ПРУВЕР РАСХОДОМЕРА ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕКУЧИХ СРЕД (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА КАЛИБРОВКИ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕКУЧИХ СРЕД Российский патент 2012 года по МПК G01F25/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области расходомеров. Более конкретно, изобретение описывает прувер расходомера для низкотемпературных текучих сред, его варианты и систему калибровки для низкотемпературных текучих сред.

Уровень техники

После извлечения углеводородов из земли поток текучей среды (такой, как сырая нефть или природный газ) транспортируется по трубопроводам из одного места в другое. Желательным является точное определение количества текучей среды, перемещаемой в потоке, причем особая точность требуется при передаче текучей среды другому владельцу или передаче потребителю. Передача потребителю может происходить на фискальной измерительной станции или станции, которая может включать основные передающие элементы, такие как измерительное устройство или расходомер, калибровочное устройство, связанные с ними трубопроводы и клапана, а также электрические элементы управления. Измерение потока текучей среды, проходящей через всю транспортную трубопроводную систему, начинается в расходомере, который может включать турбинный расходомер, объемный расходомер, ультразвуковой расходомер, расходомер Кориолиса или вихревой расходомер.

При транспортировке могут происходить изменения характеристик потока текучей среды, что может оказывать влияние на точность измерения расхода доставляемого продукта. Обычно изменения давления, температуры и расхода учитываются при участии оператора. Эти изменения представляются как изменения характеристик потока и обычно контролируются оператором по проявлениям этих изменений и по их влиянию на измерительное устройство. Обычно данный контроль проводится за счет калибровки расходомера при помощи калибровочного устройства или прувера расходомера. Производится единичный замер при помощи калиброванного прувера, расположенного рядом с измерительным устройством станции и гидравлически связанного с измерительным устройством, затем объемный расход, полученный при этом замере, сравнивается с объемным расходом через измерительное устройство. Если между сравниваемыми объемами имеются статистически значимые различия, объемный расход измерительного устройства корректируется для отражения реального объемного расхода, определенного прувером.

Прувер расходомера имеет точно известный объем, который откалиброван в соответствии с известными и принятыми стандартами точности, такими как предписываемые Американским нефтяным институтом (API) или признанными международными стандартами ISO. Этот точно известный объем прувера расходомера может быть определен как объем продукта между двумя снабженными датчиками переключателями, который вытесняется за счет перемещения вытеснителя, такого как выполненные из эластомера сфера или поршень. Известный объем, который вытесняется прувером, сравнивается с объемным расходом расходомера. Если в результате сравнения получается нулевая или приемлемая разница между объемами, считается, что расходомер является точным в пределах допустимых погрешностей. Если разница объемов превышает допустимые пределы, то это указывает на то, что расходомер может оказаться не точным. В этом случае расход расходомера может корректироваться для отражения реального расхода, определенного прувером. Данная корректировка может выполняться при помощи корректировочного коэффициента.

Одним из видов расходомеров является расходомер с импульсным выходным сигналом, который может представлять собой турбинный расходомер, объемный расходомер, ультразвуковой расходомер, расходомер Кориолиса или вихревой расходомер. В уровне техники известна система для калибровки расходомера, такого как турбинный расходомер. Турбинный расходомер, в основе работы которого лежит вращение имеющей форму турбины конструкции внутри потока текучей среды, создает электрические импульсы, каждый из которых пропорционален объему, а частота импульсов пропорциональна объемному расходу потока. Объем расходомера может соотноситься с объемом прувера за счет перемещения вытеснителя в прувере. Обычно вытеснитель перемещается сначала мимо расположенного выше по потоку первого датчика, а затем мимо расположенного ниже по потоку второго датчика в прувере. Объем между двумя датчиками представляет собой калибровочный объем прувера. Вытеснитель сначала приводит в действие или включает первый датчик 16, обозначая время t₁ начала регистрации для процессора или компьютер. После этого процессор регистрирует импульсы от расходомера через сигнальный провод. И, наконец, вытеснитель включает второй датчик, обозначая время t₂ остановки регистрации и, следовательно, определяя последовательность импульсов, зарегистрированных за один проход вытеснителя. Последовательность импульсов, сформированных турбинным расходомером за один проход вытеснителя в обоих направлениях через калибровочный объем прувера, указывает на объемный расход, замеренный расходомером за интервал времени от t₁ до t₂. Для получения объемного расхода прувера необходимо выполнение нескольких проходов вытеснителя. После сравнения объемного расхода прувера с объемным расходом, замеренным расходомером, возможна корректировка показаний расходомера для приведения их в соответствие с показаниями прувера.

В уровне техники также известна другая система для калибровки ультразвукового расходомера при помощи технологии переходного времени. Система также включает прувер и процессор. Расходомер называется ультразвуковым, потому что вдоль потока текучей среды в обоих направлениях посылаются ультразвуковые сигналы и на основании различных характеристик ультразвуковых сигналов производится расчет расхода текучей среды. Ультразвуковые расходомеры формируют пакеты данных о расходе, каждый пакет содержит множество наборов ультразвуковых сигналов, отправленных вдоль потока в обоих направлениях, причем каждый пакет охватывает определенный интервал времени (например, одну секунду). Расход, определенный расходомером, соответствует среднему расходу за период времени, охватываемый пакетом, а не расходу в конкретный момент времени.

В некоторых приложениях текучие среды, перемещаемые в трубопроводах (основных трубопроводах и трубопроводах измерительных станций), имеют низкие температуры. В данном документе низкими температурами считаются температуры, которые, например, в основном ниже -50° по Фаренгейту (-46°C), либо ниже, чем примерно -60° по Фаренгейту (-51°C), либо ниже чем примерно -120° по Фаренгейту (-84°C). Эти низкие температуры могут также называться очень низкими температурами или криогенными температурами. Примеры текучих сред, для которых поддерживаются низкие температуры, включают сжиженный природный газ (СПГ), сжиженный нефтяной газ (СНГ) и жидкий азот. Низкие температуры текучих сред, для которых проводятся замеры расхода, вызывают множество проблем, таких как непригодность регистрирующих устройств прувера, износ таких элементов, как уплотнения и уменьшение смазывания внутренней поверхности трубы низкотемпературными текучими средами, которые перестают обладать смазывающими свойствами. Низкотемпературный продукт, проходящий через трубопровод оказывает отрицательное воздействие на углеродистую сталь.

С учетом этих проблем расходомеры, работающие при очень низких температурах, калибруются при помощи косвенных способов калибровки. Обычно косвенная калибровка проводится путем калибровки расходомера, пригодного для работы при очень низких температурах, при помощи прувера, который не предназначен для работы при очень низких температурах. Сначала через прувер пропускается текучая среда, обычно вода, и прувер калибруется обычным способом для определения коэффициента расходомера для прувера. Затем через прувер пропускается реальный низкотемпературный продукт для получения коэффициента расходомера, соответствующего измерениям расхода низкотемпературного продукта. Затем прувер калибруется при помощи текучей среды, отличающейся от реального продукта, пропускаемого через расходомер (по меньшей мере, по плотности), что приводит к неправильным показаниям калибруемого расходомера для реального продукта.

Таким образом, существует потребность в разработке прувера, подходящего для очень низких температур, по меньшей мере, для повышения долговечности прувера и обеспечения прямой калибровки с использованием низкотемпературных продуктов.

Раскрытие изобретения

Изобретение описывает прувер для низкотемпературных текучих сред, который может включать трубопровод подачи низкотемпературных текучих сред, вход и выход, выполненные с возможностью соединения с трубопроводом, расходомерную трубу, снабженную каналом, выполненную с возможностью приема низкотемпературных текучих сред и установленную между входом и выходом, вытеснитель, установленный с возможностью перемещения в канале и выполненный с возможностью приема низкотемпературных текучих сред, по меньшей мере одну магнитную измерительную катушку и пару приемопередатчиков, соединенных с расходомерной трубой и связанных с вытеснителем.

Прувер может дополнительно включать магнитный элемент, соединенный с вытеснителем, связанным с магнитной измерительной катушкой посредством магнитного сопротивления.

Вытеснитель может представлять собой поршень, а магнитный элемент может представлять собой кольцо-маркер, расположенное вокруг поршня.

Прувер может дополнительно включать безуглеродный элемент-маркер, соединенный с вытеснителем, который может быть связан с магнитной измерительной катушкой.

Безуглеродный элемент-маркер может быть выполнен по меньшей мере из одного металла с высоким магнитным сопротивлением (µ), выбранного из группы, включающей металл HYMU и металл HYMU 80.

Также безуглеродный элемент-маркер может быть выполнен из по меньшей мере одного материала, выбранного из группы, включающей, никель, железо, медь и молибден.

Пара приемопередатчиков прувера может быть установлена с возможностью передачи сигнала через канал расходомерной трубы, а вытеснитель может быть выполнен с возможностью перемещения в канале и прерывания сигнала.

Канал может быть снабжен внутренней поверхностью, выполненной посредством микрофинишной доводки.

Согласно варианту осуществления изобретения между внутренней поверхностью канала и вытеснителем может быть микроскопическая пленка низкотемпературных текучих сред, которая может удерживаться на внутренней поверхности для смазки.

Кроме того, микрофинишная доводка может находиться в диапазоне от 0,8*10^-3 м до 0,4*10^-3 м и может быть получена по меньшей мере одним способом, выбранным из группы, включающей хонингование, фрезерование и шлифование внутренней поверхности.

Вытеснитель прувера может содержать лопасть, расположенную под углом к направлению потока низкотемпературных текучих сред.

При этом вытеснитель может представлять собой поршень, снабженный набором внутренних лопастей, расположенных вдоль продольной оси и под углом к ней.

А лопасть может быть выполнена с возможностью привода во вращение вытеснителя под действием потока низкотемпературных текучих сред.

Согласно варианту осуществления изобретения низкотемпературные текучие среды в прувере могут иметь температуру менее чем примерно -46°C.

Пара приемопередатчиков может представлять собой пару ультразвуковых приемопередатчиков.

Низкотемпературные текучие среды могут представлять собой по меньшей мере одну среду, выбранную из группы, включающей сжиженный природный газ (СПГ), жидкий водород, жидкий бутан, жидкий пропан и сжиженный нефтяной газ (СНГ).

Изобретение также описывает вариант прувера для низкотемпературных текучих сред, который может включать расходомерную трубу, снабженную каналом и содержащую магнитную измерительную катушку, установленную на трубе, поршень, снабженный безуглеродным магнитным элементом, установленный в канале с возможностью перемещения магнитного элемента относительно магнитной измерительной катушки и связанный с ней посредством магнитного сопротивления.

Канал прувера может быть снабжен внутренней поверхностью, выполненной посредством микрофинишной доводки с возможностью удержания микропленки текучей среды для смазки.

Поршень прувера может содержать набор лопастей, выполненных с возможностью вращения поршня.

Прувер может дополнительно включать пару ультразвуковых приемопередатчиков, установленных на расходомерной трубе и связанных друг с другом через канал, при этом перемещение поршня прерывает связь между указанными приемопередатчиками.

Изобретение также раскрывает систему калибровки для низкотемпературных текучих сред, которая может включать трубопровод передачи низкотемпературных текучих сред, прувер, установленный в трубопроводе с возможностью приема низкотемпературных текучих сред и содержащий расходомерную трубу, имеющую поршень, установленный с возможностью перемещения в ней, и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей магнитную измерительную катушку и пару приемопередатчиков, установленных на расходомерной трубе и связанных с поршнем.

Низкотемпературные текучие среды могут иметь температуру менее чем примерно -46°C.

В варианте осуществления изобретения низкотемпературные текучие среды могут иметь температуру менее чем примерно -140°С.

Поршень системы может содержать безуглеродный магнитный элемент-маркер.

Внутренняя поверхность расходомерной трубы может быть выполнена посредством микрофинишной доводки и с возможностью удержания микропленки текучей среды, которая может представлять собой смазку.

Кроме того, поршень может быть выполнен с возможностью вращения при осевом перемещении.

Пара приемопередатчиков может представлять собой пару ультразвуковых приемопередатчиков.

Краткое описание чертежей

Для подробного описания примеров вариантов осуществления изобретения приводятся ссылки на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - схема системы для калибровки расходомера, такого как турбинный расходомер;

Фиг.2 - схема другой системы калибровки расходомера, такого как ультразвуковой расходомер;

Фиг.3 - схема двухстороннего прувера поршневого типа;

Фиг.4 - поршень, соответствующий положениям данного документа;

Фиг.5 - вид сбоку поршня, показанного на Фиг.4;

Фиг.6 - вид в разрезе поршня, показанного на Фиг.4 и 5;

Фиг.7 - схема поршня в трубе прувера согласно положениям настоящего документа;

Фиг.8 - схема альтернативного варианта осуществления поршня прувера, показанного на Фиг.7.

Осуществление изобретения

На нижеприведенных чертежах и в описании подобные детали, как правило, имеют одинаковые обозначения. Фигуры чертежей не обязательно выполнены в масштабе. Некоторые признаки изобретения могут быть показаны в увеличенном масштабе или в несколько схематизированной форме, а некоторые детали стандартных элементов могут быть условно не показаны для упрощения восприятия. Настоящее описание может применяться для разных форм вариантов осуществления изобретения. Описание и чертежи конкретных вариантов осуществления изобретения приводятся с учетом того, что настоящее описание рассматривается в качестве примера реализации принципов изобретения и не ставит своей целью ограничение изобретения вариантами, приведенными на иллюстрациях и в описании. Следует понимать, что различные положения вариантов осуществления изобретения, описанные ниже, могут применяться отдельно или в любом подходящем сочетании для достижения требуемого эффекта.

В нижеследующем описании и в пунктах формулы изобретения термины "включающий" и "содержащий" используются в расширительном смысле и таким образом должны интерпретироваться как "включающий, но не ограничивающийся". За исключением особо оговоренных случаев любое использование любой формы терминов "соединять", "входить в контакт", "связывать", "прикреплять" или любого другого термина, описывающего взаимодействие элементов, не имеет целью ограничивать взаимодействие непосредственным взаимодействием элементов и может также включать косвенное взаимодействие между описываемыми элементами. Термин "текучая среда" может относиться к жидкости или к газу и не связан с каким-либо конкретным типом текучей среды, таким как углеводороды. Различные характеристики, упомянутые выше, а также прочие признаки и характеристики, более подробно описанные ниже, станут понятны специалистам в данной области техники из нижеследующего подробного описания вариантов осуществления изобретения и прилагаемых чертежей.

Описанные в данном документе варианты осуществления изобретения включают прувер, такой как трубчатый расходомер поршневого типа, который приспособлен для работы с низкотемпературными текучими средами. В частности, прувер используется для текучих сред при температурах ниже -50° по Фаренгейту (-46°С). Более конкретно, прувер используется для текучих сред при температурах ниже -200° по Фаренгейту (-129°С). В данном документе представлены различные комбинации элементов и принципов, которые позволяют создать криогенный прувер или способы прямой калибровки для жидкостей при чрезвычайно низких температурах. Например, регистрирующее устройство прувера усовершенствовано для работы при низких температурах, например, за счет подбора материала компонентов или замены датчиков. В некоторых вариантах осуществления изобретения улучшена чистовая обработка внутренней поверхности трубы для обеспечения ее смазывания сжиженным природным газом и сжиженным нефтяным газом, обладающими слабыми смазывающими свойствами. В других вариантах осуществления изобретения поршень снабжен вращающим его устройством для предотвращения износа уплотнений поршня.

В качестве примера на Фиг.1 показана система 10 для калибровки расходомера 12, такого как турбинный расходомер. Турбинный расходомер, в основе работы которого лежит вращение имеющей форму турбины конструкции внутри потока 11 текучей среды, создает электрические импульсы 15, каждый из которых пропорционален объему, а частота импульсов пропорциональна объемному расходу потока. Объем расходомера 12 может соотноситься с объемом прувера 20 за счет перемещения вытеснителя в прувере 20. Обычно вытеснитель перемещается сначала мимо расположенного выше по потоку датчика 16, а затем мимо расположенного ниже по току датчика 18 в прувере 20. Объем между датчиками 16, 18 представляет собой калибровочный объем прувера. Вытеснитель сначала приводит в действие или включает датчик 16, обозначая время t₁₆ начала регистрации для процессора или компьютера 26. После этого процессор 26 регистрирует импульсы 15 от расходомера 12 через сигнальный провод 14. И, наконец, вытеснитель включает датчик 18, обозначая время t₁₈ остановки регистрации и, следовательно, определяя последовательность 17 импульсов 15, зарегистрированных за один проход вытеснителя. Последовательность 17 импульсов 15, сформированных турбинным расходомером 12 за один проход вытеснителя в обоих направлениях через калибровочный объем прувера, указывает на объемный расход, замеренный расходомером за интервал времени от t₁₆ до t₁₈. Для получения объемного расхода прувера необходимо выполнение нескольких проходов вытеснителя. После сравнения объемного расхода прувера с объемным расходом, замеренным расходомером, возможна корректировка показаний расходомера для приведения их в соответствие с показаниями прувера.

На Фиг.2 показана другая система 50 для калибровки ультразвукового расходомера 52 при помощи технологии переходного времени. Система 50 также включает прувер 20 и процессор 26. Расходомер называется ультразвуковым, потому что вдоль потока 51 текучей среды в обоих направлениях посылаются ультразвуковые сигналы, и на основании различных характеристик ультразвуковых сигналов производится расчет расхода текучей среды. Ультразвуковые расходомеры формируют пакеты данных о расходе, каждый пакет содержит множество наборов ультразвуковых сигналов, отправленных вдоль потока в обоих направлениях, причем каждый пакет охватывает определенный интервал времени (например, одну секунду). Расход, определенный расходомером, соответствует среднему расходу за период времени, охватываемый пакетом, а не расходу в конкретный момент времени.

В конкретном варианте осуществления прувера 20, приведенном на Фиг.3, показан компактный прувер 100. Поршень 102 помещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в расходомерной трубе 104. Трубопровод 120 соединяет поток 106 основного трубопровода с входным отверстием 122 расходомерной трубы 104. Поток 108 текучей среды перемещает поршень 102 вдоль расходомерной трубы 104 и в итоге выходит из расходомерной трубы 104 через выходное отверстие 124. Труба 104 и поршень 102 могут также соединяться с другими элементами, такими как подпружиненная напорная камера 116, которая может иметь поджимную пружину для тарельчатого клапана поршня 102. С трубой 104 и поршнем 102 может также быть соединена камера 118, имеющая оптические переключатели для определения положения поршня 102 в трубе 104. Также показано, что с напорным трубопроводом 120 и камерой 116 соединены гидравлический насос и двигатель 110. Также показано, что с камерой 116 соединен гидравлический резервуар 112, управляющий клапан 114 и гидравлический нагнетательный трубопровод 126. Как будет показано ниже, поршень 102 может быть адаптирован согласно принципам, излагаемым в данном документе.

Как показано на Фиг.3, расходомер 100 в альтернативном варианте может включать регистрационный элемент или кольцо-маркер 130, выполненные с возможностью размещения на различных участках по длине поршня 102. Труба 104 включает датчик 128, также выполненный с возможностью размещения на различных участках по длине трубы 104, предназначенный для регистрации прохода кольца-маркера 130. Кольцо-маркер 130 представляет собой средство управления входом и выходом из калиброванной измерительной секции трубы 104 расходомера 100. Очень низкие температуры оказывают отрицательное влияние на качество соединения датчика 128 с кольцом-маркером 130, например, из-за непригодности регистрирующего устройства 128 или материалов кольца-маркера 130 к очень низким температурам.

На Фиг.4 показан вариант осуществления поршня 202 прувера. Поршень 202 может применяться для различных пруверов, таких как прувер 100. Поршень 202 в особенности приспособлен для двухстороннего прувера. Поршень 202 включает корпус 230, который имеет торцы 206, 208. Средняя часть корпуса 230 включает прикрепленное к ней кольцо 210. Внутренняя часть корпуса 230 поршня включает внутреннюю поверхность 212 и расположенную внутри нее пластину 214, по существу перпендикулярную продольной оси поршня 202. От пластины 214 отходит первый набор лопаток 216. Лопатки 216 по существу проходят перпендикулярно пластине 214, но также и под углом к пластине 214 таким образом, что лопатки могут принимать текучую среду, воздействующую на пластину 214, и изменять направление силы, прикладываемой к пластине 214. Угол лопаток относительно пластины 214 является переменным. В некоторых вариантах осуществления изобретения на противоположной стороне пластины 214 аналогичным образом располагается второй набор лопаток, предназначенных для выполнения тех же функций во втором направлении.

На Фиг.5 приведен вид сбоку поршня 202, на котором показан корпус 230 с торцами 206, 208 и кольцом 210.

В некоторых вариантах осуществления изобретения кольцо 210 представляет собой кольцо-маркер, связанное с поршнем 202. В некоторых вариантах осуществления изобретения кольцо 210 включает материалы, обладающие магнитными свойствами. В определенных вариантах осуществления изобретения кольцо 210 содержит материалы, не имеющие в своем составе углерода. В приводимых в качестве примера вариантах осуществления изобретения кольцо 210 содержит металл с высоким значением магнитной проницаемости мю (µ). В приводимых в качестве примера вариантах осуществления изобретения кольцо 210 содержит металлические компоненты типа HYMU или HYMU 80. В приводимых в качестве примера вариантах осуществления изобретения кольцо 210 содержит различные сочетания никеля, железа, меди и/или молибдена. Крепление кольца-маркера 210 к поршню 202 обеспечивает сжатие и расширение кольца-маркера 210 таким образом, что при расширении и сжатии оно сохраняет постоянное физическое соотношение, выходящее за пределы не чаще, чем один раз за одну тысячу.

Как показано на Фиг.7, труба 204, содержащая поршень 202, может включать установленную на ней магнитную измерительную катушку 232. Поршень 202 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в канале 224 трубы 204 таким образом, что поршень 202 может проходить мимо магнитной измерительной катушки 232 в двух направлениях. При прохождении кольца-маркера 210 мимо измерительной катушки 232 кольцо и катушка взаимодействуют через магнитное сопротивление. Кольцо-маркер 210 создает поток магнитной силы, который принимается измерительной катушкой 232. Кольцо-маркер 210 проходит на заданном расстоянии, называемом воздушным зазором, и вызывает искажение магнитного поля измерительной катушки 232. Изменение сопротивления возникшего магнитного контура создает импульс напряжения, который затем передается предварительному усилителю. Предварительный усилитель усиливает сигнал, который используется как команда для компьютера калибровочного устройства, такого как описан в данном документе, для начала регистрации импульсов калибруемого расходомера.

В другом варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.8, на трубе 304 поршневого или портативного прувера установлен регистрирующий узел, содержащий два ультразвуковых приемопередатчика 328, 330. Приемопередатчики 328, 330 могут также называться приемопередатчики, работающие на скорости ультразвука. Поршневой узел 302 выполнен с возможностью перемещения в двух направлениях в канале 324 трубы 304. Приемопередатчики обмениваются информацией друг с другом при помощи звукового сигнала 332, распространяющегося по прямой линии. Когда передняя кромка поршня 302, представляющая собой торец 306 либо торец 308 находится на одном уровне с приемопередатчиками 328, 330, сигнал 332 прерывается. Прерывание сигнала 332 служит командой для компьютера, вызывающей функционирование остальных частей прувера и компьютера расходомера в обычном режиме согласно положениям данного документа. В дополнительных вариантах осуществления изобретения приемопередатчики 328, 330 включают индукционные датчики линейных перемещений или приспособлены для передачи других прерываемых сигналов 332, таких как лазерный луч, луч светоизлучающего диода или луч радиолокатора.

Как показано на Фиг.7 и 8, каналы 224 и 324 включают внутренние поверхности 226, 326 соответственно. Обычно труба прувера или камера содержит трубопроводный материал, подробно определяемый требованиями к материалам. Изнутри камера прувера, например, по поверхностям 226, 326 обычно покрыта пропитанной графитом эпоксидной смолой, наносимой стандартным способом распыления краски. Из-за того что ряд углеводородных продуктов, для которых необходимо производить калибровку, таких как бутаны, пропаны и сжиженные нефтяные газы, не обладают смазывающими свойствами, покрытие на внутренних поверхностях способствует плавному перемещению поршня вытеснителя в камере прувера. Это необходимо для выполнения непротиворечивой и точной калибровки. Однако эти покрытия не подходят для низких температур, определенных в данном документе. Так, поверхности 226, 326 вариантов осуществления изобретения, показанных на Фиг.7 и 8, включают микрофинишную доводку. Микрофинишная доводка поверхностей 226, 326 обеспечивает удержание микроскопической пленки продукта на поверхностях 226, 326, таким образом максимально увеличивая низкую степень смазывания, которой изначально обладает продукт. В примерах вариантов осуществления изобретения микрофинишная доводка выполняется на глубину примерно от 32 до примерно 16 микродюймов (от 0,8*10^-3 мм до 0,4*10^-3 мм) и выполняется путем хонингования, фрезерования или шлифования.

На Фиг.6 показано продольное сечение поршня 202 прувера. Корпус поршня 230 у торца 206 включает первое кольцо 240, второе кольцо 242 и углубление 244, преимущественно для целей сборки. Кольца 240, 242 обеспечивают альтернативные места размещения кольца-маркера, описанного в данном документе, в дополнение к месту, описанному для кольца-маркера 210. Первый набор лопастей 216 идет в первом направлении от пластины 214, а второй набор лопастей 246 идет во втором направлении, в основном противоположном первому направлению, для обеспечения перемещения поршня 202 в двух направлениях. Кроме того, лопасти 216, 246 имеют переменные углы наклона для обеспечения функций, более подробно описываемых ниже.

В основном, вытеснительные уплотнения на поршне 202 обеспечивают герметичный барьер, не допускающий перемещения продукта с одной стороны поршня 202 на другую сторону. Уплотнения могут разрушаться по двум основным причинам. Во-первых, трение поршня о расходомер в нормальном режиме эксплуатации может со временем привести к разрушению поверхности уплотнения. Время до разрушения уплотнения и его выхода из строя определяется тем, насколько часто используется расходомер. Вторым фактором, который вносит вклад в износ поршневого узла, являются силы гравитации, действующие на уплотнение, вызываемые весом поршня. Концентрация на этом втором факторе может оказаться плодотворной.

Вращательное перемещение поршня вокруг его оси, вызывающее спиральное перемещение поршня 202 в трубе 204 при его вытеснении, снижает фактор износа и продлевает срок службы уплотнений поршня. Вращательные лопасти 216, 246 обеспечивают вращение или спиральное перемещение поршня 202. Введение потока, перпендикулярного торцу поршня, приводит к вращению поршня в соответствии с переменным углом А лопастей. В торцах расходомера могут устанавливаться упоры для поршня, которые не пересекаются с лопастями. Упоры предотвращают деформацию лопастей при упоре поршня в торец трубы или камеры расходомера.

Идеи вариантов осуществления изобретения, описанные в данном документе, могут быть реализованы в любой подходящей комбинации. Изобретение не ограничивается конкретными вариантами осуществления изобретения и описанными в данном документе комбинациями. Положения данного документа включают способ прямой калибровки расходомера, такой при которой текучая среда, идущая к расходомеру, отклоняется непосредственно к пруверу, несмотря на то, что текучая среда находится при очень низких температурах, при которых невозможна работа известных поршневых и портативных пруверов. Текучая среда может направляться через прувер и далее вперед по ходу к трубопроводу, который возвращает продукт в основной трубопровод. Не очень распространенным, но возможным местом расположения прувера является участок сзади по ходу от расходомера, в этом случае поток направляется к расходомеру, а затем проходит через расходомер. Назначением прувера является получение известного объемного расхода для сравнения с замеренным расходомером расходом. Два расхода затем калибруются при помощи корректировочных коэффициентов температурных параметров, давления и плотности продукта для получения коэффициента расходомера. Коэффициент расходомера получается путем деления расхода текучей среды через расходомер (определенный по расходу прувера при калибровке) на соответствующее показание расходомера. Расход прувера - это объем, вытесненный между переключателями датчиков. Расход прувера устанавливается путем точного определения объема между переключателями датчиков (также называется базовым расходом прувера) проливочным способом, описанным Американским Нефтяным Институтом.

Точность двухстороннего поршневого трубочного прувера и всей измерительной установки при работе при температурах менее -50° по Фаренгейту (-46°C) и, в особенности, при температурах, приближающихся к -220° по Фаренгейту (-140°C), существенно зависит от ограничений на материалы компонентов. Клапан, такой как четырехходовой клапан, не может работать при очень низких температурах, что делает другие типы пруверов непригодными для очень низких температур. Отслеживаемое датчиками кольцо и регистрирующие устройства в расходомерах не подходят для работы при низких температурах. Самосмазывающиеся покрытия для использования с продуктами, не обладающие смазывающими свойствами, такими как сжиженный нефтяной газ (СНГ), не могут работать при низких температурах. Варианты осуществления изобретения, описанные в данных документах, направлены на решение этих и других проблем.

Примеры осуществления прувера для расходомера расхода для низкотемпературных текучих сред включают вход, конфигурация которого обеспечивает его непосредственное крепление к трубопроводу, содержащему низкотемпературные текучие среды, выход, конфигурация которого обеспечивает его непосредственное крепление к трубопроводу, содержащему низкотемпературные текучие среды, расходомерную трубу, где расходомерная труба и вытеснитель выполнены с возможностью приема низкотемпературных текучих сред. В одном варианте осуществления изобретения расходомер также включает магнитную измерительную катушку, прикрепленную к расходомерной трубе, и магнитный элемент, закрепленный на вытеснителе, сообщающийся с магнитной измерительной катушкой через магнитное сопротивление. Вытеснитель может представлять собой поршень, а магнитный элемент может представлять собой кольцо-маркер, расположенное вокруг поршня. В другом варианте осуществления изобретения прувер включает магнитную измерительную катушку, прикрепленную к расходомерной трубе, и безуглеродный элемент-маркер, закрепленный на вытеснителе, сообщающийся с магнитной измерительной катушкой. Безуглеродный элемент-маркер может включать, по меньшей мере, один металл из группы, состоящей из металла с высоким значением магнитной проницаемости µ, металлов типа HYMU и HYMU 80. Безуглеродный элемент-маркер может включать комбинацию никеля, железа, меди и/или молибдена. В еще одном варианте осуществления изобретения прувер включает два ультразвуковых приемопередатчика, закрепленных на расходомерной трубе и передающих сигнал через канал расходомерной трубы, его вытеснитель выполнен с возможностью перемещения в канале и прерывания сигнала.

В некоторых вариантах осуществления изобретения канал прувера включает внутреннюю поверхность с микрофинишной доводкой. Микрофинишная доводка удерживает микроскопическую пленку низкотемпературных текучих сред между внутренней поверхностью канала и вытеснителем для обеспечения смазки. Микрофинишная доводка может находиться в диапазоне 32-16 микродюймов (0,8*10^-3 - 0,4*10^-3 м). Микрофинишная доводка может быть получена, по меньшей мере, одним из следующих способов: хонингованием, фрезерованием и шлифованием внутренней поверхности. В других вариантах осуществления изобретения вытеснитель включает лопасть, расположенную под углом к направлению потока низкотемпературных текучих сред. Вытеснитель может быть поршнем, включающим набор внутренних лопастей, идущих вдоль продольной оси поршня и установленных под углом коси. Лопасть приводит вытеснитель во вращение под действием потока низкотемпературных текучих сред.

Примеры осуществлений прувера для расходомера расхода низкотемпературных жидкостей включают расходомерную трубу с каналом и магнитной измерительной катушкой, установленной на ней, и поршень, расположенный в канале и включающий безуглеродный магнитный элемент, где поршень выполнен с возможностью перемещения магнитного элемента мимо магнитной измерительной катушки и сообщения с магнитной измерительной катушкой через магнитное сопротивление. Внутренняя поверхность канала может включать микрофинишную доводку для удержания микропленки из смазывающей текучей среды. Поршень включает набор лопастей, вращающих поршень. В других вариантах осуществления изобретения расходомер включает два ультразвуковых приемопередатчика, расположенных в канале и взаимодействующих через канал, при этом перемещение поршня прерывает связь между ультразвуковыми приемопередатчиками.

Примеры осуществления системы для калибровки низкотемпературных текучих сред включают трубопровод с низкотемпературными текучими средами, прувер, встроенный в трубопровод и принимающий низкотемпературные текучие среды, при этом расходомер включает расходомерную трубу, включающую поршень, расположенные в ней с возможностью перемещения и, по меньшей мере, либо измерительную катушку, либо ультразвуковые приемопередатчики, установленные в расходомерной трубе и сообщающиеся с поршнем. Низкотемпературные текучие среды включают температуру менее чем около -50° по Фаренгейту (-46°C) и в альтернативном варианте температуру менее чем около -220° по Фаренгейту (-140°C). Внутренняя поверхность расходомерной трубы может включать микрофинишную доводку для поддержания микропленки из смазывающей текучей среды. Поршень может быть выполнен с возможностью вращения при осевом перемещении.

Вышеприведенное описание предназначено для иллюстрации принципов и различных вариантов осуществления настоящего изобретения. Хотя приведены конкретные варианты осуществления изобретения, специалистами в данной области техники возможно создание их модификаций, не выходящих за пределы сути и положений изобретения. Варианты осуществления изобретения, описанные в данном документе, приведены исключительно в качестве примеров и не накладывают никаких ограничений. Соответственно, объем защиты не ограничивается вышеприведенным описанием, а ограничивается только формулой изобретения, приводимой ниже, и данный объем включает все эквиваленты предмета формулы изобретения.

Прувер расходомера для низкотемпературных сред включает трубопровод подачи низкотемпературных текучих сред, вход и выход, выполненные с возможностью соединения с трубопроводом, расходомерную трубку и вытеснитель. Причем расходомерная трубка снабжена каналом и выполнена с возможностью приема низкотемпературных текучих сред и установлена между входом и выходом. Вытеснитель установлен с возможностью перемещения в канале и выполнен с возможностью приема низкотемпературных текучих сред. Прувер также включает по меньшей мере одну магнитную измерительную катушку и пару приемопередатчиков, соединенных с расходомерной трубкой и связанных с вытеснителем. Канал снабжен внутренней поверхностью, выполненной посредством микрофинишной доводки с возможностью удержания микропленки текучей среды для смазки. Технический результат - обеспечение прямой калибровки с использованием низкотемпературных продуктов и повышение точности. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Прувер расходомера для низкотемпературных текучих сред, включающий трубопровод подачи низкотемпературных текучих сред, вход и выход, выполненные с возможностью соединения с трубопроводом, расходомерную трубу, снабженную каналом, выполненную с возможностью приема низкотемпературных текучих сред и установленную между входом и выходом, вытеснитель, установленный с возможностью перемещения в канале и выполненный с возможностью приема низкотемпературных текучих сред, по меньшей мере одну магнитную измерительную катушку и пару приемопередатчиков, соединенных с расходомерной трубой и связанных с вытеснителем.

2. Прувер по п.1, который дополнительно включает магнитный элемент, соединенный с вытеснителем, связанным с магнитной измерительной катушкой посредством магнитного сопротивления.

3. Прувер по п.2, в котором вытеснитель представляет собой поршень, а магнитный элемент представляет собой кольцо-маркер, расположенное вокруг поршня.

4. Прувер по п.1, который дополнительно включает безуглеродный элемент-маркер, соединенный с вытеснителем, связанным с магнитной измерительной катушкой.

5. Прувер по п.4, в котором безуглеродный элемент-маркер выполнен по меньшей мере из одного металла с высоким магнитным сопротивлением (µ), выбранного из группы, включающей металл HYMU и металл HYMU 80.

6. Прувер по п.4, в котором безуглеродный элемент-маркер выполнен из по меньшей мере одного материала, выбранного из группы, включающей никель, железо, медь и молибден.

7. Прувер по п.1, в котором пара приемопередатчиков установлена с возможностью передачи сигнала через канал расходомерной трубы, а вытеснитель установлен с возможностью перемещения в канале и прерывания сигнала.

8. Прувер по п.1, в котором канал снабжен внутренней поверхностью, выполненной посредством микрофинишной доводки.

9. Прувер по п.8, в котором между внутренней поверхностью канала и вытеснителем имеется микроскопическая пленка низкотемпературных текучих сред, которая удерживается на внутренней поверхности для смазки.

10. Прувер по п.8, в котором микрофинишная доводка находится в диапазоне от 0,8×10^-3 м до 0,4×10^-3 м.

11. Прувер по п.8, в котором микрофинишная доводка получена, по меньшей мере, одним способом, выбранным из группы, включающей хонингование, фрезерование и шлифование внутренней поверхности.

12. Прувер по п.1, в котором вытеснитель содержит лопасть, расположенную под углом к направлению потока низкотемпературных текучих сред.

13. Прувер по п.12, в котором вытеснитель представляет собой поршень, снабженный набором внутренних лопастей, расположенных вдоль продольной оси и под углом к ней.

14. Прувер по п.12, в котором лопасть выполнена с возможностью привода во вращение вытеснителя под действием потока низкотемпературных текучих сред.

15. Прувер по п.1, в котором низкотемпературные текучие среды имеют температуру менее чем примерно -46°С.

16. Прувер по п.1, в котором пара приемопередатчиков представляет собой пару ультразвуковых приемопередатчиков.

17. Прувер по п.1, в котором низкотемпературные текучие среды представляют собой по меньшей мере одну среду, выбранную из группы, включающей сжиженный природный газ (СПГ), жидкий водород, жидкий бутан, жидкий пропан и сжиженный нефтяной газ (СНГ).

18. Прувер расходомера для низкотемпературных текучих сред, включающий расходомерную трубу, снабженную каналом и содержащую магнитную измерительную катушку, установленную на трубе, поршень, снабженный безуглеродным магнитным элементом, установленный в канале с возможностью перемещения магнитного элемента относительно магнитной измерительной катушки и связанный с ней посредством магнитного сопротивления.

19. Прувер по п.18, в котором канал снабжен внутренней поверхностью, выполненной посредством микрофинишной доводки с возможностью удержания микропленки текучей среды для смазки.

20. Прувер по п.18, в котором поршень содержит набор лопастей, установленных с возможностью вращения вместе с поршнем.

21. Прувер по п.18, который дополнительно включает пару ультразвуковых приемопередатчиков, установленных на расходомерной трубе и связанных друг с другом через канал, при этом перемещение поршня прерывает связь между указанными приемопередатчиками.

22. Система калибровки для низкотемпературных текучих сред, включающая трубопровод передачи низкотемпературных текучих сред, прувер расходомера, установленный в трубопроводе с возможностью приема низкотемпературных текучих сред и содержащий расходомерную трубу, имеющую поршень, установленный с возможностью перемещения в ней, и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей магнитную измерительную катушку и пару приемопередатчиков, установленных на расходомерной трубе и связанных с поршнем.

23. Система по п.22, в которой низкотемпературные текучие среды имеют температуру менее чем примерно -46°C.

24. Система по п.22, в которой низкотемпературные текучие среды имеют температуру менее чем примерно -140°C.

25. Система по п.22, в которой поршень содержит безуглеродный магнитный элемент-маркер.

26. Система по п.22, в которой внутренняя поверхность расходомерной трубы выполнена посредством микрофинишной доводки и с возможностью удержания микропленки текучей среды, представляющей собой смазку.

27. Система по п.22, в которой поршень выполнен с возможностью вращения при осевом перемещении.

28. Система по п.22, в которой пара приемопередатчиков представляет собой пару ультразвуковых приемопередатчиков.