用于确定管道流体系统的物理参数的方法技术方案

一种用于确定管道流体系统的物理参数的方法，包括：提供管道流体系统的机械振动频谱，该机械振动频谱由冲击管道流体系统的外表面的机械激励产生；提供管道流体系统的管道的特征数据；提供管道流体系统的过程流体数据；基于为管道流体系统提供的理论模型和所提供的管道特征数据以及所提供的过程流体数据来确定机械模型振动频谱；比较机械振动频谱和模型振动频谱以确定管道流体系统的物理参数。振动频谱以确定管道流体系统的物理参数。振动频谱以确定管道流体系统的物理参数。

Method 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方法


[0001]本公开涉及工业流设备领域，尤其地涉及一种用于确定管道流体系统的物理参数的方法。

技术介绍

[0002]密度传感是工业过程中一种有价值的测量方法，可提供有关产品和过程质量的相关信息。大多数可用的密度传感系统都为接触侵入式，需要在过程中插入与流体接触的设备，部分系统甚至是伸入侵入式，需要构件伸入流中。这导致安装时间长，并且在安装时需要中断过程，在进行改造的情况下，会使设备(例如科里奥利或振动叉传感器)原本已经很高的成本更高。由于插入附加设备而在工艺管道中形成的开口也涉及潜在泄漏的安全危险，这需要在密封和安全措施方面付出额外的努力。
[0003]对于非侵入式测量，主要使用基于核辐射的密度计，其中流体吸收的辐射量与密度相关，使用校准和理论模型。虽然这项技术即使在恶劣的条件下也能提供可靠和精确的测量，但使用这项设备的放射性危害和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]现有技术的非侵入式密度传感系统依赖于安装在工业管道上的设备和额外的校准过程来将振动频率与实际密度变化相关联。在许多情况下，生产适合管道尺寸的夹紧设备仍然是相当昂贵的，并且使用探针进行校准也是繁琐且耗时的。如果在某些情况下，可以使用可移动且操作不受管道尺寸限制的服务设备(即，无需在管道上安装特定设备)来至少以可接受的近似密度传递关于例如当前填充管道的介质类型和/或空的或填充的流体状态和/或介质类型(例如，油或水或泥浆或清水)的相关信息，和/或在限定的时间跨度内监测管道流体系统的物理参数，例如由于化学反应过程引起的密度变化，和/或溶液成分变化等，则对于过程所有者来说是有价值的。
[0005]本专利技术的方面涉及用于确定管道流体系统的物理参数的方法、用于确定管道流体系统的物理参数的确定系统、确定系统的使用、计算机程序和机器可读存储介质，其主题如独立权利要求中所述。
[0006]从属权利要求中陈述了本专利技术的有利修改。说明书、权利要求书和附图中公开的特征中的至少两个特征的所有组合均落在本专利技术的范围内。为了避免重复，根据该方法公开的特征也应当适用，并且可以根据所提及的系统要求保护。
[0007]在本专利技术的整个描述中，程序步骤的顺序以该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，许多过程步骤也可以以不同的顺序执行，并导致相同或相应的结果。在这个意义上说，可以相应地改变工艺步骤的顺序。有些特征具有数字统计，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。
[0008]为了实现这些和其他优点，并且根据本专利技术的目的，如本文所体现和广泛描述的，提供了一种用于确定管道流体系统的物理参数的方法，包括以下步骤。在一个步骤中，提供
管道流体系统的机械振动频谱，该频谱由冲击管道流体系统的外表面的机械激励产生。在进一步的步骤中，提供管道流体系统的管道的特征数据。在进一步的步骤中，提供管道流体系统的过程流体数据。在进一步的步骤中，确定机械模型振动频谱，该振动频谱基于为管道流体系统提供的理论模型、所提供的管道特征数据以及所提供的过程流体数据。在进一步的步骤中，比较振动频谱和用于确定管道流体系统的物理参数的模型振动频谱，以确定管道流体系统的物理参数。
[0009]机械模型振动频谱包括由管道流体系统(包括管道)的单个机械振动模式和/或管道流体系统的多个不同机械振动模式产生的完整机械振动频谱的一部分或几个部分，其中管道可以部分或全部填充有流体，如气体和/或液体和/或混合物和/或浆料。特别地，机械模型振动频谱包括表征管道流体系统的机械振动模式的至少单个频率和/或多个频率。
[0010]各个振动模式的特征可以对应于管道的几何数据和/或管道的材料特性、管道的温度和管道的内部压力以及管道流体系统的过程流体数据。
[0011]替代地或附加地，机械振动频谱可以包括适于确定管道内流体的物理参数(例如密度)的多个不同振动模式。
[0012]如果使用机械振动频谱的至少两种不同模式的数据，即确定查找表中机械模型振动频谱的密度相关频率值，并测量至少两种不同振动模式，则可以提高确定物理参数的准确性和可靠性。在这种情况下，两种振动模式均必须满足用于估计流体密度或其他物理参数的“接受标准”，从而提高确定的可靠性。
[0013]机械激励包括任何机械激励，包括冲击管道流体系统的管道外表面的脉冲。用于产生机械激励脉冲以在管道流体系统内产生机械振动频谱的设备可以是具有高硬度和刚度(即大于200GPa的高杨氏模量E)和低重量(例如小于50g)的任何坚硬、可能是金属的或陶瓷的物体，例如优选为冲击锤。
[0014]替代地或附加地，机械激励脉冲可以由操作者使用普通扳手或螺丝刀手动冲击管道流体系统的外表面来产生。
[0015]在该方法的另一步骤中，可以例如使用接口和/或屏幕来输出所确定的物理参数。输出所确定的物理参数可以包括最可能的流体密度和/或来自预选类别的估计流体。
[0016]替代地或附加地，该方法包括连续评估机械振动频谱的频率峰值偏移并确定相应的物理参数(例如流体的密度)的步骤。
[0017]替代地或附加地，该方法包括稍后提供另一个机械振动频谱，其中先前提供的机械振动频谱可以用作参考测量，该参考测量用一次性探针提取和离线密度测量来校准，以提高确定物理参数(例如管道流体系统的流体密度)的准确性。
[0018]管道流体系统可以是配置成包括流体的任何管道。优选地，管道流体系统可以是管道，其配置成包括流体，并且可以包括振动模式限制元件，振动模式限制元件有助于在管道的限定部段内限定管道流体系统的管道的振动模式。管道的这种部段可以通过管道的特征数据、管道的表征几何形状和材料特性来描述。优选地，管段是直的，无接头或附加物。
[0019]每个单独的限制元件可以是连接到管道的任何法兰，如焊接法兰和/或对焊法兰和/或螺纹连接件。替代地或附加地，至少一个限制元件可以是这样的限制元件，其配置成机械耦接到管道，以针对振动模式限定管道流体系统的管道的一部分，修改管道流体系统，使得可以产生包括特定机械振动模式的特定机械振动频谱。
[0020]限制元件之间的距离可以限定管道流体系统的长度。
[0021]管道流体系统的管道的特征数据可以包括管道和/或管道流体系统的几何数据，该数据可以本地测量产生，可以由移动设备提供，和/或由技术数据提供，和/或关于管道材料的数据和/或预期频率范围和/或预期振动频谱和/或管道表面温度。
[0022]过程流体数据可以包括预期流体类型(如气体和/或液体)和/或流体的预期密度和/或流体压力值和/或流体温度和/或预期流体。
[0023]可以使用移动设备(例如配备有传感器的移动电话)来比较振动频谱和模型振动频谱以确定物理参数。这些传感器可以包括用于采集声信号的传感器，例如麦克风和/或加速度计，包括用于分析声信号的功能，这意味着例如频谱分析。移动设备可以包括距离测量设备和/或尺寸测量设备。这种设备可以包括基于超声本文档来自技高网...

【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)的物理参数的方法，包括：提供所述管道流体系统(110)的机械振动频谱(210、220)，所述机械振动频谱由冲击所述管道流体系统(110)的外表面的机械激励而产生；提供所述管道流体系统(110)的管道的特征数据；提供所述管道流体系统(110)的过程流体数据；基于针对所述管道流体系统(110)所提供的理论模型和所提供的所述管道的特征数据以及所提供的所述过程流体数据，确定机械模型振动频谱(210、220)；比较所述机械振动频谱(210、220)和所述模型振动频谱以确定所述管道流体系统(110)的物理参数，以确定所述管道流体系统(110)的所述物理参数。2.根据前述权利要求所述的方法，其中所述管道流体系统(110)的长度由所述管道流体系统(110)的两端处的振动模式限制元件(112、114)限定。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述管道流体系统(110)的所述机械振动频谱(210、220)由声学信号采集系统和/或加速度采集系统提供，所述声学信号采集系统声学耦合到所述管道流体系统(110)，所述加速度采集系统机械耦接到所述管道流体系统(110)的外表面。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：使用所述过程流体数据和对应于所述过程流体数据的模型振动频谱对所提供的所述振动频谱(210、220)进行滤波，以比较所述振动频谱(210、220)和所述模型振动频谱。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：提供所述管道流体系统(110)的所述外表面的温度；以及附加地基于所述管道流体系统(110)的所述外表面的所述温度来确定所述机械模型振动频谱(210、220)。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述物理参数包括所述管道流体系统(110)的所述过程流体的密度、和/或所述管道流体系统(110)的所述过程流体的粘度、和/或所述管道流体系统(110)的所述过程流体的流量、和/或所述管道流体系统(110)的所述过程流体的压力。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述管道流体系统(110)的所述管道的特征数据包括所述管道流体系统(110)的所述管道的直径、和/或所述管道的厚度、和/或所述管道的材料、和/或所述管道流体系统(110)的长度。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，...

【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：