流量测量探针制造技术

一种流量测量探针包括具有平均皮托管的细长探针和被联接到细长探针的热流量测量传感器，其中平均皮托管具有多个沿着细长探针的长度布置的上游开口和下游开口。一种测量过程中的流体流量的方法包括：当压差至少是被限定的测量阈值时使用细长探针中的平均皮托管的上游开口和下游开口中的压差来计算流体的流量，以及当压差小于被限定的测量阈值时通过连接到流量测量探针的热质量流量传感器来计算流体的流量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在工业过程中测量过程流体的流动。更具体地，本专利技术涉及通过平均皮托管和热质量传感器测量流量。
技术介绍
由于包括质量平衡、能源节约、排放监测、和调控因素在内的多个原因，因而燃烧气流测量是重要的。例如，天然气通常与石油矿床相关。在石油开采过程中可以从石油矿床释放气体。用于释放天然气的系统通常以相对较低的流量操作(吹扫气流状态)，但是还可以经历具有较高流量的不可预测状态(非正常状态)。适合于在非正常状态下测量流量的平均皮托管初级元件(APT)(诸如可从爱默生过程管理公司(Emerson Process Management)购得的APT)不能在吹扫气流状态中产生可测量的压差(DP)信号。热质量流量传感器可以用于在吹扫气流状态下测量流量，而不能在非正常状态中产生精确的流量读数。可以使用超声波仪器对流量进行测量，但是该仪器通常较昂贵。经常在天然气的开采现场处燃烧天然气，以减轻环境冲击并且促进工人安全。每年在燃烧系统中燃烧的气体估计有1500亿立方米。石油和天然气操作员必须监控和报告每年燃烧的气体量。为精确地报告燃烧的气体量，燃烧计量应用通常地目标在于所燃烧的气体的质量流量的+/-5％的不确定性。以上讨论仅提供了大致的
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信息，并且不旨在用作帮助确定要求保护的主题的范围。要求保护的主题不受限于解决在
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中指出的任何缺点或所有缺点的实现方式。
技术实现思路
提供了一种流量测量探针。流量测量探针包括具有平均皮托管的
细长探针，其中所述平均皮托管具有多个上游开口和下游开口。热流量测量传感器被联接到细长探针。还提供了在过程中测量流体流量的方法。该方法包括通过平均皮托管的细长探针中的上游开口和下游开口测量流体的压差。还使用热流量传感器收集与流量相关的数据。基于压差和热流量提供输出。还提供了一种过程变量变送器。本
技术实现思路
和摘要被提供以简化形式介绍对在下文的具体实施方式中进一步描述的概念的选择。本
技术实现思路
和摘要不旨在识别被要求保护的主题的关键特征或本质特征，它们也不旨在被用作帮助确定被要求保护的主题的范围。附图说明图1是根据本专利技术的实施例的典型天然气燃烧系统的示意图；图2A是热质量流量传感器电路的示意图；图2B是热质量流量传感器的俯视图；图3是根据本专利技术的实施例的平均皮托管的正视图；图4和图5分别示出了图3的沿着线4-4和5-5的横截面；图6是根据本专利技术的实施例的气体流量测量系统的透视图；图7是根据本专利技术的另一实施例的变送器的方块图；以及图8是根据本专利技术的实施例的方法的流程示意图。具体实施方式图1示出了典型的天然气燃烧系统。燃烧系统100包括将废气从开采位置输送至处理位置的气体收集集管102、将大部分冷凝液从废气流量流移除的过滤桶104、防止天然气从燃烧烟囱回流的液封器106、处于质量平衡和调控的考虑而测量废气流质量流量的流量测量系统108、防止空气回流进入燃烧烟囱114中的密封阻挡层110、以及确保废气完全燃烧的燃烧顶端112。密封阻挡层110和燃烧顶端112位于烟囱114中，烟囱114从管系统116过渡而来，管系统116在过渡点118处过渡到燃烧烟囱114之前自液封器106引导通过燃烧流量
测量系统108。在一个实施例中，燃烧烟囱114是大致竖直的。诸如下文描述的那些流量测量系统适于与诸如系统100的天然气燃烧系统一起使用。可选地，装置可以应用于需要极端状态的任何液体或气体流量测量。诸如天然气处理系统的气体系统通常在两个模式下操作，正常操作和非正常操作。在正常操作中，诸如燃烧系统的系统一直以被认为是吹扫气流的较低流量排放废气。吹扫气流操作的压力通常稍微高于大气压力(例如，0.5磅每平方英寸表压(psig))，并且流速通常低于20英尺每秒。环境温度对吹扫气流具有一些影响。在采油过程中，称为非正常事件的不可预测事件可以导致大量将被处理的废气以高流量、高压力和高温度进行释放。在非正常操作中，废气的压力可以超过60psig，温度可以超过500°F，并且流速可以达到600英尺每秒。诸如平均皮托管的流量测量装置可以用于在非正常状态下进行测量，这部分地是因为其坚固耐用的构造、已被证明的精确性、快速的时间响应和较低的永久性压力损耗。然而，平均皮托管元件仅对燃烧烟囱的流量流提供了相对较小的限制，并且因此在吹扫气流的正常操作过程中难以产生足够的压差信号来进行精确的流量测量。因为较低的流量操作几乎恒定，因此对于正常操作而言保持均衡的累积质量流量可以很重要，并且不能被忽略。热质量流量计可以用作用于诸如吹扫气流的正常操作的可靠的流量测量选择。图2A示出了典型的热质量流量计传感器200的方块图，并且图2B示出了其平面图。热质量流量计传感器200根据热对流或热辐射的原理进行操作，并且包括两个暴露在流量流中的温度传感器202、206。一个温度传感器202通常使用电阻式温度检测器203和电阻加热元件204。第二温度传感器206是使用电阻式温度检测器207测量流量的环境温度的参考传感器，并且具有质量平衡元件205以平衡电阻加热元件204的质量。对于第一传感器202而言，根据傅里叶定律所进行的计算，流经元件的流通过对流从被加热的元件移除了能量。q＝hcAdT其中：q＝每单位时间的热交换量A＝热交换表面的面积hc＝对流热交换系数dT＝热交换表面和流体之间的温差热质量流量计通常以两个方法中的一个方法来测量从流量计移除的能量。第一方法使用被驱动通过加热元件204的恒定电流。环境传感器206和被加热的传感器202之间的温差是仪器200对热能损耗的测量值。第二方法使用恒定温度。反馈回路控制施加到被加热的传感器202的电流，以保持环境传感器206和被加热的传感器204之间的温差恒定。用于保持恒定温差的电流与仪器200中流量流的热能损耗成比例。图2A示出了热质量流量传感器200的示意图。电阻式温度检测器207和203都连接到检测检测器207和203之间的温差的温差监控器250。电阻式加热元件连接到电源252，电源252驱动由下文进一步所述的质量流电子器件604确定的电流。热质量流量电子器件在热质量流量传感器200的恒流和恒温的操作模式下监测和控制由电源252提供的电流。热质量流量计非常适于在相对稳定的低流量状态下测量流量。热质量流量计因此可以精确地测量吹扫气流。然而，在非正常状态下，热质量流量计几乎也不工作。热质量流量计在涉及到夹杂的液体的情况下通常不精确。从诸如回流抑止器106等的回流抑止器移走的流体和废气流中存在的液态碳氢化合物在非正常状态下不利地影响基于热质量的流量测量的精度。与不同的气体一起使用的流量校正系数不是很好理解并且其可靠性存疑。偶尔需要热质量流量计停止工作来重新校准认证。然而，对于诸如气体流量测量装置的安全相关的系统而言，通常不能接受其停止工作。热质量测量系统对于气体成分的变化非常敏感，并且该变化在非正常状态下较为普遍。非正常状态还倾向于改变环境温度状态，增加
热质量流量计的可靠性问题。图3示出了根据本专利技术的一个实施例的流量测量探针300。流量测量探针300包括热流量测量传感器304，以及具有与流量流对准并且彼此相对的多个独立的上游高压开口(例如，冲击管)和下游低压开口(例如，冲击管)303的平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流量测量探针，其包括：细长探针，所述细长探针包括具有沿着细长探针的长度布置的多个上游开口和下游开口的平均皮托管元件；以及热流量测量传感器，所述热流量测量传感器被联接于细长探针。

【技术特征摘要】
2014.09.30 US 14/501,5711.一种流量测量探针，其包括：细长探针，所述细长探针包括具有沿着细长探针的长度布置的多个上游开口和下游开口的平均皮托管元件；以及热流量测量传感器，所述热流量测量传感器被联接于细长探针。2.根据权利要求1所述的流量测量探针，其中所述热流量测量传感器与上游开口和下游开口隔离。3.根据权利要求1所述的流量测量探针，其中所述热流量测量传感器包括两个位于单个腔中的热质量流量传感器。4.根据权利要求3所述的流量测量探针，其中所述上游开口和下游开口具有定向管，从流过平均皮托管的流体流的上游侧和下游侧钻出所述定向管。5.根据权利要求1所述的流量测量探针，其中所述热流量测量传感器包括设置于细长管中的热质量流量传感器阵列。6.根据权利要求1所述的流量测量探针，其中所述平均皮托管元件包括经由用于进行压力连通的管道而连接的分开的各段。7.根据权利要求1所述的流量测量探针，其中所述热流量测量传感器被设置在大致沿着细长探针的高度的细长探针的中心处。8.一种流量测量系统，其包括：过程变量变送器，所述过程变量变送器被联接到根据权利要求1所述的流量测量探针，所述过程变量变送器包括：微处理器，所述微处理器基于来自热质量流量传感器和压差传感
\t器中的每个传感器的输入来确定流量输出；存储器，所述存储器被联接到微处理器以存储变送器配置数据；以及输出通信元件，所述输出通信元件输出流量输出信号。9.根据权利要求8所述的流量测量系统，其中所述微处理器被构造成用于当压差超过可测量的压差时使用多个上游开口和下游开口之间的压差来确定流量，并且其中所述过程变量变送器被构造成用于当压差低于可测量的压差时使用来自热流量测量传感器的读数来确定流量。10.根据权利要求8所述的流量测量系统，其中所述微处理器被构造成用于在以下两个状态之间进行切换，即当压差超过可测量的压差时基于多个上游开口和下游开口之间的压差来计算流量，以及当压差低于可测量的压差时基于热流量测量传感器的读数来计算流量。11.根据权利要求10所述的流量测量系统，其中所述微处理器被构造成自动地进行切换。12.根据权利要求10所述的流量测量系统，其中所述微处理器被选择性地构造成进行切换。13.根据权利要求8所述的流量测量系统，其中所述微处理器使用来自热质量流量传感器的读数来确定过程流体温度。14.根据权利要求8所述的流量测量系统，其中当流量在平均皮托管和热质量流...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·拉塞尔·梅纳德，格雷戈里·罗伯特·斯特罗姆，纳撒尼尔·柯克·凯尼恩，
申请(专利权)人：迪特里奇标准公司，
类型：发明
国别省市：美国;US