海底多变量变送器制造技术

本发明专利技术提供了一种用于测量多个过程流体变量的多变量变送器。多变量变送器包括由适合暴露于腐蚀性材料(例如海水)的材料构成的金属壳体。差压传感器设置在金属壳体内。管线压力传感器也设置在金属壳体内。测量电路以可操作的方式联接到差压传感器和管线压力传感器，以提供差压输出和管线压力输出。温度探头具有护套，所述护套由适合暴露于腐蚀性材料的材料制成。温度探头电联接到金属壳体内的电路，并经由高压联接件物理联接到金属壳体。经由高压联接件物理联接到金属壳体。经由高压联接件物理联接到金属壳体。

【技术实现步骤摘要】
海底多变量变送器

技术介绍

[0001]工业过程控制系统用于监测和控制生产或传输流体等的工业过程。在此类系统中，测量“过程变量”(例如温度、压力、流速等)通常很重要。过程变量变送器用于测量此类过程变量并将与测量的过程变量相关的信息传输回到中央位置(例如中央控制室)。
[0002]过程变量变送器通常包括对过程变量作出响应的换能器或传感器或联接到所述换能器或传感器。过程变量通常是指物质的物理状态或化学状态或能量转换。过程变量的示例包括压力、温度、流量、传导性、pH值和其它特性。压力被认为是能够用于测量流量、液位甚至温度的基本过程变量。
[0003]为了测量流体流，通常需要确定多个过程变量，例如过程流体温度、过程流体静压或管线压力、以及穿过部分障碍物(例如孔板等)的过程流体的差压。在这种情况下，多变量变送器通常用于测量和监测多个过程变量，以便提供诸如过程流体流量的计算参数。
[0004]多变量过程流体变送器通常包括差压传感器以及管线压力传感器和/或过程流体温度传感器。差压传感器对两个过程流体输入之间的压力差作出响应。管线压力传感器对流体输入中的一个中的绝对压力或表压作出响应。过程流体温度传感器利用与过程流体的温度相关的电指示(例如电压或电阻)对过程流体的温度作出响应。多变量过程流体变送器用于各种流动测量应用中，包括但不限于单相流量计、多相流量计和湿气流量计。
[0005]单相流量计测量任何类型的单流体系统，例如油、水、化学注入流体。通常，这些应用仅包括差压传感器，但结合多变量变送器能够获得被完全补偿的流动测量(流动测量补偿由静压或温度变化引起的密度差)。多相流量计测量一种或多种不同相(即饱和蒸汽/水)的过程流体的流量。湿气流量计是用于测量天然气/水组合的流量计。这些流量计可以使用与多相流量计不同的主要元件，但仍然使用与静压测量和温度测量相结合的差压测量。
[0006]高静压环境(例如，海底应用)会为过程流体变送器带来重大挑战。在这样的环境中，当需要多个过程变量的多相流测量或其它类似测量是期望的时，需要多个过程流体变送器。提供这样的变送器涉及相当大的费用和复杂性。例如，海底多相流量计通常包含许多传感器输入。用于测量过程流体流的三个主要传感器输入是差压(DP)、管线压力(LP)和温度。这三个传感器输入通常由两个不同的设备提供；一个差压变送器和一个压力
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温度(PT)变送器。差压变送器通常使用两个法兰连接件联接到流量计，而PT变送器使用另一个法兰连接件联接到流量计。这些法兰很大，以便在极端过程压力和海底环境的压溃压力下操作。例如，法兰又大又重，以至于它们决定了多相流量计的最终尺寸。
[0007]因为差压和过程温度是流量计算的关键输入，所以海底过程工业通常要求这些是冗余测量。这至少部分是由于在海底环境中维修设备的成本和复杂性。因此，冗余DP测量由两个独立的变送器进行。然而，PT变送器通常通过使用一对温度传感器来提供冗余。这种设备被称为双PT或PTPT设备。虽然将大体上关于海底多相流量计描述实施例，但要说明的是，实施例也可应用于其它类型的流量计

技术实现思路

[0008]提供了一种用于测量多个过程流体变量的多变量变送器。多变量变送器包括由适合暴露于腐蚀性材料的材料构成的金属壳体。差压传感器设置在金属壳体内。管线压力传感器也设置在金属壳体内。测量电路以可操作的方式联接到差压传感器和管线压力传感器，以提供差压和管线压力输出。温度探头具有护套，所述护套由适合暴露于腐蚀性材料的材料制成。温度探头电联接到金属壳体内的电路，并经由高压联接件以物理方式联接到金属壳体。
附图说明
[0009]图1是已知的海底多相流量计的示意图；
[0010]图2是根据本专利技术的实施例的多变量海底变送器的示意性截面图；
[0011]图3是根据本专利技术的实施例的使用多变量变送器测量管线压力、过程流体温度和差压的海底多相流量计的示意图；
[0012]图4示出了根据本专利技术的实施例的安装有温度传感器的流动管道；和
[0013]图5示出了安装到远程密封件或安装在远程密封件中的温度传感器探头。
具体实施方式
[0014]图1是已知的海底多相流量计系统100的示意图，所述通常包括流量计算机102，该流量计算机102以通信的方式联接到一对差压变送器，所述一对差压变送器中的一个用附图标记104示出，和用附图标记106所示的PT或PTPT变送器。过程流体流动通过的流动管道用附图标记108以部分横截面被示出。每个差压变送器104都联接到一对远程密封法兰110、112。两个差压变送器以及PT变送器都有必要的安装法兰。此外，导管114用于将差压变送器和PT变送器电连接到流量计算机102。导管114通常必须被成形并焊接以将电线路由到每个过程设备。为了在海底环境的压溃压力下工作，流量计100所需的法兰相对较大。例如，每个过程穿过部都需要一个较大的API型6B或6BX法兰。
[0015]根据本文提供的实施例，提供了一种海底多变量系统，该海底多变量系统使用两个过程穿过部而不是三个过程穿过部来测量差压、绝对压力和过程温度。减少过程穿过部的数量将消除潜在的过程泄漏路径，从而提高流量计的安全性。此外，消除额外的测量设备还将使流量计的尺寸和重量减少高达约50磅。此外，如下文将描述的，本文提供的一些实施例可以在同一温度传感器中采用使用两个双温度元件(例如RTD)的冗余过程温度测量，从而提高测量冗余和可靠性。
[0016]已经以转让给本申请受让人的美国专利No.9,234,776的形式提供了该领域的一些努力。该专利教导了在海底变送器中将管线压力传感器与差压传感器和温度测量能力结合使用。因此，本文描述的至少一些实施例可以被认为是对上述美国专利的改进。
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776中描述的结构包含电路卡组件，所述电路卡组件具有测量4线RTD温度传感器的能力。本文提供的实施例总体地阐述了与温度传感器到多变量变送器的非常稳健的联接件相结合的非侵入性过程流体温度测量方案。
[0017]图2是根据本专利技术的实施例的多变量海底变送器的示意性截面图。变送器150与
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776专利中提出的多变量过程流体变送器有许多相似之处。事实上，变送器150的压力感测
部分152可以与
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776专利中描述的压力感测部相同。压力感测模块152包括下部部分158，在一个实施例中，下部部分158由适合浸入盐水和其它腐蚀性材料中的材料构成。其它腐蚀性材料的示例包括但不限于油、淡水和腐蚀性化学制品。
[0018]适用于浸入盐水和其它腐蚀性材料中的材料的示例包括可从印第安纳州科科莫的Haynes International Inc.以商品名Hastelloy C276获得的合金C276、可从纽约的New Hartford的Special Metals family of companies获得Inconel Alloy 625、和可从Haynes International获得的合金C
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测量多个过程流体变量的多变量变送器，所述多变量变送器包括：金属壳体，所述金属壳体由适合暴露于腐蚀性材料的材料制成；差压传感器，所述差压传感器设置在所述金属壳体内；管线压力传感器，所述管线压力传感器设置在所述金属壳体内；测量电路，所述测量电路以能够操作的方式联接到所述差压传感器和所述管线压力传感器，以提供差压输出和管线压力输出；温度探头，所述温度探头具有护套，所述护套由适合暴露于所述腐蚀性材料的材料制成，其中，所述温度探头电联接到所述金属壳体内的电路，并经由高压联接件物理联接到所述金属壳体。2.根据权利要求1所述的多变量变送器，其中，所述腐蚀性材料是选自由油、淡水和化学制品组成的组的材料。3.根据权利要求1所述的多变量变送器，其中，所述腐蚀性材料是盐水。4.根据权利要求3所述的多变量变送器，其中，所述温度探头包括矿物绝缘(MI)电缆。5.根据权利要求3所述的多变量变送器，其中，所述温度探头与所述金属壳体之间的所述高压联接件是焊接部。6.根据权利要求3所述的多变量变送器，其中，所述温度探头包括RTD温度敏感元件。7.根据权利要求6所述的多变量变送器，其中，所述RTD温度敏感元件是4线RTD。8.根据权利要求6所述的多变量变送器，其中，所述RTD温度敏感元件是双元件类型的。9.根据权利要求1所述的多变量变送器，其中，所述温度探头具有远端，所述远端联接到与过程流体接触的结构。10.根据权利要求9所述的多变量变送器，其中，所述结构是流管。11.根据权利要求10所述的多变量变送器，其中，所述远端与所述过程流体物理隔离，但热耦合到所述过程流体。12.根据权利要求9所述的多变量变送器，其中，所述结构是远程密封件。13.根据权利要求12所述的多变量变送器，其中，所述远端被设置成紧邻所述远程密封件的隔离膜片。14.根据权利要求1所述的多变量变送器，其中，所述变送器被配置为提供指示单相流体的流量的流量输出。15.根据权利要求1所述的多变量变送器，其中，所述变送器被配置为提供指示多相流体的流量的流量输出。16.根据权利要求1所述的多变量变送器，其中，所述变送器被配置为提供指示湿气的流量的流量输出。17.一种海底流量测量系统，所述海底流量测量系统包括：流动管道，所述流动管道被配置为接纳流体流；第一多变量变送器，所述第一多变量变送器联接到所述流动管道，并被配置为测量所述流动管道中的第一对位置处的差压和静态管线压力，以及使用第一温度探头测量流体温度，所述第一温度探头与流体热耦合但与所述流体...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：发明
国别省市：