例中，指示溢流狀況包 括輸出或發(fā)送所述溢流指示符本身。在其他實(shí)施例中，方法60和系統(tǒng)62輸出溢流警報(bào)或者 基于所述溢流指示符或者溢流指示符變化的其他信號(hào)。所述警報(bào)信號(hào)也采取多種形式，包 括二進(jìn)制(雙態(tài))輸出、隨溢流指示符縮放的模擬和數(shù)字函數(shù)、音頻和視覺信號(hào)及其組合。控制蒸餾(步驟7 包括通?；趤?lái)自步驟70的輸出信號(hào)來(lái)控制蒸餾柱16的一 個(gè)或更多操作參數(shù)。在一些實(shí)施例中，例如系統(tǒng)62利用工藝控制器觀通過控制熱源22和 熱交換器/燃燒爐32來(lái)減少對(duì)于重沸器14的熱輸入，以便響應(yīng)于溢流狀況的開始減小通 過蒸餾柱16的氣流。可選地，例如，系統(tǒng)62響應(yīng)于表示不存在溢流的輸出信號(hào)增加氣流速率。在另外 的實(shí)施例中，系統(tǒng)62利用控制器觀、熱源22、熱交換器/燃燒爐32和各種閥門48的任意 組合，以便控制給料、重沸器、逆流、底部或蒸餾柱16的蒸餾流體路徑中的一個(gè)或更多，以 控制諸如滌氣塔、吸收器、或天然氣脫硫器之類的通用兩相液體處理系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，傳感器74、頻率濾波器76、處理器78和接口 80被包括在變送器 12內(nèi)部，例如參考圖1所述的兩線或無(wú)線變送器。在這些實(shí)施例中，有時(shí)通過統(tǒng)計(jì)濾波器或 諸如異常條件預(yù)防(ASP)模塊或統(tǒng)計(jì)工藝監(jiān)測(cè)(SPM)模塊之類的相關(guān)處理器部件來(lái)完成對(duì) 壓力差信號(hào)的濾波(步驟66)以及產(chǎn)生溢流指示符(步驟68)。可選地，將頻率濾波器76、處理器78和接口 80的一個(gè)或更多被包括在控制器28 或其他不同設(shè)備中，所述其他不同設(shè)備執(zhí)行對(duì)壓力差信號(hào)進(jìn)行濾波(步驟66)、產(chǎn)生溢流指 示符(步驟68)或者指示所述溢流狀況(步驟70)中的一個(gè)或更多功能。在另外的實(shí)施例 中，將諸如Fieldbus Rnmdati0nTMPCMCIA卡之類的附加數(shù)據(jù)獲取或數(shù)據(jù)處理設(shè)備用于頻率 分析和其他校準(zhǔn)研究，并且所述頻率濾波和溢流指示功能基于所述校準(zhǔn)。圖5是溢流指示符(濾波的指示符函數(shù)Fs)隨時(shí)間(t)的曲線，說(shuō)明了具體溢流 狀況的開始。溢流指示符Fs在垂直軸上進(jìn)行縮放，并且時(shí)間t在水平軸上縮放，兩者都是 任意單位。如上所述，溢流指示符(或者溢流信號(hào))FS經(jīng)由垂直流體路徑兩端采樣的壓力差 信號(hào)來(lái)響應(yīng)相轉(zhuǎn)變、氣泡形成、氣泡破裂、起泡和其他溢流相關(guān)效果。具體地，DP信號(hào)對(duì)于 具有特定低頻閾值以上的相對(duì)平坦功率譜的寬譜(或者白噪聲)信號(hào)、以及對(duì)于位于特定 低頻和高頻限制之間的窄帶信號(hào)敏感。DP信號(hào)的頻率響應(yīng)依賴于采樣率和相關(guān)聯(lián)的分析參數(shù)，包括奈奎斯特頻率。通常， 奈奎斯特頻率大于氣泡形成、氣泡破裂和其他壓力信號(hào)的頻率，以便提供對(duì)于溢流相關(guān)效 應(yīng)的較寬范圍的敏感度。具體地，奈奎斯特頻率提供對(duì)于兩相流體的局部反轉(zhuǎn)的敏感度，包 括局部泡沫和夾帶效應(yīng)，允許在發(fā)生失控條件之前產(chǎn)生適當(dāng)?shù)囊缌髦甘痉?。例如，在利用羅斯蒙德3051S壓力變送器的實(shí)施例中，采樣速率范圍在約22. 2Hz 或者以上。這與約45ms或更小的采樣周期和約11. IHz或以上的奈奎斯特頻率相對(duì)應(yīng)。在 這一范圍內(nèi)，將約11. IHz以上的壓力差信號(hào)稱作較低頻率，而不是11. IHz以下(奈奎斯特
9頻率以下)?？蛇x地，采樣速率可以是約IOHz或更高，這與約IOOms或以下的采樣周期以及 約5Hz或以上的奈奎斯特頻率相對(duì)應(yīng)。在另外的實(shí)施例中，采樣速率是約2Hz或以上，與約 500Ms或以下的采樣周期以及約IHz或以上的奈奎斯特頻率相對(duì)應(yīng)。適當(dāng)?shù)念l率濾波器和溢流指示符函數(shù)依賴于DP信號(hào)的頻率敏感度和蒸餾系統(tǒng)或 其他兩相流體工藝的響應(yīng)時(shí)間。具體地，這些功能依賴于溢流開始的時(shí)間比例、從局部溢流 到失控溢流的轉(zhuǎn)變、具體控制輸入之間的時(shí)滯、以及特定流體柱高度兩端壓力差信號(hào)中所 得到的變化。處理結(jié)構(gòu)也起一定作用。例如在一個(gè)實(shí)施例中，圖1的蒸餾柱按照全逆流模式運(yùn) 行，即不存在從逆流鼓輸出的頂部產(chǎn)品，將所有蒸餾物重新循環(huán)到精餾器。此外，關(guān)閉給料 輸入，并且不會(huì)從重沸器移除底部產(chǎn)品，創(chuàng)建了閉合的流體系統(tǒng)。在這種結(jié)構(gòu)中，溢流主要 依賴于重沸器占空因子；因此可以增加重沸器占空比直到觀察到溢流為止，并且可以將所 述工藝重復(fù)多次以便校準(zhǔn)頻率濾波器和溢流指示符函數(shù)。在一組全溢流測(cè)試中，所述壓力差信號(hào)的低頻功率譜(即小于約2Hz)對(duì)于溢流的 開始實(shí)質(zhì)上并不敏感。然而在較高的頻率范圍中(大于約4Hz)，在溢流開始和失控溢流狀 況之間的功率譜中存在接近IOdB的增加。在這種情況下，使用簡(jiǎn)單的高通濾波器，其中低 頻截止在約2Hz和約4Hz之間。然而，截止頻率通常依賴于操作條件，并且范圍從約IHz至 約 IOHz?？蛇x地，使用差分濾波器，例如
權(quán)利要求
1.一種方法，包括感測(cè)沿蒸餾流體路徑的壓力差信號(hào)；根據(jù)頻率對(duì)所述壓力差信號(hào)進(jìn)行濾波，以使濾波的壓力差信號(hào)對(duì)于沿流體路徑的相轉(zhuǎn) 變做出響應(yīng)；根據(jù)濾波的壓力差信號(hào)產(chǎn)生溢流指示符，以使所述溢流指示符基于所述相轉(zhuǎn)變對(duì)溢流 狀況做出響應(yīng)；以及基于所述溢流指示符的變化來(lái)指示所述溢流狀況的開始。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)所述壓力差信號(hào)進(jìn)行濾波包括對(duì)所述壓力差信 號(hào)進(jìn)行濾波，以使濾波的壓力差信號(hào)對(duì)于相轉(zhuǎn)變做出響應(yīng)，所述相轉(zhuǎn)變包括沿所述流體路 徑的連續(xù)和非連續(xù)的氣相和液相的轉(zhuǎn)變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生所述溢流指示符包括產(chǎn)生溢流指示符，以使 所述溢流指示符基于沿所述流體路徑的氣泡形成和破裂來(lái)對(duì)溢流狀況做出響應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中感測(cè)所述壓力差信號(hào)包括感測(cè)所述壓力差信號(hào)， 以使奈奎斯特頻率大于沿蒸餾流體路徑的氣泡形成和破裂的頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中對(duì)所述壓力差信號(hào)進(jìn)行濾波包括向所述壓力差信 號(hào)應(yīng)用差分濾波器，以使濾波的壓力差信號(hào)對(duì)于氣泡形成和破裂做出響應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中對(duì)所述壓力差信號(hào)進(jìn)行濾波包括向所述壓力差信 號(hào)應(yīng)用窄帶濾波器，以使濾波的壓力差信號(hào)對(duì)氣泡形成和破裂做出響應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生所述溢流指示符是基于濾波的壓力差信號(hào)的 標(biāo)準(zhǔn)差。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中產(chǎn)生所述溢流指示符還基于濾波的壓力差信號(hào)與 沿蒸餾流體路徑感測(cè)到的絕對(duì)壓力信號(hào)的比率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生所述溢流指示符是基于濾波的壓力差信號(hào)的 均方根。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生所述溢流指示符是基于濾波的壓力差信號(hào) 的斜度或峰度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括基于所述溢流指示符的變化來(lái)控制所述溢流 狀況，以防止失控溢流。
12.—種感測(cè)柱中溢流狀況的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括壓力傳感器，用于感測(cè)沿所述柱的垂直高度的壓力差；濾波器，根據(jù)頻率對(duì)所述壓力差信號(hào)濾波；處理器，基于濾波的壓力差信號(hào)產(chǎn)生指示符函數(shù)，其中所述指示符函數(shù)指示所述柱中 的溢流狀況；以及指示器，用于基于所述指示符函數(shù)的變化來(lái)指示所述溢流狀況的開始。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括所述柱中的封裝材料，并且其中所述壓力傳 感器配置用于感測(cè)頻率范圍內(nèi)的壓力差，所述頻率范圍對(duì)于封裝材料之間的空隙區(qū)域中的 氣泡形成和破裂做出響應(yīng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，所述指示符函數(shù)指示在封裝材料之間的空隙區(qū)域中 的連續(xù)和非連續(xù)氣相和液相之間的相轉(zhuǎn)變。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括控制器，用于基于所述指示符函數(shù)的變化來(lái) 控制所述溢流狀況。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括變送器，配置用于容納所述壓力傳感器、濾波 器、處理器和指示器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述濾波器配置用于通過差分濾波器對(duì)壓力差 信號(hào)進(jìn)行濾波。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述處理器配置用于基于濾波的壓力差信號(hào)的 標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)產(chǎn)生指示符函數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述壓力傳感器配置用于按照至少IOHz的速率 來(lái)感測(cè)壓力，并且其中所述變送器配置用于在具有約20mA或更小電流的兩線控制回路上 操作。
20.一種設(shè)備，包括傳感器，配置用于采樣壓力差；用于連接沿兩相逆流流體柱的垂直高度的傳感器的裝置；用于基于所述壓力差產(chǎn)生頻率濾波的信號(hào)的裝置，以使所述頻率濾波的信號(hào)對(duì)于垂直 高度內(nèi)的泡沫做出響應(yīng)；用于基于所述頻率濾波的信號(hào)產(chǎn)生指示符的裝置，以使所述指示符指示所述兩相逆流 流體中的相轉(zhuǎn)換；以及用于基于指示符函數(shù)的變化來(lái)指示所述流體柱中的溢流狀況的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中用于產(chǎn)生頻率濾波的信號(hào)裝置包括用于對(duì)與起 泡相關(guān)聯(lián)的氣泡形成和破裂相關(guān)聯(lián)的噪聲信號(hào)做出響應(yīng)的裝置。根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中用于產(chǎn)生頻率濾波的信號(hào)的裝置還包括用于產(chǎn)生 頻率濾波的信號(hào)的差分濾波器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中用于產(chǎn)生指示符的裝置包括基于頻率濾波信號(hào) 的標(biāo)準(zhǔn)差。
23.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中用于產(chǎn)生指示符的裝置還包括約5分鐘或更少 的采樣窗口，并且在所述采樣窗口內(nèi)產(chǎn)生所述標(biāo)準(zhǔn)差。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，還包括用于控制所述流體柱的裝置，以基于所述指 示符函數(shù)的變化來(lái)控制所述流體柱，以便防止失控溢流。
全文摘要
一種方法包括感測(cè)壓力差信號(hào)(64，74)；對(duì)所述壓力差信號(hào)進(jìn)行濾波(66，76)；根據(jù)濾波的壓力差信號(hào)產(chǎn)生溢流指示符；以及指示溢流的開始(70、80)。沿蒸餾流體路徑感測(cè)所述壓力差信號(hào)(16)。濾波的壓力差信號(hào)對(duì)沿流體路徑的相轉(zhuǎn)變做出響應(yīng)，并且所述溢流指示符基于所述相轉(zhuǎn)變對(duì)于溢流狀況的開始做出響應(yīng)?；谒鲆缌髦甘痉械淖兓瘉?lái)指示溢流狀況的開始。
文檔編號(hào)C02F1/04GK102065966SQ200980122422
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月18日
發(fā)明者約翰·菲利普·米勒, 羅格·肯尼斯·皮赫拉亞 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司