КОНТРОЛЬ СТАЦИОНАРНОГО СОСТОЯНИЯ ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ Российский патент 2019 года по МПК G01N1/02 

В настоящей международной заявке РСТ испрашивается приоритет по заявке США №15/297,425, поданной 19 октября 2016 г. и по предварительной заявке США №62/248,140, поданной 29 октября 2015 г.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к усовершенствованию, обеспечивающему повышенную надежность получаемых измерений в области анализа проб газа. Согласно изобретению предлагается выполнение по существу совмещенного контроля стационарного состояния потока текучей среды при аналитическом отборе проб, что особенно эффективно для использования с низкотемпературными текучими средами, такими как сжиженный природный газ (LNG).

Уровень техники

Оценка качества, количества и энергоемкости газа как топлива, в частности при откачке газа потребителю по закрытой системе из трубопровода или источника, требует отбора проб и их кондиционирования. Известно, что отклонения в измерениях проб могут быть вызваны, например, неравномерностью потока текучей среды, разбиением на компоненты и/или разделением фаз до или во время процесса извлечения пробы. Существование пульсаций потока, его неламинарности, и времени запаздывания извлеченной пробы являются некоторыми из общепризнанных проблем, которые нарушают надлежащую однородность потока проб, препятствуя точному анализу.

Стандартные практические подходы к отбору проб в отрасли, связанной с LNG, в частности относительно операций по откачке газа потребителю по закрытой системе, как правило, применяются в тех случаях, когда LNG находится на определенном уровне в стационарном контейнере для хранения, или основываются на наблюдениях за физическим состоянием потока в трубопроводе, когда считается, что достигнут стабильный расход потока. В периоды нестабильности или непостоянного потока извлечение и анализ проб, как правило, приостанавливается до восстановления приемлемых условий.

Регламентирующими стандартами отбора проб сжиженного природного газа, такими, как ISO 8943:2007, Глава 7.1, установлено, что отбор проб должен производиться только в течение " … того периода времени, в течение которого расход потока является достаточно стабильным…". В стандарте не определен какой-либо специальный способ количественной оценки заявленного "стабильного" состояния. Однако, при отсутствии очевидных проблем, определение стационарного состояния потока обычно производится только после завершения операции. То есть, стабильность потока проб может вызывать сомнения только после прохождения анализатора и обнаружения изменений в полученных аналитических результатах, выходящих за допустимый порог. Следовательно, достоверность полученных результатов является сомнительной, и точность результатов относительно контроля энергопотребления при откачке газа потребителю по закрытой системе или относительно подобного часто становится ненадежной. Существующие системы и приборы для анализа потока текучих сред в трубопроводах не решают проблему, связанную с отбором проб в условиях нестабильного потока, и, следовательно, не учитывают возникающие проблемы с точностью измерения/анализа.

Поэтому необходима система, объединенная или связанная с оборудованием для отбора проб, для по существу совмещенной проверки стационарного состояния потока текучей среды, из которой отбираются пробы.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение в некоторых вариантах его осуществления, состоит в создании системы для определения, когда поток текучей среды в трубопроводе принимает по существу стабильное и стационарное состояние, подходящее для извлечения и анализа проб.

Другая техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке по меньшей мере одного способа контроля стабильного потока до введения извлеченной пробы в аналитическое оборудование для проведения анализа пробы.

Еще одна техническая проблема, на решение которой направлено изобретение в некоторых вариантах осуществления, состоит в разработке системы и способа для повышения точности результатов аналитических измерений, получаемых из проб за длительный период времени, который может включать в себя периоды нестабильности потока проб.

Дополнительная техническая проблема, на решение которой направлено изобретение в некоторых вариантах осуществления, состоит в разработке методики определения стабильности потока проб при извлечении проб для повышения качества анализа проб.

И еще одна техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение в некоторых вариантах осуществления, состоит в обеспечении прерывания отбора проб в периоды нестабильности потока.

Дополнительная техническая проблема, на решение которой направлено изобретение в некоторых вариантах осуществления, состоит в разработке системы и способа по существу совмещенного контроля расхода потока с отбором проб из источника, содержащего текучую среду.

Некоторые из этих и других технических проблем могут быть решены посредством системы отбора проб для низкотемпературных текучих сред в трубопроводе, содержащей: а) пробоотборный зонд; б) клапан с приводом, связанный с указанным пробоотборным зондом, для управления отбором проб посредством указанного зонда; и с) детектор состояния потока текучей среды в трубопроводе, расположенный в вблизи от пробоотборного зонда, причем указанный детектор выполнен с возможностью формирования по меньшей мере одного управляющего сигнала, передаваемого к указанному клапану с приводом, для прекращения отбора проб из трубопровода при нестабильности потока текучей среды.

Согласно изобретению предусмотрен дополнительный к предыдущему вариант осуществления, отличающийся тем, что содержит электронный контроллер для приема передаваемого сигнала от детектора и клапана с приводом, который является электрически управляемым электромагнитным клапаном.

Согласно изобретению предусмотрен вариант осуществления, дополнительный к любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что содержит экспертную программную систему для обработки сигналов и управления электромагнитным клапаном.

Согласно изобретению предложен вариант осуществления, дополнительный к любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что детектор представляет собой акустический датчик.

Согласно изобретению предусмотрен вариант осуществления, дополнительный к любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что детектор выполнен с возможностью воспринимать звуковые волны в диапазоне частот, выбранном из группы, включающей в себя ультразвуковой, звуковой и инфразвуковой диапазоны, для контроля состояния потока текучей среды в трубопроводе.

Согласно изобретению предусмотрен вариант осуществления, дополнительный к любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что детектор выполнен с возможностью воспринимать нестабильность потока текучей среды в трубопроводе за пределами допустимого порога, возникающую от аномалий, вызванных любым из следующих явлений: пульсации, фазовые переходы и неламинарность потока.

Согласно изобретению предусмотрен вариант осуществления, дополнительный к любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что детектор является пассивным, установлен снаружи на трубопроводе, выполнен с возможностью обеспечения базового сигнала, соответствующего шумообразованию при номинальных характеристиках потока, связанных с однородностью потока, и передачи сигнала при обнаружении шума на уровне заданного порога, превышающего базовый сигнал.

Согласно изобретению предусмотрен вариант осуществления, дополнительный к любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что детектор связан с генератором ультразвуковых волн.

Согласно изобретению предусмотрен вариант осуществления, дополнительный к любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что детектор выполнен с возможностью оценки потока текучей среды по одному из следующих параметров: распространение ультразвуковой волны, затухание ультразвуковой волны и пограничное отражение ультразвуковой волны.

Согласно изобретению предусмотрен вариант осуществления, дополнительный к любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что генератор ультразвуковых волн и детектор диаметрально разнесены друг от друга на трубопроводе.

Однако некоторые технические проблемы могут быть решены посредством системы отбора проб текучей среды в трубопроводе для по существу совмещенного контроля расхода потока, содержащей: пробоотборный зонд; детектор звуковой волны для обнаружения наличия звуковых аномалий, создаваемых по меньшей мере одним нестабильным состоянием потока текучей среды в трубопроводе, и формирования характеризующего их сигнала; контроллер, принимающий сигнал и определяющий, превышает ли сигнал заданный порог; и электромеханически управляемый клапан, соединенный с пробоотборным зондом и связанный с контроллером посредством обмена сигналами, при этом указанный электромеханически управляемый клапан обеспечивает возможность прекращения извлечения проб текучей среды при обнаружении превышающего порог сигнала и возобновления извлечения проб текучей среды из трубопровода при получении сигнала, не превышающего заданный порог и указывающего на восстановление по существу стационарного состояния потока.

Согласно изобретению предусмотрен дополнительный к предыдущему вариант осуществления, отличающийся тем, что содержит ультразвуковой передатчик для передачи в текучую среду ультразвукового сигнала для анализа параметра потока текучей среды, выбранного из группы, включающей в себя распространение ультразвуковой волны, затухание ультразвуковой волны и пограничное отражение ультразвуковой волны.

Согласно изобретению предусмотрен вариант осуществления, дополнительный к любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что ультразвуковой передатчик закреплен на внешней стороне трубопровода диаметрально противоположно детектору звуковой волны.

Упомянутые и другие технические проблемы, на решение которых направлено настоящее изобретение, могут быть решены посредством способа выборочного выполнения извлечения проб текучей среды из трубопровода посредством зонда, включающего в себя этапы: определения состояний потока текучей среды в трубопроводе; формирования сигнала обнаружения, соответствующего обнаруженному сигналу, сформированному состояниями потока текучей среды в трубопроводе; передачи сигнала обнаружения контроллеру, который определяет, превышает ли сигнал предварительно заданный порог, указывающий на нестабильность потока текучей среды; и приведения клапана с приводом в положение прекращения извлечения текучей среды для проб из трубопровода при обнаружении превышающего порог сигнала и в положение возобновления извлечения текучей среды для проб при обнаружении сигнала, меньшего, чем предварительно заданный порог, соответствующий по существу стационарному состоянию потока текучей среды.

Согласно изобретению предусмотрен дополнительный к предыдущему вариант осуществления, отличающийся тем, что сигнал о состоянии потока в трубопроводе основан на звуковом обнаружении звукового сигнала в диапазоне, выбранном из группы, включающей в себя ультразвуковой, звуковой и инфразвуковой диапазоны.

Согласно изобретению предложен вариант осуществления, дополнительный к любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что звуковое обнаружение является пассивным.

Согласно изобретению предусмотрен вариант осуществления, дополнительный к любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что включает в себя этап передачи ультразвукового сигнала в текучую среду и обнаружения отраженного в текучей среде сигнала.

Согласно изобретению предусмотрен вариант осуществления, дополнительный к любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что клапан с приводом представляет собой электромагнитный клапан, приводимый в положение закрытия и прекращения отбора проб при обнаружении превышающего порог сигнала.

Согласно изобретению предусмотрен вариант осуществления, дополнительный к любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что включает в себя этап переноса текучей среды для проб, извлеченной из трубопровода, в присоединенный анализатор, когда сигнал не превышает предварительно заданный порог, указывающий на нестабильность потока текучей среды.

Согласно настоящему изобретению контроль стационарного состояния потока предусмотрен в начале линии системы отбора проб, а не в ее конце. В отличие от существующих систем подготовки и анализа проб LNG (низкотемпературного) или газоконденсатных жидкостей (NaturalGasLiquids, NGL) (неохлажденных), согласно настоящему изобретению определение стабильности потока текучей среды предусмотрено до выполнения анализа. Такое определение позволяет избежать нестабильности потока пробы и сопутствующих нежелательных отклонений в полученных от анализатора результатах. Настоящее изобретение также позволяет избежать потерь ресурсов и времени, связанных с отбраковкой проб вследствие обнаружения отклонений только после завершения анализа проб. Согласно изобретению обеспечивается повышенная степень достоверности полученных результатов относительно контроля энергосодержания при откачке газа потребителю по закрытой системе.

Теоретически изобретение опирается на обнаружение посредством датчика, основанное на динамике звуковых волн достаточной частоты (звуковых/ультразвуковых). На таких частотах звуковые волны эффективно механически распространяются в жидкостях, менее эффективно в газах и фактически не распространяются в их смесях. В однородной по существу жидкости определенного состава скорость звука относительно высока, а затухание существенно меньше, чем в газе аналогичного состава. В результате, как установлено посредством акустических измерений, сигнал, сформированный жидкостью или смесью жидкости/газа в трубопроводе, может быть использован для определения стабильности потока внутри трубопровода для извлечения пробы. Когда извлечение пробы происходит при стационарном/стабильном потоке, из которого отбираются пробы, получаются более точные и надежные результаты и выполняются требования ISO 8943:2007.

В одной конфигурации, предусмотренной согласно изобретению, акустический датчик установлен (постоянно или с возможностью снятия) на пробоотборном зонде или рядом с ним, на трубопроводе, например, для переноса LNG. Датчик может быть смачиваемым (в контакте с жидкостью) или размещен изолированно, например, прижат хомутом. Датчик связан посредством обмена сигналами через соответствующее соединение с устройством обработки звуковых волн/электронным устройством анализа для измерения одной или комбинации из следующих шести характеристик.

A. Скорость распространения звука ультразвукового сигнала через текучую среду (активное измерение). В случае LNG скорость звука зависит от его температуры, давления и состава. Она не зависит от скорости LNG через трубопровод (т.е. расхода потока). Любое обнаруженное изменение в скорости распространения звука указывает на то, что, по меньшей мере, одна из указанных характеристик (т.е. температура, давление, или состав) LNG изменяется во время измерения и указывает на нестабильность пробы.

B. Затухание ультразвукового сигнала в текучей среде (активное измерение). В случае LNG коэффициент затухания ультразвука аналогичным образом находится в строгой зависимости от его температуры, давления, и/или состава. Обнаруженное отклонение мощности сигнала при распространении через известное количество LNG указывает на нестабильное состояние потока.

C. Изменение частотных компонентов ультразвукового сигнала, прошедшего через текучую среду (активное измерение). Как и в случае со скоростью распространения и затуханием звука, сдвиг частоты в обнаруженном ультразвуковом импульсе, проходящем через известное количество LNG, указывает на нестабильность потока.

D. Амплитудный и частотный спектр механической энергии, вырабатываемой протекающим LNG (пассивное измерение). Протекающие в трубопроводах жидкости создают специфические уровни и частоты акустической энергии, то есть шум. Акустические или ультразвуковые датчики могут измерять характеристики механической энергии при пассивном "прослушивании". Изменения в шуме, создаваемом протекающим в трубопроводе LNG, являются показателями нестабильного потока.

E. Физический уровень жидкости, протекающей в трубопроводе. Ультразвуковой сигнал может быть использован для определения уровня жидкости в трубопроводе путем обнаружения границы раздела жидкости/газа при измерении отражения в жидкости. Отклонение обнаруживаемого уровня является прямым показателем нестабильности расхода потока.

F. Физический уровень газа, протекающего в трубопроводе. Ультразвуковой сигнал может быть использован для определения уровня газа или испаренной жидкости в трубопроводе путем обнаружения границы раздела жидкости/газа при измерении отражения в газе/паре. Отклонения обнаруживаемого уровня являются прямым показателем нестабильности расхода потока.

Согласно изобретению предусмотрен диагностический инструмент, который эффективно ограничивает отбор пробы промежутками времени, когда обеспечены соответствующие характеристики потока для проб, например, стационарное состояние потока. Система выполняет контроль потока в трубопроводе в момент отбора пробы или незадолго до него, проба после этого направляется к присоединенному устройству кондиционирования проб. Изобретение характеризуется клапанным управлением отбором проб, запускаемым для прекращения отбора проб при обнаружении отклонения потока, выходящего за пределы допустимого порога, и для перезапуска отбора проб при возобновлении стационарного состояния потока. Для этого настоящее изобретение в одном из вариантов осуществления распознает наличие соответствующего окна обнаружения состояния потока на основе коэффициентов затухания, полученных из распространения сигнала через трубопроводный источник отбираемой для проб/извлекаемой текучей среды.

В другом варианте осуществления изначально за основу принято использование ультразвука для обеспечения распространения звуковых волн по трубопроводу. Теоретически, в пассивном варианте осуществления происходит "прослушивание" шума в трубопроводе посредством внешнего датчика, установленного на нем около зонда для извлечения, и образование базового уровня шума при номинальных характеристиках потока. Отклонения характеристик шума, превышающие установленный порог, вызовут сигнал тревоги и/или автоматическое отключение извлечения проб до тех пор, пока не восстановится базовый уровень. Другими словами, если уровень шума в процессе передачи находится за пределами пороговой границы, существует нарушение потока, вызванное неоднородностями, например, пузырями, кавитацией, пульсацией (при перекачивании), образованием пара, изменениями состава жидкости от разбиения на компоненты и т.д. При таких условиях непосредственное обнаружение аномалии предотвращает поступление текучей среды с отклонениями в расположенное ниже по потоку оборудование кондиционирования проб и в газоанализатор.

Используемая здесь терминология предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления и не ограничивает изобретение.

Используемые здесь формы единственного числа не исключают наличия также объектов во множественном числе, если в контексте явно не указано иное. Следует понимать, что базовые термины «включать в себя» и/или «иметь» при использовании в этом описании указывают на наличие установленных признаков, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают наличия или добавления по меньшей мере одного другого признака, этапа, операции, элемента, компонента и/или их групп.

Используемые здесь термины «содержит», «содержащий», «включает в себя», «включающий», «имеет», «имеющий» или любая другая их вариация предназначены для неисключающего включения. Например, процесс, способ, деталь или устройство, содержащие перечень признаков, не обязательно ограничиваются только этими признаками, но могут включать в себя другие признаки, не перечисленные в явной форме или присущие такому процессу, способу, детали или устройству.

Термин «подсоединенный» обозначает физически, непосредственно или косвенно зафиксированный или установленный съемным образом, например, блок связи подсоединен к компоненту анализатора пробы либо непосредственно, либо посредством обычного беспроводного соединения при размещении на расстоянии друг от друга. Таким образом, если не указано иное, термин "подсоединенный" предназначен для обозначения любого эксплуатационно функционального соединения.

Ссылки на «один вариант осуществления», «вариант осуществления» или «в вариантах осуществления» означают, что обсуждаемый признак включен по меньшей мере в один вариант осуществления изобретения. Кроме того, отдельные ссылки на «один вариант осуществления», «вариант осуществления», «варианты осуществления» не обязательно относятся к одному и тому же варианту осуществления; однако эти варианты осуществления не являются взаимоисключающими, если явно не указано иное, и за исключением тех случаев, когда это будет очевидно специалистам в данной области техники. Таким образом, изобретение может включать в себя любое множество комбинаций и/или совокупностей вариантов осуществления, описанных здесь.

Используемые в настоящем описании термины «интегрированный» и «выполненный за одно целое» предназначены для обозначения по меньшей мере двух объединяемых разъединенных, раздельных компонентов, которые могут быть скомбинированы или совмещены/объединены в единую интегрированную структуру.

Используемый здесь термин «или», если явно не указано иное, относится к включающему «или», а не к исключающему «или». Например, условие А или В выполняется любым из следующих способов: А истинно (или присутствует), а В является ложным (или отсутствует), А является ложным (или отсутствует), а В истинно (или присутствует), и оба - А и В - являются истинными (или присутствуют).

Используемые здесь термины «по существу», «в целом» и другие слова/словосочетания, выражающие степень сравнения, являются относительными определениями, предназначенными для указания допустимого отклонения от характеристики, определяемой таким образом. Такое слово/словосочетание не предназначено для ограничения абсолютной величиной или характеристикой, которую оно определяет, а скорее обладает большей физической или функциональной характеристикой, чем его противоположность, и предпочтительно приближает или аппроксимирует такую физическую или функциональную характеристику.

Используемый здесь термин «клапан с приводом» предполагает автоматически управляемый клапан, приводимый в действие посредством электрической, гидравлической или пневматической энергии и, более предпочтительно, электромеханически управляемый клапан, такой как электромагнитный клапан.

Используемый термин "единый" предназначен для обозначения неделимой/неразделенной отдельной структуры.

Далее в описании делается ссылка на прилагаемые чертежи, показанные в качестве иллюстрации для конкретных вариантов осуществления, в рамках которых изобретение может быть осуществлено на практике. Следующие проиллюстрированные варианты осуществления описаны достаточно подробно, чтобы дать возможность специалистам в данной области техники применить изобретение на практике. Следует понимать, что могут быть использованы другие варианты осуществления и что конструктивные изменения, основанные на известных в настоящее время конструктивных и/или функциональных эквивалентах, могут быть внесены без выхода за границы объема правовой охраны настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема основных элементов изобретения.

На фиг. 2 проиллюстрирован вариант осуществления изобретения, в котором датчик расхода расположен в трубопроводе рядом с пробоотборным зондом.

На фиг. 3 схематически представлены альтернативные возможные варианты осуществления изобретения, в которых датчик расхода размещен по меньшей мере в одном из трех различных положений в системе отбора проб.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 в схематическом виде проиллюстрирован вариант осуществления системы 10 обнаружения стационарного состояния потока (SteadyStateFlow, SSF). В своей основе система 10 SSF согласно настоящему изобретению содержит систему обнаружения, имеющую звуковой датчик 12, установленный в протекающем потоке низкотемпературной текучей среды F (проиллюстрированном на фиг. 2), электронный контроллер 14, который возбуждает и измеряет сигналы от датчика 12, и программную экспертную систему 16 для конфигурирования и связи с контроллером 14. Контроллер 14 соединен с электромагнитным клапаном 18 выключения, который прекращает отбор проб при обнаружении нестабильности потока.

При обычной работе ультразвуковая измерительная система прикреплена к трубопроводу Р. Как правило, в активной конфигурации комплекс будет включать в себя ультразвуковой передатчик и ультразвуковой приемник. В пассивной конфигурации необходим только звуковой детектор. В любом случае система 10 предпочтительно соединена электронным образом с микросхемой или программируемой логической схемой (ProgrammableLogicDevice, PLC) для приема входящего сигнала 20, обработки сигнала согласно заданному протоколу/алгоритму, обнаружения отклонений, выходящих за пределы допустимого порога, формирования сигнала, реагирующего на обнаруженное отклонение для соответствующего действия, то есть, закрытие электромагнитного клапана 18 для прекращения отбора проб, формирования сигнала тревоги и т.д. Только после возобновления устойчивого состояния потока отбор проб будет возобновлен.

Конкретная форма датчика 12 будет зависеть от требуемой функциональности блока, которая определяется выбранной методикой или сочетаниями методик при активных или пассивных измерениях. Независимо от выбранного параметра или параметров, используемых для определения стационарного состояния потока (т.е., распространение ультразвуковой волны, затухание ультразвуковой волны, пограничное отражение ультразвуковой волны, обнаружение пассивного шума, и т.д.), датчик 12 предпочтительно соединен с электромагнитным клапаном 18, связанным с зондом 22, и расположенным на линии в промежутке между зондом 22 и расположенным ниже по потоку анализатором проб, и открываемымприпо существу стационарном состоянии потока.

Датчик 12 может быть выполнен в виде независимого детектора (пассивного) или генератора/передатчика волн и приемника волн (активного), выполненных в едином корпусе (отражение), либо диаметрально разнесенных. Датчик 12 может быть установлен с постоянным креплением на трубопроводе Р, с выборочной установкой посредством зажимного приспособления, или даже с временной установкой посредством гибкого ремня для легкого размещения и снятия. Предпочтительно, датчик 12, будь то в едином корпусе или содержащий отдельные элементы передатчика/приемника, располагается вблизи соответствующего пробоотборного зонда 22 на трубопроводе Р, так чтобы облегчить по существу совмещенный контроль потока текучей среды F в трубопроводе, как показано на фиг.2.

Использование в процессе работы сочетания упомянутых подходов и упор на различные функциональные сенсорные возможности, например, прямые (скорость распространения звука/коэффициент затухания и изменение/небольшое изменение частоты) или косвенные (обнаружение шума от кавитации/пузырей), могут минимизировать потенциальные погрешности, возникающие вследствие неравномерности потока низкотемпературной текучей среды F, такой как LNG, когда характеристики (температура/давление) находятся около фазовой границы текучей среды.

На фиг. 3 проиллюстрированы альтернативные возможные варианты осуществления изобретения, где датчик 12 находится в разных положениях в пределах системы отбора проб. Все указанные положения предусмотрены в трубопроводе Р, который содержит установку, изображенную на фиг. 2. Альтернативно, датчик 12 может быть расположен ниже по потоку от отбора проб, как например, в рукаве 24 отобранных проб, передающем пробу от трубопровода Р к камере кондиционирования проб, который, предпочтительно, выполнен с возможностью тепловой изоляции путем использования рукава в вакуумированном кожухе или тому подобного. Датчик 12 также может быть размещен в пассивном корпусе, через который проба проходит после отбора, в таком, как ящик PONY® без подогрева.

Согласно изобретению датчик 12 также может быть размещен у входного отверстия в камеру 26 испарителя для определения состояния потока проб до подготовки пробы.

Что касается управления отбором проб, поскольку клапан с приводом можно по существу мгновенно открывать и закрывать в зависимости от характеристик потока в трубопроводе, при том, что предпочтительно использование обычного электромеханического электромагнитного клапана, клапан может быть выполнен на основе других известных источников движущей силы, таких как гидравлические, жидкостные, или пневматические системы, которые могут выполнить закрытие клапана при обнаружении нестабильности потока посредством присоединенного датчика.

Хотя описанный вариант осуществления изобретения и его различные варианты были проиллюстрированы в предшествующем описании, специалистам в данной области техники очевидно, что благодаря предшествующему описанию и соответствующим чертежам можно предусмотреть множество модификаций и вариантов осуществления, к которым относится изобретение. Поэтому очевидно, что настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами осуществления, раскрытыми здесь, и что многие модификации и другие варианты осуществления изобретения могут быть включены в объем правовой охраны изобретения. Кроме того, хотя здесь использованы специфические термины, они использованы только для обобщения и пояснения и не ограничивают изобретение.

Промышленная применимость

Детектор для контроля стабильности состояния потока текучей среды через трубопровод, передающий сигнал к клапану с приводом, который прекращает извлечение проб текучей среды посредством пробоотборного зонда при обнаружении нестабильного потока и возобновляет извлечение проб текучей среды посредством пробоотборного зонда при обнаружении по существу стационарного состояния потока, делает настоящее изобретение эффективным для использования в системах отбора проб текучих сред в трубопроводе.

Изобретение относится к усовершенствованию, обеспечивающему повышенную надежность получаемых измерений в области анализа проб газа. Система отбора проб включает пробоотборный зонд, клапан с приводом и детектор состояния. Детектор выполнен с возможностью формирования по крайней мере одного управляющего сигнала, передаваемого к приводу для прекращения отбора проб из трубопровода при нестабильности потока текучей среды. Изобретение обеспечивает обнаружение нестабильных состояний потока в трубопроводе, прекращает анализ проб текучей среды при нестабильности потока и возобновляет отбор проб при восстановлении устойчивого состояния потока. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система отбора проб низкотемпературных текучих сред в трубопроводе, содержащая:

a) пробоотборный зонд;

b) клапан с приводом, связанный с указанным пробоотборным зондом, для управления отбором проб посредством указанного зонда; и

c) детектор состояния потока текучей среды в трубопроводе, расположенный вблизи пробоотборного зонда, причем указанный детектор выполнен с возможностью формирования по меньшей мере одного управляющего сигнала, передаваемого к указанному клапану с приводом, для прекращения отбора проб из трубопровода при нестабильности потока текучей среды.

2. Система отбора проб по п. 1, отличающаяся тем, что содержит электронный контроллер для приема передаваемого сигнала от детектора и клапана с приводом, который является электрически управляемым электромагнитным клапаном.

3. Система отбора проб по п. 2, отличающаяся тем, что содержит экспертную программную систему для обработки сигналов и управления электромагнитным клапаном.

4. Система отбора проб по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что детектор представляет собой акустический датчик.

5. Система отбора проб по п. 4, отличающаяся тем, что детектор выполнен с возможностью воспринимать звуковые волны в диапазоне частот, выбранном из группы, включающей в себя ультразвуковой, звуковой и инфразвуковой диапазоны, для контроля состояния потока текучей среды в трубопроводе.

6. Система отбора проб по п. 5, отличающаяся тем, что детектор выполнен с возможностью воспринимать нестабильность потока текучей среды в трубопроводе за пределами допустимого порога, возникающую от аномалий, вызванных любым из следующих явлений: пульсации, фазовые переходы и неламинарность потока.

7. Система отбора проб по п. 6, отличающаяся тем, что детектор является пассивным, установлен снаружи на трубопроводе, выполнен с возможностью обеспечения базового сигнала, соответствующего шумообразованию при номинальных характеристиках потока, связанных с однородностью потока, и передачи сигнала при обнаружении шума на уровне заданного порога, превышающего базовый сигнал.

8. Система отбора проб по п. 7, отличающаяся тем, что детектор связан с генератором ультразвуковых волн.

9. Система отбора проб по п. 8, отличающаяся тем, что детектор выполнен с возможностью оценки потока текучей среды по одному из следующих параметров: распространение ультразвуковой волны, затухание ультразвуковой волны и пограничное отражение ультразвуковой волны.

10. Система отбора проб по п. 9, отличающаяся тем, что генератор ультразвуковых волн и детектор диаметрально разнесены друг от друга на трубопроводе.

11. Система отбора проб трубопровода текучей среды для, по существу, совмещенного контроля расхода потока, содержащая: пробоотборный зонд; детектор звуковой волны для обнаружения наличия звуковых аномалий, создаваемых по меньшей мере одним нестабильным состоянием потока текучей среды в трубопроводе, и формирования характеризующего их сигнала; контроллер, принимающий сигнал и определяющий, превышает ли сигнал заданный порог; и электромеханически управляемый клапан, соединенный с пробоотборным зондом и связанный с контроллером посредством обмена сигналами, при этом указанный электромеханически управляемый клапан обеспечивает возможность прекращения извлечения проб текучей среды при обнаружении превышающего порог сигнала и возобновления извлечения проб текучей среды из трубопровода при получении сигнала, не превышающего заданный порог и указывающего на восстановление, по существу, стационарного состояния потока.

12. Система отбора проб трубопровода текучей среды по п. 11, отличающаяся тем, что содержит ультразвуковой передатчик для передачи в текучую среду ультразвукового сигнала для анализа параметра потока текучей среды, выбранного из группы, включающей в себя распространение ультразвуковой волны, затухание ультразвуковой волны и пограничное отражение ультразвуковой волны.

13. Система отбора проб трубопровода текучей среды по п. 11, отличающаяся тем, что ультразвуковой передатчик закреплен на внешней стороне трубопровода диаметрально противоположно детектору звуковой волны.

14. Способ выборочного выполнения извлечения проб текучей среды из трубопровода посредством зонда, включающий в себя этапы

- определения состояний потока текучей среды в трубопроводе;

- формирования сигнала обнаружения, соответствующего обнаруженному сигналу, сформированному состояниями потока текучей среды в трубопроводе;

- передачи сигнала обнаружения контроллеру, который определяет, превышает ли сигнал предварительно заданный порог, указывающий на нестабильность текучей среды; и

- приведения клапана с приводом в положение прекращения извлечения текучей среды для проб из трубопровода при обнаружении превышающего порог сигнала и в положение возобновления извлечения текучей среды для проб при обнаружении сигнала, меньшего, чем предварительно заданный порог, соответствующий, по существу, стационарному состоянию потока текучей среды.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что сигнал о состоянии потока в трубопроводе основан на звуковом обнаружении звукового сигнала в диапазоне, выбранном из группы, включающей в себя ультразвуковой, звуковой и инфразвуковой диапазон.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что звуковое обнаружение является пассивным.

17. Способ по п. 15, отличающийся тем, что включает в себя этап передачи ультразвукового сигнала в текучую среду и обнаружения отраженного в текучей среде сигнала.

18. Способ по любому из пп. 14-17, отличающийся тем, что клапан с приводом представляет собой электромагнитный клапан, приводимый в положение закрытия и прекращения обора проб при обнаружении превышающего порог сигнала.

19. Способ по любому из пп. 14-17, отличающийся тем, что включает в себя этап переноса текучей среды для проб, извлеченной из трубопровода, в присоединенный анализатор, когда сигнал не превышает предварительно заданный порог, указывающий на нестабильность потока текучей среды.