專利名稱：速度增強(qiáng)的流量測(cè)量的制作方法
速度增強(qiáng)的流量測(cè)量
背景技術(shù)：
通常對(duì)經(jīng)過(guò)管道或?qū)Ь€管的流體的流量進(jìn)行測(cè)量，以控制該流量和/或監(jiān)視經(jīng)過(guò) 導(dǎo)線管的流體的量。存在各種用于對(duì)經(jīng)過(guò)導(dǎo)線管的流體的流量進(jìn)行測(cè)量的方法。這些方法 包括對(duì)流體流量障礙物上的差壓、磁流量計(jì)(直讀式頻率計(jì))的利用率和渦流流量計(jì)的利 用率的測(cè)量。這些各種設(shè)備和技術(shù)一般采用不同的技術(shù)方法，以感測(cè)流體流量的方面。在 一些情況下，對(duì)流量速度進(jìn)行測(cè)量，有時(shí)也對(duì)質(zhì)量流量進(jìn)行計(jì)算。使用差壓測(cè)量技術(shù)對(duì)流體的流量進(jìn)行測(cè)量一般包括利用障礙物設(shè)備(例如孔 板)來(lái)部分阻礙流體流量。該部分阻礙產(chǎn)生上行流流量與下行流流量之間的差壓。對(duì)障礙 物的上行流和下行流位置之間的差壓的測(cè)量可以提供對(duì)流量的指示。一般地，需要附加信 息以供差壓測(cè)量提供質(zhì)量流量信息。具體地，必須已知或測(cè)量與流體的成分、壓力和溫度有 關(guān)的信息。這至少部分地由于以下事實(shí)差壓不僅基于流量，而且基于流體密度，流體密度 自身可以是壓力和溫度的函數(shù)。此外，流量的特性(層流、過(guò)渡流或紊流)可能影響差壓讀 數(shù)。渦流流量計(jì)采用基于已知為von Karman效應(yīng)的渦流脫落現(xiàn)象的工作原理。當(dāng)流 體經(jīng)過(guò)非流線形體時(shí)，其分離并產(chǎn)生沿該非流線形體的每一側(cè)和在該非流線形體的每一側(cè) 之后交替脫落的小漩渦或渦流。這些渦流使傳感器檢測(cè)到波動(dòng)壓力區(qū)域。渦流產(chǎn)生的頻率 本質(zhì)上與流體速度成比例。磁流量計(jì)(直讀式頻率計(jì))包括一段管道或?qū)Ь€管，對(duì)經(jīng)過(guò)它的流體的速度進(jìn)行 測(cè)量。流量計(jì)在流體中創(chuàng)建在流體中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)(emf)或電壓的磁場(chǎng)。在流體中感應(yīng)出 的emf的幅度與該流體流經(jīng)管道的速度成比例。通過(guò)對(duì)感應(yīng)出的emf進(jìn)行測(cè)量，磁流量計(jì) 對(duì)流體流經(jīng)管道的速度進(jìn)行測(cè)量。流量計(jì)通過(guò)在圍繞導(dǎo)電流體所流經(jīng)的管道的線圈中通上 電流來(lái)創(chuàng)建磁場(chǎng)。場(chǎng)的幅度由安培定律給出，并與經(jīng)過(guò)管道的流體的流量垂直。通常在流 送管道的相對(duì)側(cè)埋入的兩個(gè)電極對(duì)流體中的電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量。在許多過(guò)程安裝中，過(guò)程流體流經(jīng)導(dǎo)線管，例如過(guò)程管道。過(guò)程流體可以是液體、 氣體或其組合。在過(guò)程流體是其成分不隨時(shí)間改變的單一同相(液體、蒸汽或氣體)的應(yīng) 用中，對(duì)流量參數(shù)(如質(zhì)量流量)的計(jì)算是相對(duì)直接的。然而，在過(guò)程流體不是同質(zhì)的(例 如具有不能混合的液體)或其成分隨時(shí)間改變的應(yīng)用中，對(duì)流量參數(shù)的計(jì)算更困難。一般 使液體與氣體混合的過(guò)程流體(如多相的)的示例包括濕蒸汽；石油和天然氣的混合物； 以及水、石油和天然氣的混合物。

發(fā)明內(nèi)容
過(guò)程流體流量測(cè)量設(shè)備包括流體流量構(gòu)件，所述流體流量構(gòu)件具有入口，具有第 一直徑；以及狹道，具有比第一直徑小的第二直徑。第一過(guò)程流體壓力接頭被部署為鄰近所 述入口，第二過(guò)程流體壓力接頭被部署為鄰近所述狹道。差壓傳感器可操作地耦合至第一 和第二過(guò)程流體壓力接頭。差壓測(cè)量電路耦合至所述差壓傳感器，以提供與第一和第二接 頭處的過(guò)程流體壓力之間的壓力差相關(guān)的差壓信號(hào)。過(guò)程流體速度測(cè)量設(shè)備位于所述狹道中，以對(duì)過(guò)程流體流經(jīng)其中的速度進(jìn)行測(cè)量并提供流體速度指示。差壓傳感器信號(hào)和流體 速度指示用于提供計(jì)算的對(duì)流體流量參數(shù)和/或流體密度的指示。


圖1是示意了渦流流量計(jì)的正?？捎梅秶约霸谟?jì)算或已知雷諾數(shù)的情況下的 擴(kuò)展范圍的圖。圖2A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的低損耗或非圓錐形的文丘里管中安裝的渦流脫落條 的橫截面示意圖。圖2B是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的噴嘴中安裝的渦流脫落條的橫截面示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的改進(jìn)的流體流量測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的被提供給流量計(jì)算機(jī)的差壓信號(hào)和渦流信號(hào)的示意 圖。圖5A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的低損耗或非圓錐形的文丘里管中安裝的磁流量計(jì)的 橫截面示意圖。圖5B是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的噴嘴中安裝的磁流量計(jì)的橫截面示意圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的改進(jìn)的流體流量測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的被提供給流量計(jì)算機(jī)的差壓信號(hào)和磁流量計(jì)信號(hào)的 示意圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用差壓發(fā)生器對(duì)速度流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)的方法的流 程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例總體包括理解和解決在測(cè)量導(dǎo)線管中的流體的流量時(shí)遇到的具 體問(wèn)題。例如，隨著流體密度的變化，必須對(duì)渦流流量計(jì)測(cè)量進(jìn)行補(bǔ)償，以提供精確的質(zhì)量 流速測(cè)量。如果例如經(jīng)由渦流脫落測(cè)量來(lái)對(duì)流體速度進(jìn)行測(cè)量，則流體密度可以通過(guò)求解 針對(duì)密度的以下伯努利方程而計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種過(guò)程流體流量測(cè)量設(shè)備，包括流體流量構(gòu)件，所述流體流量構(gòu)件具有入口，具有第一直徑；以及狹道，具有比第一 直徑小的第二直徑；第一過(guò)程流體壓力接頭，被部署為鄰近所述入口 ； 第二過(guò)程流體壓力接頭，被部署為鄰近所述狹道； 差壓傳感器，可操作地耦合至第一和第二過(guò)程流體壓力接頭； 差壓測(cè)量電路，耦合至所述差壓傳感器，以提供與第一和第二接頭處的過(guò)程流體壓力 之間的壓力差相關(guān)的差壓信號(hào)；過(guò)程流體速度測(cè)量設(shè)備，位于所述狹道中，以對(duì)過(guò)程流體流經(jīng)其中的速度進(jìn)行測(cè)量并 提供流體速度指示；以及其中，差壓傳感器信號(hào)和流體速度指示用于提供計(jì)算的對(duì)流體流量的指示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括溫度探頭，可操作地耦合至差壓測(cè)量電路和過(guò) 程流體速度測(cè)量設(shè)備中的至少一個(gè)，所述溫度探頭被配置為對(duì)過(guò)程流體溫度進(jìn)行測(cè)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述溫度探頭被部署為對(duì)所述狹道中的過(guò)程流 體溫度進(jìn)行測(cè)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述流體流量構(gòu)件是文丘里管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述文丘里管在所述入口與所述狹道之間具有 頸縮部分，在所述入口與所述狹道之間，直徑不斷減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述文丘里管是由兩個(gè)圓錐形漸縮管來(lái)構(gòu)造的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述流體流量構(gòu)件是噴嘴。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述過(guò)程流體速度測(cè)量設(shè)備是渦流流量計(jì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，渦流傳感器包括被部署為鄰近所述狹道的脫落^^ ο
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，還包括在滑落條中部署的溫度探頭。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，還包括渦流傳感器，被配置為檢測(cè)在過(guò)程流體中引 起的渦流。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述渦流傳感器是壓電渦流傳感器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述過(guò)程流體速度測(cè)量設(shè)備是磁流量計(jì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述流體速度測(cè)量設(shè)備是在與所述流體流量構(gòu) 件組裝在一起時(shí)校準(zhǔn)的。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述流體流量構(gòu)件是在與所述流體速度測(cè)量設(shè) 備組裝在一起時(shí)校準(zhǔn)的。
16.一種用于對(duì)過(guò)程流體流量進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括過(guò)程流體流量構(gòu)件，所述過(guò)程流體流量構(gòu)件具有入口，具有第一直徑；以及狹道，具 有比第一直徑小的第二直徑；第一過(guò)程流體壓力接頭，被部署為鄰近所述入口 ； 第二過(guò)程流體壓力接頭，被部署為鄰近所述狹道；差壓變送器，可操作地耦合至第一和第二過(guò)程流體壓力接頭，以提供對(duì)差壓的指示； 過(guò)程流體速度測(cè)量設(shè)備，被部署為對(duì)過(guò)程流體流經(jīng)所述狹道的速度進(jìn)行測(cè)量并提供流體速度指示；以及流量計(jì)算機(jī)，被配置為接收對(duì)差壓的指示和對(duì)流量速度的指示，并基于對(duì)差壓的指示 和對(duì)流量速度的指示來(lái)計(jì)算過(guò)程流體流量參數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述過(guò)程流體流量參數(shù)與多相過(guò)程流體流量 的分量相關(guān)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述過(guò)程流體流量參數(shù)是質(zhì)量流量。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述過(guò)程流體流量參數(shù)是流體流量速度。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述差壓變送器和所述過(guò)程流體速度測(cè)量設(shè) 備通過(guò)過(guò)程通信回路以通信方式耦合在一起。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述過(guò)程通信回路是有線過(guò)程通信回路。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述過(guò)程通信回路是無(wú)線過(guò)程通信回路。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述過(guò)程流體速度測(cè)量設(shè)備是渦流傳感器。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述過(guò)程流體速度測(cè)量設(shè)備是磁流量計(jì)。
25.一種過(guò)程流體流量測(cè)量設(shè)備，包括流體流量構(gòu)件，所述流體流量構(gòu)件具有入口，具有第一直徑；以及狹道，具有比第一 直徑小的第二直徑；第一過(guò)程流體壓力接頭，被部署為鄰近所述入口 ；第二過(guò)程流體壓力接頭，被部署為鄰近所述狹道；差壓傳感器，可操作地耦合至第一和第二過(guò)程流體壓力接頭；差壓測(cè)量電路，耦合至所述差壓傳感器，以提供與第一和第二接頭處的過(guò)程流體壓力 之間的壓力差相關(guān)的差壓信號(hào)；過(guò)程流體速度測(cè)量設(shè)備，位于所述狹道中，以對(duì)過(guò)程流體流經(jīng)其中的速度進(jìn)行測(cè)量并 提供流體速度指示；以及其中，差壓傳感器信號(hào)和流體速度指示用于提供計(jì)算的對(duì)流體密度的指示。
全文摘要
一種過(guò)程流體流量測(cè)量設(shè)備(50)，包括流體流量構(gòu)件(54)，所述流體流量構(gòu)件(54)具有入口(56)，具有第一直徑；以及狹道(62)，具有比第一直徑小的第二直徑。第一過(guò)程流體壓力接頭(70)被部署為鄰近所述入口(56)，第二過(guò)程流體壓力接頭(72)被部署為鄰近所述狹道(62)。差壓傳感器(78)可操作地耦合至第一和第二過(guò)程流體壓力接頭(70、72)。差壓測(cè)量電路(78)耦合至所述差壓傳感器(78)，以提供與第一和第二接頭(70、72)處的過(guò)程流體壓力之間的壓力差相關(guān)的差壓信號(hào)。過(guò)程流體速度測(cè)量設(shè)備(74、114)位于所述狹道(62)中，以對(duì)過(guò)程流體流經(jīng)其中的速度進(jìn)行測(cè)量并提供流體速度指示。差壓傳感器信號(hào)(90)和流體速度指示(92)用于提供計(jì)算的對(duì)流體流量的指示。該計(jì)算的指示可以關(guān)于諸如兩相或三相流體之類的多相流體。
文檔編號(hào)G01F1/32GK102077061SQ200980124202
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者史蒂文·布魯斯·羅杰斯, 安德魯·J·克洛西斯基 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司