用于高温应用的非侵入式过程流体温度指示制造技术

一种过程流体温度估测系统，包括：安装组件，所述安装组件被配置成将所述过程流体温度估测系统安装到过程流体导的外表面上。传感器封壳具有设置在所述传感器封壳中的至少一个温度敏感元件。测量电路联接到所述传感器封壳，并且被配置成检测所述至少一个温度敏感元件的随温度变化的特征，并且提供传感器封壳温度信息。高温间隔件具有已知的热导率，并且被配置成介于所述过程流体导管的外表面与所述至少一个温度敏感元件之间。控制器联接到所述测量电路并且被配置成获得参考温度，并利用所述参考温度、所述传感器封壳温度信息和所述高温间隔件的已知的热导率采用热传递计算来生成估测的过程流体温度输出。

Noninvasive process fluid temperature indication for high temperature applications

【技术实现步骤摘要】
用于高温应用的非侵入式过程流体温度指示
技术介绍
许多工业过程通过管道或其它导管输送过程流体。这种过程流体可包括液体、气体，有时还包括夹带的固体。这些过程流体流可以在任意各种行业中找到，包括但不限于卫生食品和饮料生产、水处理、高纯度药物制造、化学处理、烃燃料工业(包括烃提取和处理)，以及采用磨蚀性和腐蚀性浆液的水力压裂技术。通常将温度传感器放置在热电偶套管内，然后将热电偶套管通过导管中的孔口插入到过程流体流中。然而，这种方法可能并不总是实用的，因为过程流体可能具有非常高的温度、非常强的腐蚀性或两者兼而有之。另外，热电偶套管通常需要在导管中具有螺纹端口或其它坚固的机械安装/密封，因此必须在限定的位置设计到过程流体流系统中。因此，热电偶套管虽然可用于提供准确的过程流体温度，但具有许多限制。最近，通过测量过程流体导管(例如管道)的外部温度并采用热流计算来估测过程流体温度。这种外部方法被认为是非侵入式的，因为它不需要在导管中限定任何孔口或端口。因此，这种非侵入式方法可以部署在沿导管的几乎任何位置。然而，在某些情况下，导管的外表面温度可能超出温度传感器的正常操作范围。因此，需要扩展可以应用非侵入式过程流体温度估测技术的应用的数量。
技术实现思路
一种过程流体温度估测系统，包括：安装组件，所述安装组件被配置成将所述过程流体温度估测系统安装到过程流体导的外表面上。传感器封壳具有设置在所述传感器封壳中的至少一个温度敏感元件。测量电路联接到所述传感器封壳，并且被配置成检测所述至少一个温度敏感元件的随温度变化的特征，并且提供传感器封壳温度信息。高温间隔件具有已知的热导率，并且被配置成介于所述过程流体导管的外表面与所述至少一个温度敏感元件之间。控制器联接到所述测量电路并且被配置成获得参考温度，并利用所述参考温度、所述传感器封壳温度信息和所述高温间隔件的已知的热导率采用热传递计算来生成估测的过程流体温度输出。附图说明图1是本专利技术实施例特别适用的热流测量系统的示意图。图2是本专利技术实施例特别适用的热流测量系统内的电路的框图。图3是本专利技术实施例特别适用的传感器封壳的横截面示意图。图4是根据本专利技术实施例的高温热流测量系统的示意图。图5是根据本专利技术另一实施例的高温热流测量系统的示意图。图6是根据本专利技术实施例的相对于所选高温插入件获得热导率的方法的流程图。图7是根据本专利技术实施例的在高温应用中提供过程流体温度测量的方法的流程图。图8是根据本专利技术实施例的用于基于高温热通量的过程流体估测系统的传感器封壳的横截面示意图。具体实施方式如上所述，已经通过测量过程流体导管(例如管道)的外部温度并采用热流计算来估测过程流体温度。这种系统通常在热流计算中使用管道表皮(外表面)温度Tskin和参考温度(例如变送器端子温度)及热阻抗值来推断或以其它方式估测导管内的过程流体温度。该特征通常要求已知从过程流体到变送器端子的热导率，因此要求传感器通常连接到过程流体温度变送器。虽然一些热通量传感器对于使用热电偶技术的高温应用可以是有效的，但已经发现，电阻温度装置(RTD)元件一般地比热电偶技术提供更高准确性和精度，但在相对受限的温度范围上存在折衷。在理想情况下，管道表皮温度通过被放置为尽可能靠近外部管道表面的温度敏感元件测量。这种紧密联接通过减少由温度敏感元件和过程流体之间的最小热阻抗引起的时间常数，允许提高对过程流体温度变化的灵敏度。虽然，与热电偶相比，RTD温度元件在基于热通量的计算系统中提供良好的稳定性和精度，但它们的热操作范围会是受限的。特别地，使用基于薄膜RTD技术的RTD的、基于热通量的传感器与热电偶相比提供可接受的稳定性和精度。另外，RTD传感器封壳结构还可以容纳有允许从传感器端头到传感器元件的改进导热性的材料。这些材料一般地需要传感器封壳的操作范围小于近似300℃。但是，人们相信，存在将基于RTD的热通量传感器技术提供给扩展到且包括650℃的应用的需要，该温度极大超过薄膜RTD技术的操作温度范围。例如，焦化装置排气管可在约600℃的温度下操作。在本示例中，材料速度非常大，使得其能够在热电偶套管设置在弯头中时切割热电偶套管。这样的构造需要预防性维护以检查和替换热电偶套管。如果基于热通量的非侵入式方法可扩展至本申请，则检查和替换热电偶套管的预防性维护可取消，因为没有结构会延伸到焦化装置排气管中。本文所述实施例一般以扩展可提供非侵入式过程流体测量的应用范围的方式来利用薄膜RTD技术的有利稳定性和精度。一般地，具有已知热导率的间隔件或插入件将温度传感器封壳与过程流体导管的外表面分隔开。该间隔件或插入件具有与过程流体导管的外表面直接接触的第一表面(热侧面)。间隔件或插入件还具有相反表面(冷侧面)，间隔件或插入件的相反表面(冷侧面)通过具有已知热导率的材料、与过程流体导管的外表面间隔开已知距离。以这种方法，插入件的冷侧面的温度测量可用于在基于热通量的非侵入式应用中提供过程流体温度的准确且可靠的指示。另外，由于在冷侧面测量温度测量，则测量温度小于外部导管的表面的测量温度。由此，虽然外部导管的温度可能相当高，诸如为650℃或以上，但冷侧面温度可以保持在有利的基于薄膜RTD的传感器的操作范围中，诸如300℃。在热通量计算中，除了参考温度和间隔件/插入件的热导率，还采用冷侧面温度测量，来提供过程流体温度的估测，如稍后更详细说明的。图1是本专利技术实施例特别适用的热流测量系统的示意图。如图所示，系统200通常包括管道夹具部分202，管道夹具部分202被配置成夹持在导管或管道100周围。管道夹具202可具有一个或更多个夹具耳部204，以便允许夹具部分202被安置并夹持到管道100。管道夹具202可以用铰链部分替换夹具耳部204中的一个，使得管道夹具202可以打开以安置在管道上且然后闭合，并由夹具耳部204固定。虽然关于图1所示的夹具特别有用，但根据本文描述的实施例，可以使用用于将系统200牢固地安置在管道的外表面附近的任何合适的机械布置。系统200包括热流传感器封壳206，弹簧208推进传感器封壳206抵靠管道100的外径116。术语“封壳”并不意欲暗示任何特定的结构或形状，因此可以形成各种形状、尺寸和构造。虽然示出了弹簧208，但是本领域技术人员将理解，可以使用各种技术促使传感器封壳206与外径116连续接触。传感器封壳206通常包括一个或更多个温度敏感元件，例如电阻温度装置(RTD)。封壳206内的传感器被电连接到壳体210内的变送器电路，该变送器电路被配置成从传感器封壳206获得一个或更多个温度测量值，并基于来自传感器封壳206的测量值和参考温度来计算过程流体温度的估测值，所述参考温度例如是在壳体210内测量的温度，或以其它方式提供给壳体210内的电路。在一个示例中，基本热流计算可以简化为：Tcorrected＝Tskin+(Tskin-Treterence)*(Rpipe/Rsensor)。在该等式中，Tskin是导管的外表面的测量温度。另外，Trefe本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种过程流体温度估测系统，包括：/n安装组件，所述安装组件被配置成将所述过程流体温度估测系统安装到过程流体导管的外表面上；/n传感器封壳，所述传感器封壳具有设置在所述传感器封壳中的至少一个温度敏感元件；/n测量电路，所述测量电路联接到所述传感器封壳，并且被配置成检测所述至少一个温度敏感元件的随温度变化的特征，并提供传感器封壳温度信息；/n高温间隔件，所述高温间隔件具有已知的热导率并且被配置成介于所述过程流体导管的外表面与所述至少一个温度敏感元件之间；和/n联接到所述测量电路的控制器，所述控制器被配置成获得参考温度并利用所述参考温度、所述传感器封壳温度信息和所述高温间隔件的已知的热导率采用热传递计算来生成估测的过程流体温度输出。/n

【技术特征摘要】
20180924 US 16/139,3411.一种过程流体温度估测系统，包括：
安装组件，所述安装组件被配置成将所述过程流体温度估测系统安装到过程流体导管的外表面上；
传感器封壳，所述传感器封壳具有设置在所述传感器封壳中的至少一个温度敏感元件；
测量电路，所述测量电路联接到所述传感器封壳，并且被配置成检测所述至少一个温度敏感元件的随温度变化的特征，并提供传感器封壳温度信息；
高温间隔件，所述高温间隔件具有已知的热导率并且被配置成介于所述过程流体导管的外表面与所述至少一个温度敏感元件之间；和
联接到所述测量电路的控制器，所述控制器被配置成获得参考温度并利用所述参考温度、所述传感器封壳温度信息和所述高温间隔件的已知的热导率采用热传递计算来生成估测的过程流体温度输出。


2.根据权利要求1所述的过程流体温度估测系统，其中，所述至少一个温度敏感元件具有热操作界限，并且其中所述高温间隔件具有第一端，所述第一端被配置成接触表面温度超过所述至少一个温度敏感元件的所述热操作界限的表面。


3.根据权利要求2所述的过程流体温度估测系统，其中，所述至少一个温度敏感元件的所述热操作界限是约300℃。


4.根据权利要求1所述的过程流体温度估测系统，其中，所述至少一个温度敏感元件是电阻温度装置。


5.根据权利要求1所述的过程流体温度估测系统，其中，所述高温间隔件穿过所述安装组件中的孔口。


6.根据权利要求1所述的过程流体温度估测系统，其中，所述高温间隔件包括管道夹具，所述管道夹具被配置成将所述过程流体温度估测系统联接到管道。


7.根据权利要求1所述的过程流体温度估测系统，其中，所述高温间隔件设置在所述传感器封壳内。


8.根据权利要求1所述的过程流体温度估测系统，进一步包括通信电路，所述通信电路联接到所述控制器并被配置成依照过程通信回路协议通信。


9.根据权利要求8所述的过程流体温度估测系统，其中，所述通信电路被配置成以无线方式通信。


10.根据权利要求1所述的过程流体温度估测系统，其中，所述传感器封壳具有端盖，并且至少一个温度敏感元件通过选自由热油脂、矿物隔热粉末和RTV组成的组中的材料来热联接到所述端盖。


11.根据权利要求10所述的过程流体温度估测系统，其中，所述端盖由银形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰森·H·路德，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US