用于确定管道粗糙度的方法和超声仪系统技术方案

用于确定管道粗糙度的方法和超声仪系统。至少一些示例性实施例是超声仪，其包括管段，和机械地安装至管段的第一对换能器。所述超声仪构造成，基于在第一对换能器之间传输的声信号来确定诊断数据。所述超声仪构造成，基于诊断数据的趋势来确定被机械地联接至超声仪的管道的粗糙度的变化（其中，所述趋势包括：不对称和横流的大约一致的大致恒定值；和断面因子的大致变化值）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定管道粗糙度的方法和超声仪系统有关联邦资助研究或研发的声明 不适用
技术介绍
对通过管道的流体的质量和体积流速的测量是石油工业和煤气工 业中的工作的一部分。用于完成这种测量的一种工具为超声流量计。 超声流量计是一种利用通过流体传播的超声信号来确定管道内的流体 的体积流动的流量计。超声流量计提供如下优点，即产生大量的诊断数据，这些数据可 揭示流量计性能方面的潜在问题。然而，难以解释诊断数据的变化， 这是因为最经常地是在新流量计校准或流量计的现场故障之后才查看 诊断数据。工业实践要求流量计的固定日常维护和强制重新校准时间 间隔。这种維护和重新校准计划安排可能比较昂贵而且耗时。而且， 如果以固定时间间隔进行，则不确定流量计是否实际上需要进行这种 操作。因此，流量计所提供的大量的诊断数据未被有效利用。为了收集额外的信息，一些实践做出了有限量的诊断参数随时间 的趋势。然而，目前的方法是不完善的而且缺乏优化。这些方法无法 提供足以抑制对固定维护和校准时间间隔的需要的数据。另外，目前 的方法不能预测流量计之外的系统性能，诸如上游管道的情况。
技术实现思路
上述问题大部分由用于确定管道粗糙度的方法和超声仪解决。至少一些示例性实施例是超声仪，其包括管段(spool piece),其结合 在流体流内；和第一对换能器，其被机械地安装至管段，并且声学地 联接至流体流(其中，第一对换能器包括上游换能器和与上游换能器 处于操作关系的下游换能器，并且在两个换能器之间限定有第一弦)。 这种超声仪构造成，基于在第一对换能器之间传输的声信号来确定诊 断数据(其中，诊断数据包括管段中的流体流的不对称管段中的 流体流的横流和管段中的流体流的断面因子(profile factor))。这 种超声仪构造成，基于诊断数据的趋势来确定机械地联接至超声仪的 管道的粗糙度的变化(其中，趋势包括不对称和横流的大约一致的 大致恒定值；和断面因子的大致变化值)。其他示例性实施例是方法，其包括以下步骤基于在超声仪的第 —对换能器之间传输的声信号确定诊断数据(其中，诊断数据包括 结合在管段内的流体流的不对称；管段中的流体流的横流和管段中 的流体流的断面因子)；形成诊断数据随时间的趋势；和基于诊断数 据的趋势确定管道粗糙度的变化(其中，趋势包括不对称和横流的大 约--致的大致恒定值和断面因子的大致变化值)。其他示例性实施例是计算机可读介质，其包括多条指令，多条指 令当由处理器执行时执行包括以下步骤的方法基于诊断数据随时间 的趋势确定管道粗糙度的变化(其中，诊断数据基于在第一对换能器 之间传输的声信号，并且包括结合在管段内的流体流的不对称；管 段中的流体流的横流；和管段中的流体流的断面因子)。趋势包括不 对称和横流的大约一致的大致恒定值和断面因子的大致变化值。所公开的装置和方法包括能够克服现有技术装置的缺陷的特征和 优点的组合。在阅读以下详细描述之后，并且通过参照附图，上述各 种特征以及其他特征将容易对本领域技术人员显而易见。附图说明为了详细描述本专利技术的各个实施例，现在将参照附图，在附图中:图1表示超声气体流量计的顶剖视图2表示根据本专利技术实施例的包括管段和弦路径A-D的超声流量 计的端视图图3表示根据本专利技术实施例的包括容纳有换能器对的管段的超声 流量计的顶视图图4表示根据本专利技术实施例的包括不对称、横流和断面因子数据 的诊断数据随时间的趋势；图5表示根据本专利技术实施例的包括光滑管道和粗糙管道的速度断 面数据的诊断数据；图6表示根据本专利技术实施例的包括速度断面数据的诊断数据随时 间的趋势；图7表示根据本专利技术实施例的包括紊流数据的诊断数据随时间的 趋势；和图8表示用于确定管道粗糙度的示例流程图。 符号和术语在整个以下说明书和权利要求书中使用特定术语以表示特定的系 统部件。此文件并不意图区分名称不同而功能相同的部件。在以下讨论中和权利要求书中，术语"包括"以开放式使用，因 此它应当被解释为指"包括，但不限于"。同样，术语"联接"意指 间接连接或直接连接。因此，如果第一装置联接于第二装置，则连接 可以通过直接连接，或者是通过经由其他装置和连接的间接连接。而 且，术语"安装"意指间接连接或直接连接。因此，如果第一装置安 装至第二装置，则连接可以通过直接连接，或者通过经由其他装置和 连接的间接连接。具体实施例方式图1表示根据本专利技术实施例的适合于测量诸如液体或气体的流体 流的超声仪。适合于放置在管道的各部分之间的管段100具有预定尺寸并且限定出一个测量部分。 一对换能器120和130以及其各自的壳 体125和135沿着管段100的长度布置。换能器120和130为超声收 发器，这意味着它们都能够产生和接收超声信号。本文中的"超声" 指的是声信号，在一些实施例中，其具有大约20千赫以上的频率。在 —些实施例中，超声信号可以具有接近125千赫的频率(用于气量计)， 和接近1兆赫的频率(用于液量计)。这些信号可以由各换能器中的 压电元件产生和接收，而与频率无关。为了产生超声信号，电激励压 电元件，而压电元件通过振动进行晌应。压电元件的振动产生超声信 号，超声信号横跨管段100,通过流体到达换能器对中的相对应的换能 器。在受到超声信号的冲击之后，接收压电元件振动并且产生电信号， 通过与流量计相连的电子设备对电信号进行检测、数字化处理和分析。有时称为"弦"的路径IIO存在于换能器120和130之间，与中 心线105形成角度0。"弦"110的长度为换能器120的表面到换能器 130的表面的距离。点140和145限定了换能器120和130产生的声信 号进入和离开流过管段100的流体的位置。换能器120和130的位置 可以由角度0，在换能器120和130之间测量出的第一长度L,对应于 点140和145之间的轴向距离的第二长度X,和对应于管道或管段的 直径的第三长度D限定。在大多数条件中，距离D、 X和L都在流量 计制造过程中被精确确定。而且，诸如120和130的换能器通常被分 别放置在距点140和145的一个特定距离处，而与流量计尺寸无关(即 管段的直径)。最初，下游换能器120产生超声信号，该超声信号传播并冲击上 游换能器130。一段时间之后，上游换能器130产生返回的超声信号， 该超声信号传播并冲击下游换能器120。这样，换能器120和130利用 超声信号115沿着弦路径110进行"发和收"。在操作期间，对于每 个换能器对，这个过程每分钟可能发生成千上万次。流体在管段100中沿着方向150以速度断面152流动。速度矢量153-158表示通过管段100的速度朝着中心线105增加。换能器120和130之间的超声信号115的传输时间部分地取决于超声信号115相对于 流体流是向上游运动还是向下游运动。向下游(即沿着与流体流相同 的方向)运动的超声信号115的传输时间小于向上游(即逆流)运动 的传输时间。上游和下游传输时间可以用于计算沿着弦路径110的平 均速度，并且还可以用于计算流体流中的声速。给出载有流体的流量 计的横截面测量值和平均速度，则可以计算出流过管段100的流体体 积。为了更精确地确定流量计横截面上的平均速度，超声流量计包括 多条路径。图2表示多路径超声流量计。在这些实施例中，管段10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声仪，包括：　　　　管段，其结合在流体流内；和　　　　第一对换能器，其被机械地安装至所述管段，并且声学地联接至所述流体流，第一对换能器包括上游换能器和与所述上游换能器处于操作关系的下游换能器，并且在两个换能器之间限定有第一弦；　　　　其中，所述超声仪被构造成，基于在所述第一对换能器之间传输的声信号来确定诊断数据，所述诊断数据包括：所述管段中的流体流的不对称；所述管段中的流体流的横流；和所述管段中的流体流的断面因子；并且　　　　其中，所述超声仪被构造成，基于所述诊断数据的趋势来确定被机械地联接至所述超声仪的管道的粗糙度的变化，其中所述趋势包括：所述不对称和所述横流的大约一致的大致恒定值；和所述断面因子的大致变化值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯J赞克，约翰R兰辛，
申请(专利权)人：丹尼尔度量和控制公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]