用于确定管道流体系统的物理参数的测量系统技术方案

一种用于确定管道流体系统的物理参数的测量系统，包括：

Measurement system for determining physical parameters of pipeline fluid system

【技术实现步骤摘要】
用于确定管道流体系统的物理参数的测量系统


[0001]本公开涉及用于确定管道流体系统的物理参数的测量系统。

技术介绍

[0002]密度测量是工业过程中(递送关于产品和过程质量的相关信息)的重要测量。大多数的可用密度感测系统是侵入式的，从而需要将流体接触的设备插入到过程中，部分地甚至是侵入式的，从而需要突出到流动物中的构件。这导致安装时间长并且需要在安装时中断过程，除了设备的已经很高的成本之外，在改造的情况下还会导致高成本，例如Coriolis或振动叉传感器。通过插入附加设备而产生的过程管道中的开口也涉及潜在泄漏的安全隐患，这需要在密封和安全措施方面付出额外努力。
[0003]针对非侵入式测量，主要使用基于核辐射的密度计，其中由流体吸收的辐射量与密度相关，使用校准和理论模型。虽然本技术即使在恶劣条件下也能提供稳健并且准确的测量，但放射性危害和使用该装备的高成本使其相当不受欢迎，从而限制了其使用。

技术实现思路

[0004]给定管道流体系统的振动特性取决于若干物理参数，例如管道壁厚、直径和长度、材料性质、流体密度、压力、温度等。通常，管道流体系统的管道具有各种振动模式，这取决于管道的边界条件以及由管道封闭的流体的过程条件和/或过程条件的变化，使得根据管道的机械振动中的所测量的机械振动来确定某种物理性质(例如管道流体系统的流体的密度)，必须知道所有参数和其对振动的影响。如果所需参数以足够精度已知，则振动模式(其对所考虑的物理性质(例如流体的密度)敏感)的频率能够至少在所确定的物理性质的百分之几的精度内由适合的模型计算来确定。该预测能够用于识别实际振动频谱中的相关模式，即使其频率由于尺寸和材料数据的公差而与预测值略有偏差。
[0005]能够预测密度敏感模式的频率的精度对于确定物理性质而言至关重要，特别是在其基于振动测量的情况下。该预测的精度取决于关于过程的参数的可用信息的质量，包括管道流体系统的过程流体的温度和压力以及管道的几何结构和材料数据。
[0006]通常在工业过程中测量过程数据(比如温度和压力)，并且能够以足够精度获得信息。管道几何结构的部分(例如直径和壁厚)能够根据管道系统的安装文件来确定并且通常沿着加工线为恒定的。
[0007]然而，管道区段长度和任何管道区段的端部处的边界条件对由机械激励生成的机械振动频谱具有大影响。工业管道的区段能够延伸10cm到20cm或甚至若干米，这些区段的末端能够联接到各种法兰类型，其中过渡包含壁厚变化、锥形法兰过渡或对焊法兰或螺纹连接。可能长度的大跨度能够导致由机械振动频谱的机械激励引起的测量频率的大变化。在一些情况下，对要测量的物理性质敏感的模式的所产生频率能够是非常低的，并且能够与由联接机械发起的系统的振动重叠，因此使对期望密度影响的区分变得困难。在其他情况下，过高频率可以导致对感测装备的不期望的高要求。
[0008]可能无法事先准确知道的各种边界条件能够附加的使相关机械振动模式的建模和测量变得困难和不准确。例如，焊缝的周边能够是不均匀的，并且焊接管道的尺寸和材料性质的所产生的局部变化能够强烈地影响所激励的振动模式。螺纹管道连接能够通过产生不期望的阻尼而对振动产生不利影响。类似地，如果管道区段具有局部支撑、附接电缆布线或夹持固定装置，则能够引入不期望的阻尼。所有这种设计元件能够引起严重的振动衰减或频率移位，并且影响预测频率建模的精度。
[0009]出于这些原因，如果将机械振动的频率分析用于确定管道流体系统的物理参数，则非常需要控制用于确定机械振动频谱的管道段的长度，并且非常需要控制管道区段的两端处和沿着管道区段的长度的边界条件以便测量振动。非常不切实际的是，预期在任何过程系统中找到具有与振动频谱的建模的需求对应的长度和边界条件的管道区段。
[0010]本专利技术的方面涉及一种用于确定管道流体系统的物理参数的测量系统、限制元件、包括测量系统的特征的零件工具箱、以及具有如独立权利要求中所描述的主题的限制元件的用途。在从属权利要求中陈述本专利技术的有利修改。在说明书、权利要求书和图中所公开的特征中的至少两个特征的所有组合落入本专利技术的范围内。为了避免重复，根据方法公开的特征也将根据所提及的系统进行应用并且可要求。
[0011]在本专利技术的整个描述中，程序步骤的顺序以使得过程易于理解的方式呈现。然而，本领域的技术人员将认识到，许多过程步骤也能够以不同顺序执行并且导致相同或对应的结果。在这个意义上，过程步骤的顺序能够相应地改变。为一些特征提供了计数词以提高可读性或使分配更加清晰，但这并不意味着存在某些特征。
[0012]为了实现这些和其他优点并且根据本专利技术的目的，如本文中所实施并且广泛描述的，提供了一种用于确定管道流体系统的物理参数的测量系统，包括：
[0013]‑
成对限制元件，被配置为减少测量系统和/或管道流体系统的每一端的外表面处的表面振动变形，其中每个限制元件包括：
[0014]‑
支撑框架，被配置为可拆卸地安装在管道流体系统的管道上；以及
[0015]‑
固定元件，被配置为可拆卸地安装以将支撑框架与管道的外表面机械联接；
[0016]‑
激励系统，被配置为在管道流体系统的表面上生成机械振动频谱；以及
[0017]‑
振动测量设备，被配置为机械联接到管道流体系统的外表面，并且被配置为提供管道流体系统的机械振动频谱。
[0018]根据一个方面，限制元件中的每个限制元件被配置为单独地抑制管道流体系统的管道在安装了限制元件的地点处的表面振动，优选地以确定和/或限定管道段的振动频谱，优选地，如果振动频谱由激励系统生成，则该管道段位于成对限制元件之间。
[0019]测量系统的膨胀能够由成对限制元件之间的距离限定，优选地，成对限制元件之间的距离能够确定和/或限定管道的管道流体系统在管道段处的振动频谱，测量系统位于和/或安装在该管道段中。
[0020]每个限制元件能够限定和/或引起局部节点，从而使管的其余部分(优选地在两个限制元件之间)以对应高度的幅度振动，进而使得能够生成和/或测量振动频谱、以及基于模型的相关性以用于确定管道流体系统的流体的物理性质。
[0021]根据一个方面，限制元件单独地安装到管道。这意味着限制元件不安装和/或承载管道本身。测量系统能够被配置为使得管道并未由限制元件固定和/或安装到环境，但限制
元件单独地机械联接到管道的外表面以在限制元件安装在管道(优选地，管道流体系统的管道)上的地点处、相对于管道的表面振动限定局部节点。
[0022]测量系统能够确定管道流体系统的物理参数，包括成对限制元件，其中限制元件被配置为限定管道流体系统的管道段，以用于在限制元件之间生成振动频谱使得对机械振动进行频率分析。也就是说，因为成对限制元件能够控制管道段的长度，该管道段用于确定机械振动频谱并且用于控制管道的区段的两端和沿着管道区段的长度处的边界条件使得测量振动。优选地，针对这种限定的测量系统，能够计算振动频谱的建模。为此，限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于确定管道流体系统(110)的物理参数的测量系统(400)，包括：成对限制元件(112、114)，所述成对限制元件被配置为减少所述管道流体系统(110)的每一端的外表面处的表面振动变形；其中每个限制元件(112、114)包括支撑框架(250)和固定元件(232)，所述支撑框架(250)被配置为可拆卸地安装在所述管道流体系统(110)的管道(116)上；所述固定元件(232)被配置为可拆卸地安装以用于将所述支撑框架(250)与所述管道(116)的外表面机械联接；激励系统(412)，所述激励系统被配置为在所述管道流体系统(110)的表面处生成机械振动频谱；以及振动测量设备(430)，所述振动测量设备被配置为机械联接到所述管道流体系统(110)的外表面，并且被配置为提供所述管道流体系统(110)的机械振动频谱。2.根据前述权利要求所述的测量系统(400)，包括温度传感器(440)，所述温度传感器(440)被配置为确定所述管道流体系统(110)的所述外表面的温度。3.根据前述权利要求中任一项所述的测量系统(400)，包括确定电子器件(420)，所述确定电子器件(420)被配置为基于所提供的所述机械振动频谱来确定所述管道流体系统(110)的物理参数，其中所述确定电子器件(420)通过电信号被连接到加速度获取系统(430)和/或通过电信号被连接到所述温度传感器(440)。4.根据前述权利要求中任一项所述的测量系统(400)，包括输入/输出接口，以输入所述管道流体系统(110)的所述管道(116)的特性数据和/或所述管道流体系统(110)的过程流体数据、和/或输出所述管道流体系统(110)的物理参数。5.根据前述权利要求中任一项所述的测量系统(400)，包括：支撑结构(410)，所述支撑结构(410)被配置为承载所述激励系统(412)并且使得所述激励系统(412)能够生成机械激励；和/或保护外壳(450)，所述保护外壳(450)封闭所述成对限制元件(112、114)；以及所述加速度获取系统(430)；以及所述激励系统(412)。6.根据前述权利要求中任一项所述的测量系统(400)，其中所述支撑框架(250)被配置为借助于若干框架元件(512、51...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：