ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПАРА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ КОМПОНЕНТОВ В МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЕ Российский патент 2022 года по МПК G01F1/84 G01N7/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Описанные ниже варианты осуществления относятся к определению концентрации компонента в потоке многокомпонентной текучей среды и, более конкретно, к использованию давления пара для определения концентраций компонентов в потоке многокомпонентной текучей среды.

Уровень техники

Вибрационные датчики, такие как, например, вибрационные плотномеры и расходомеры Кориолиса, в целом, известны и используются, чтобы измерять массовый расход и другую информацию для веществ, протекающих через трубу в расходомере. Примерные расходомеры Кориолиса раскрываются в патенте США 4,109,524, патенте США 4,491,025 и деле 31,450, все для Дж. Е. Смита и др. Эти расходомеры имеют одну или более труб прямой или изогнутой конфигурации. Конфигурация каждой трубы в кориолисовом массовом расходомере, например, имеет множество режимов свободных колебаний, которые могут иметь тип простого изгиба, торсионный или соединенный тип. Каждая трубка может приводиться в колебание в предпочтительном режиме.

Материал протекает в расходомере из подсоединенного трубопровода на впускной стороне расходомера, направляется через трубу(ы) и выходит из расходомера через выпускную сторону расходомера. Режимы свободного колебания вибрационной системы определяются частично посредством объединенной массы трубок и материала, протекающего в трубках.

Когда нет потока через расходомер, возбуждающая сила, прикладываемая к трубе(ам), вынуждает все точки вдоль трубы(труб) колебаться с идентичной фазой или небольшим "корректированием нуля", которое является временной задержкой, измеренной при нулевом расходе. Когда вещество начинает протекать через расходомер, кориолисовы силы вынуждают каждую точку вдоль трубы(труб) иметь различную фазу. Например, фаза на впускном конце расходомера отстает от фазы в централизованной позиции возбуждающего устройства, в то время как фаза на выпуске опережает фазу в централизованной позиции возбуждающего устройства. Тензодатчики на трубе(ах) формируют синусоидальные сигналы, характерные для перемещения трубы(труб). Сигналы, выводимые из тензодатчиков, обрабатываются, чтобы определять временную задержку между тензодатчиками. Временная задержка между двумя или более тензодатчиками пропорциональна массовому расходу вещества, протекающего через трубу(ы).

Измерительный электронный прибор, присоединенный к возбуждающему устройству, формирует возбуждающий сигнал, чтобы приводить в действие возбуждающее устройство и определять массовый расход и другие свойства вещества из сигналов, принимаемых от тензодатчиков. Возбуждающее устройство может содержать одну из многих хорошо известных конфигураций; однако, магнит и встречно-включенная катушка возбуждения успешно применяются в отрасли расходомеров. Переменный ток передается катушке возбуждения для вибрации трубы(труб) с желаемой амплитудой и частотой расходомерной трубы. Также в области техники известно предоставление тензодатчиков в качестве конфигурации магнита и катушки, очень похожей на конфигурацию возбуждающего устройства. Однако, в то время как возбуждающее устройство получает ток, который индуцирует перемещение, тензодатчики могут использовать перемещение, обеспечиваемое возбуждающим устройством, чтобы индуцировать напряжение.

Давление пара является важным свойством в прикладных задачах, которые имеют дело с протеканием и хранением летучих жидкостей, таких как бензин, газоконденсатные жидкости и сжиженный нефтяной газ. Давление пара предоставляет указание того, как летучие жидкости могут выполнять действие во время обработки, и дополнительно указывает условия, в которых пузырьки вероятно будут формироваться, и давление вероятно будет создаваться. По существу, показатель измерения давления пара летучих жидкостей увеличивает безопасность и предотвращает повреждение транспортных резервуаров и инфраструктуры. Например, если давление пара текучей среды является слишком высоким, может возникать образование пустот во время операций перекачки и транспортировки. Кроме того, давление пара резервуара или технологической линии может потенциально расти сверх безопасных уровней вследствие температурных изменений. Следовательно, часто требуется, чтобы давление пара было известным перед сохранением и транспортировкой.

Во многих применениях желательно также знать концентрации компонентов в многокомпонентной текучей среде. Для этого может потребоваться дополнительное оборудование и/или лабораторные пробы. Измерение на месте является более достоверным, так как оно устраняет необходимость в периодической дискретизации и полностью устраняет риск изменений свойств текучей среды между временем сбора пробы и лабораторным испытанием. Кроме того, безопасность улучшается посредством наличия измерений в реальном времени, так как небезопасные условия могут быть исправлены незамедлительно. Дополнительно, деньги экономятся, так как регулятивное правоприменение может быть проведено посредством проверок проб на месте, при этом инспекция и правоприменительные решения могут быть выполнены с небольшой задержкой или перерывом процесса. Соответственно, желательно определять концентрации компонентов в многокомпонентной текучей среде, используя давление пара текучей среды.

Сущность изобретения

Предоставляется система для использования давления пара для определения концентрации компонента в многокомпонентной текучей среде. Согласно варианту осуществления, система содержит электронный прибор, соединенный с возможностью связи с измерительным преобразователем, сконфигурированным, чтобы обнаруживать многокомпонентную текучую среду. Электронный прибор конфигурируется, чтобы определять первое давление пара, первое давление пара является давлением пара первого компонента многокомпонентной текучей среды, определять второе давление пара, второе давление пара является давлением пара второго компонента многокомпонентной текучей среды, определять многокомпонентное давление пара, многокомпонентное давление пара является давлением пара многокомпонентной текучей среды, и определять концентрацию, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара.

Предоставляется способ использования давления пара для определения концентрации компонента в многокомпонентной текучей среде. Согласно варианту осуществления, способ содержит определение первого давления пара, первое давление пара является давлением пара первого компонента многокомпонентной текучей среды, определение второго давления пара, второе давление пара является давлением пара второго компонента многокомпонентной текучей среды, использование измерительного преобразователя, имеющего многокомпонентную текучую среду, чтобы определять многокомпонентное давление пара, многокомпонентное давление пара является давлением пара многокомпонентной текучей среды, и определение концентрации, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара.

Аспекты

Согласно аспекту, система (700) для использования давления пара для определения концентрации компонента в многокомпонентной текучей среде содержит электронный прибор (710), соединенный с возможностью связи с измерительным преобразователем (720), сконфигурированным, чтобы обнаруживать многокомпонентную текучую среду. Электронный прибор (710) конфигурируется, чтобы определять первое давление пара, первое давление пара является давлением пара первого компонента многокомпонентной текучей среды, определять второе давление пара, второе давление пара является давлением пара второго компонента многокомпонентной текучей среды, определять многокомпонентное давление пара, многокомпонентное давление пара является давлением пара многокомпонентной текучей среды, и определять концентрацию, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара.

Предпочтительно, электронный прибор (710), конфигурируемый, чтобы определять концентрацию, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара, содержит электронный прибор (710), конфигурируемый, чтобы использовать уравнения:

; и

;

где:

P_m является многокомпонентным давлением пара и является суммой давлений, оказываемых каждым компонентом многокомпонентной текучей среды, являющейся двухкомпонентной текучей средой;

, являются, соответственно, первым давлением пара и вторым давлением пара, когда первый компонент и второй компонент являются беспримесными текучими средами; и

, являются, соответственно, молярными долями первого и второго компонента в двухкомпонентной текучей среде.

Предпочтительно, электронный прибор (710), конфигурируемый, чтобы определять концентрацию, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара, содержит электронный прибор (710), конфигурируемый, чтобы определять концентрации первого компонента, второго компонента и третьего компонента с помощью уравнений:

;

;

; и

;

где:

является многокомпонентным давлением пара многокомпонентной текучей среды, где многокомпонентная текучая среда является трехкомпонентной текучей средой;

и являются соответствующими молярными долями первого компонента, второго компонента и третьего компонента трехкомпонентной текучей среды;

и являются, соответственно, первым давлением пара, вторым давлением пара и третьим давлением пара, когда первый компонент, второй компонент и третий компонент являются беспримесными текучими средами;

является молекулярным весом трехкомпонентной текучей среды;

, и являются соответствующими молекулярными весами первого компонента, второго компонента и третьего компонента;

, и являются соответствующими массовыми долями первого компонента, второго компонента и третьего компонента в трехкомпонентной текучей среде и, соответственно равны , , и ;

, и являются соответствующими плотностями первого компонента, второго компонента и третьего компонента трехкомпонентной текучей среды; и

является плотностью трехкомпонентной текучей среды.

Предпочтительно, электронный прибор (710) дополнительно конфигурируется, чтобы определять плотность многокомпонентной текучей среды в измерительном преобразователе (720) на основе сигналов датчика, предоставляемых измерительным преобразователем (720).

Предпочтительно, электронный прибор (710) дополнительно конфигурируется, чтобы определять истинное давление пара многокомпонентной текучей среды на основе статического давления многокомпонентной текучей среды в измерительном преобразователе (720).

Предпочтительно, электронный прибор (710) дополнительно конфигурируется, чтобы определять давление пара на основе коэффициента усиления возбуждающего сигнала, предоставляемого измерительному преобразователю (720).

Предпочтительно, электронный прибор (710) является измерительным электронным прибором (20), а измерительный преобразователь (720) является измерительным узлом (10) вибрационного измерителя (5).

Согласно аспекту, способ использования давления пара для определения концентрации компонента в многокомпонентной текучей среде содержит определение первого давления пара, первое давление пара является давлением пара первого компонента многокомпонентной текучей среды, определение второго давления пара, второе давление пара является давлением пара второго компонента многокомпонентной текучей среды, использование измерительного преобразователя, имеющего многокомпонентную текучую среду, чтобы определять многокомпонентное давление пара, многокомпонентное давление пара является давлением пара многокомпонентной текучей среды, и определение концентрации, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара.

Предпочтительно, определение концентрации, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара содержит использование уравнений:

; и

;

где:

P_m является многокомпонентным давлением пара и является суммой давлений, оказываемых каждым компонентом многокомпонентной текучей среды, являющейся двухкомпонентной текучей средой;

, являются, соответственно, первым давлением пара и вторым давлением пара, когда первый компонент и второй компонент являются беспримесными текучими средами; и

, являются, соответственно, молярными долями первого и второго компонента в двухкомпонентной текучей среде.

Предпочтительно, определение концентрации, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара содержит определение концентраций первого компонента, второго компонента и третьего компонента с помощью уравнений:

;

;

; и

;

где:

является многокомпонентным давлением пара многокомпонентной текучей среды, где многокомпонентная текучая среда является трехкомпонентной текучей средой;

и являются соответствующими молярными долями первого компонента, второго компонента и третьего компонента трехкомпонентной текучей среды;

и являются, соответственно, первым давлением пара, вторым давлением пара и третьим давлением пара, когда первый компонент, второй компонент и третий компонент являются беспримесными текучими средами;

является молекулярным весом трехкомпонентной текучей среды;

, и являются соответствующими молекулярными весами первого компонента, второго компонента и третьего компонента;

, и являются соответствующими массовыми долями первого компонента, второго компонента и третьего компонента в трехкомпонентной текучей среде и, соответственно, равны , и ;

, и являются соответствующими плотностями первого компонента, второго компонента и третьего компонента трехкомпонентной текучей среды; и

является плотностью трехкомпонентной текучей среды.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит определение плотности многокомпонентной текучей среды в измерительном преобразователе на основе сигналов датчика, предоставляемых измерительным преобразователем.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит определение истинного давления пара многокомпонентной текучей среды на основе статического давления многокомпонентной текучей среды в измерительном преобразователе.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит определение давления пара на основе коэффициента усиления возбуждающего сигнала, предоставляемого измерительному преобразователю.

Предпочтительно, измерительный преобразователь является измерительным узлом вибрационного измерителя.

Краткое описание чертежей

Один и тот же ссылочный номер представляет один и тот же элемент на всех чертежах. Должно быть понятно, что чертежи необязательно начерчены в масштабе.

Фиг. 1 показывает вибрационный измеритель 5.

Фиг. 2 является блок-схемой измерительного электронного прибора 20 вибрационного измерителя 5.

Фиг. 3 показывает график 300, иллюстрирующий соотношение между коэффициентом усиления возбуждения и газожидкостным соотношением, которое может быть использовано для определения давления пара с помощью коэффициента измерителя давления пара.

Фиг. 4 показывает график 400, иллюстрирующий то, как статическое давление текучей среды в вибрационном измерителе может быть использовано для определения давления пара.

Фиг. 5 показывает систему 500 для определения давления пара текучей среды.

Фиг. 6 показывает способ 600 использования давления пара для определения концентрации компонента в многокомпонентной текучей среде.

Фиг. 7 показывает систему 700 для использования давления пара для определения концентрации многокомпонентной текучей среды.

Подробное описание изобретения

Фиг. 1-7 и нижеследующее описание изображают конкретные примеры, чтобы научить специалистов в данной области техники, как создавать и использовать лучший режим вариантов использования давления пара для определения концентраций компонентов в многокомпонентной текучей среде. В целях обучения принципам изобретения некоторые традиционные аспекты были упрощены или опущены. Специалисты в данной области техники поймут вариации из этих примеров, которые попадают в рамки настоящего описания. Специалисты в данной области техники поймут, что признаки, описанные ниже, можно комбинировать различными способами, чтобы сформировать несколько вариантов использования давления пара для определения концентраций компонентов в многокомпонентной текучей среде. В результате, варианты осуществления, описанные ниже, не ограничиваются конкретными примерами, описанными ниже, а только формулой изобретения и ее эквивалентами.

Фиг. 1 показывает вибрационный измеритель 5. Как показано на фиг. 1, вибрационный измеритель 5 содержит измерительный узел 10 и измерительный электронный прибор 20. Измерительный узел 10 реагирует на массовый расход и плотность технологического материала. Измерительный электронный прибор 20 соединяется с измерительным узлом 10 через выводы 100, чтобы предоставлять информацию о плотности, массовом расходе, температуре по пути 26 и/или другую информацию.

Измерительный узел 10 включает в себя пару патрубков 150 и 150', фланцы 103 и 103', имеющие горловины 110 и 110' фланцев, пару параллельных трубок 130 и 130', возбуждающий механизм 180, резистивный датчик температуры (RTD) 190 и пару датчиков-преобразователей 170l и 170r. Трубки 130 и 130' имеют две практически прямых впускных ветви 131, 131' и выпускных ветви 134, 134', которые сходятся друг к другу в блоках 120 и 120' монтажа трубок. Трубки 130, 130' сгибаются в двух симметричных местоположениях по своей длине и являются практически параллельными по всей своей длине. Распорные пластины 140 и 140' служат, чтобы определять ось W и W', относительно которой каждая трубка 130, 130' колеблется. Ветви 131, 131' и 134, 134' трубок 130, 130' неподвижно прикрепляются к блокам 120 и 120' установки трубок, и эти блоки, в свою очередь, неподвижно прикрепляются к патрубкам 150 и 150'. Это обеспечивает непрерывный замкнутый путь материала через измерительный узел 10.

Когда фланцы 103 и 103', имеющие отверстия 102 и 102', соединяются через впускной конец 104 и выпускной конец 104' с технологической линией (не показана), которая переносит технологический материал, который измеряется, материал входит во впускной конец 104 измерителя через диафрагменное отверстие 101 во фланце 103 и проводится через патрубок 150 в блок 120 установки трубок, имеющий поверхность 121. В патрубке 150 материал разделяется и направляется через трубки 130, 130'. По выходе из трубок 130, 130' технологический материал повторно объединяется в один поток в блоке 120' установки, имеющем поверхность 121', и патрубке 150' и после этого направляется к выпускному концу 104', соединенному посредством фланца 103', имеющего отверстия 102' с технологической линией (не показана).

Трубки 130, 130' выбираются и соответствующим образом устанавливаются на блоки 120, 120' установки трубок так, чтобы иметь практически одинаковое распределение массы, моменты инерции и модуль Юнга относительно осей изгиба W--W и W'--W', соответственно. Эти оси изгиба идут через распорные пластины 140, 140'. Поскольку модуль Юнга трубок изменяется с температурой, и это изменение влияет на вычисление потока и плотности, RTD 190 устанавливается на трубку 130', чтобы непрерывно измерять температуру трубки 130'. Температура трубки 130' и, следовательно, напряжение, возникающее на концах RTD 190 для заданного тока, проходящего через него, регулируется посредством температуры материала, проходящего по трубке 130'. Зависящее от температуры напряжение, возникающее на концах RTD 190, используется хорошо известным способом измерительным электронным прибором 20, чтобы компенсировать изменение в модуле упругости трубок 130, 130' вследствие каких-либо изменений в температуре трубки. RTD 190 соединяется с измерительным электронным прибором 20 выводом 195.

Обе трубки 130, 130' возбуждаются посредством возбуждающего механизма 180 в противоположных направлениях относительно их соответствующих осей W и W' изгиба, и это называется первой несинфазной изгибной формой колебаний расходомера. Этот возбуждающий механизм 180 может содержать любую одну из множества хорошо известных компоновок, таких как магнит, установленный на трубку 130', и встречно-включенная обмотка, установленная на трубку 130, и по которой пропускается переменный ток для вибрации обеих трубок 130, 130'. Подходящий возбуждающий сигнал прикладывается посредством измерительного электронного прибора 20, через вывод 185, к возбуждающему механизму 180.

Измерительный электронный прибор 20 принимает сигнал температуры RTD на выводе 195, и сигналы левого и правого датчика, появляющиеся на выводах 100, несущие сигналы 165l, 165r левого и правого датчика, соответственно. Измерительный электронный прибор 20 формирует возбуждающий сигнал, появляющийся на выводе 185 для возбуждающего механизма 180 и вибрационных трубок 130, 130' Измерительный электронный прибор 20 обрабатывает сигналы левого и правого датчика и RTD-сигнал, чтобы вычислять удельный массовый расход и плотность материала, проходящего через измерительный узел 10. Эта информация, наряду с другой информацией, применяется посредством измерительного электронного прибора 20 по тракту 26 в качестве сигнала.

Показатель измерения массового расхода может быть сформирован согласно уравнению:

[1]

Член Δt содержит оперативно полученное (т.е. измеренное) значение временной задержки, содержащее временную задержку, существующую между сигналами датчиков-преобразователей, например, когда временная задержка существует вследствие эффектов Кориолиса, связанных с массовым расходом через вибрационный измеритель 5. Измеренный член Δt, в конечном счете, определяет массовый расход текучего материала, когда он протекает через вибрационный измеритель 5. Член Δt₀ содержит временную задержку с константой калибровки нулевого потока. Член Δt₀ типично определяется на производстве и программируется в вибрационный измеритель 5. Временная задержка при члене нулевого расхода Δt₀ не будет изменяться, даже когда условия потока изменяются. Коэффициент FCF калибровки расхода является пропорциональным жесткости вибрационного измерителя 5.

Давления в текучей среде в вибрационном измерителе

Предположим несжимаемую жидкость в устойчивых условиях, скорость, с которой масса входит в контрольный объем (например, трубу) на впуске , равна скорости, с которой она выходит на выпуске (). Этот принцип, что массовый расход на впуске должен быть равен массовому расходу () на выпуске, иллюстрируется посредством уравнения [2] ниже. Перемещаясь от впуска к выпуску, массовый расход сохраняется в каждой точке вдоль трубы. Однако может быть уменьшение в проходном сечении на полпути между впуском и выпуском. Это уменьшение в проходном сечении требует, чтобы скорость текучей среды возросла (v↑), чтобы поддерживать одинаковый массовый расход и соблюдать сохранение принципов массы.

; [2]

где:

является массовым расходом текучей среды;

является средней скоростью текучей среды;

является плотностью текучей среды;

является суммарной площадью поперечного сечения;

нижний индекс 1 указывает впуск;

нижний индекс 3 указывает выпуск; и

нижний индекс 2 указывает середину пути между впуском и выпуском.

Дополнительно, суммарное давление в проточной системе равно сумме динамического давления и статического давления:

[3]

Динамическое давление может быть определено как:

; [4]

где члены и определены выше относительно уравнения [2].

Предположим устойчивый, несжимаемый, невязкий, безвихревой поток, уравнение Бернулли дает:

; [5]

Где P ссылается на статическое напряжение, а член ρgz учитывает гидростатический напор вследствие изменений подъема. Более конкретно, g является гравитационной постоянной, а z является высотой. Вязкий фрагмент перепада давления может быть обработан с помощью отдельного члена потерь в уравнении Бернулли.

; [6]

где:

является коэффициентом трения;

является длиной трубы; и

является диаметром трубы.

Нижнее уравнение [7] является версией уравнения Бернулли, которое учитывает потери на трение, ассоциированные с движением по трубе. Когда текучая среда движется по трубе, текучая среда рассеивает энергию, и давление падает между концами данного участка трубы. Эта потеря в давлении является невосстановимой, так как энергия от текучей среды была потрачена через потери на трение. Соответственно, следующее уравнение может учитывать эту потерю:

[7]

Это отношение может быть применено к примерной трубе, описанной выше со ссылкой на уравнение [2]. Когда текучая среда перемещается от впуска к середине пути между впуском и выпуском, существует изменение в скорости, чтобы сохранять массовый расход. Следовательно, в поддержании отношения, показанного в уравнении [7], динамическое давление увеличивается, вынуждая статическое давление уменьшаться. Когда текучая среда перемещается к выпуску от середины пути между впуском и выпуском, статическое давление восстанавливается по тем же принципам. Т.е., перемещаясь к выпуску от середины пути между впуском и выпуском, проходное сечение увеличивается; следовательно, скорость текучей среды уменьшается, вынуждая динамическое давление уменьшаться, в то же время восстанавливая часть первоначального статического давления. Однако, статическое давление на выпуске будет ниже вследствие невосстанавливаемых потерь на трение.

Это может вынуждать статические давления на впуске и выпуске быть больше давления пара текучей среды, в то время как статическое давление между впуском и выпуском меньше давления пара текучей среды. В результате, хотя статические давления на впуске и выпуске, оба больше давления пара текучей среды, мгновенное испарение или газовыделение могут все еще происходить в трубе. Дополнительно, вибрационный измеритель, такой как расходомер Кориолиса, может быть вставлен в трубопровод, который имеет диаметр, который отличается от диаметра трубки или трубок в вибрационном измерителе. В результате, когда газовыделение обнаруживается в вибрационном измерителе, давление, измеренное в трубопроводе, может не быть давлением пара текучей среды в вибрационном измерителе.

Измерительный электронный прибор - коэффициент усиления возбуждения

Фиг. 2 является блок-схемой измерительного электронного прибора 20 вибрационного измерителя 5. В работе вибрационный измеритель 5 предоставляет различные значения измерений, которые могут быть выведены, включающие в себя одно или более из измеренного или усредненного значения массового расхода, объемного расхода, массы отдельного компонента потока и объемных расходов, и суммарного расхода, включающего в себя, например, объемный и массовый расход отдельных компонентов потока.

Вибрационный измеритель 5 формирует ответную вибрацию. Ответная вибрация принимается и обрабатывается измерительным электронным прибором 20, чтобы формировать одно или более значений измерения текучей среды. Значения могут наблюдаться, записываться, сохраняться, суммироваться и/или выводиться. Измерительный электронный прибор 20 включает в себя интерфейс 201, систему 203 обработки на связи с интерфейсом 201 и систему 204 хранения на связи с системой 203 обработки. Хотя эти компоненты показаны как отдельные блоки, следует понимать, что измерительный электронный прибор 20 может состоять из различных сочетаний объединенных и/или раздельных компонентов.

Интерфейс 201 конфигурируется, чтобы связываться с измерительным узлом 10 вибрационного измерителя 5. Интерфейс 201 может быть сконфигурирован, чтобы соединяться с выводами 100 (см. фиг. 1) и обмениваться сигналами с возбуждающим устройством 180, датчиками-измерителями 170l и 170r и множеством RTD 190, например. Интерфейс 201 может быть дополнительно сконфигурирован, чтобы связываться по каналу 26 связи, например, с внешними устройствами.

Система 203 обработки может содержать любой вид системы обработки. Система 203 обработки конфигурируется, чтобы извлекать и выполнять сохраненные программы для того, чтобы управлять вибрационным измерителем 5. Система 204 хранения может хранить программы, включающие в себя программу 205 расходомера, программу 211 управления клапаном, программу 213 коэффициента усиления возбуждения и программу 215 давления пара. Система 204 хранения может хранить показатели измерений, принятые значения, рабочие значения и другую информацию. В некоторых вариантах осуществления система хранения хранит массовый расход (m) 221, плотность (ρ) 225, пороговое значение 226 плотности, вязкость (μ) 223, температуру (T) 224, давление 209, коэффициент 306 усиления возбуждения, пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения, пороговое значение 244 увлечения газа, долю 248 увлечения газа и любые другие переменные, известные в области техники. Программы 205, 211, 213, 215 могут содержать любой отмеченный сигнал, и другие переменные, которые известны в области техники. Другие программы измерения/обработки рассматриваются и находятся в рамках описания и формулы изобретения.

Как может быть понятно, больше или меньше значений может быть сохранено в системе 204 хранения. Например, давление пара может быть определено без использования вязкости 223. Например, оценки вязкости на основе падения давления или функции, касающейся трения, как функции расхода. Однако вязкость 223 может быть использована для вычисления числа Рейнольдса, которое затем может быть использовано для определения коэффициента трения. Число Рейнольдса и коэффициент трения могут быть использованы для определения падения вязкостного давления в трубке, такой как трубки 130, 130', описанные выше со ссылкой на фиг. 1. Как может быть понятно, число Рейнольдса может необязательно быть использовано.

Программа 205 расходомера может производить и сохранять количественные выражения текучей среды и показатели измерения расхода. Эти значения могут содержать практически мгновенные значения измерения или могут содержать суммированные или накопленные значения. Например, программа 205 расходомера может формировать показатели измерения массового расхода и сохранять их в хранилище массового расхода 221 системы 204 хранения, например. Программа 205 расходомера может формировать показатели измерения плотности 225 и сохранять их в хранилище плотности 225, например. Значения массового расхода 221 и плотности 225 определяются из ответной вибрации, как ранее обсуждалось, и как известно на уровне техники. Массовый расход и другие показатели измерений могут содержать практически мгновенное значение, могут содержать образец, могут содержать усредненное значение в интервале времени или могут содержать накопленное значение в интервале времени. Временной интервал может быть выбран соответствующим блоку времени, в течение которого некоторые состояния текучей среды обнаруживаются, например, только жидкостное состояние текучей среды, или альтернативно, состояние текучей среды, включающее в себя жидкости и увлеченный газ. Кроме того, другой массовый и объемный расход и связанные количественные оценки рассматриваются как находящиеся в рамках описания и формулы изобретения.

Пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения может быть использовано, чтобы различать между периодами потока, отсутствия потока, монофазной/двухфазной границы (когда происходит фазовый переход текучей среды) и потока увлеченного газа/смешанной фазы. Аналогично, пороговое значение 226 плотности, применяемое к показателю 225 плотности, также может быть использовано, отдельно или вместе с коэффициентом усиления возбуждения, чтобы различать поток увлечения газа/смешанной фазы. Коэффициент 306 усиления возбуждения может быть использован в качестве показателя для чувствительности вибрации трубки вибрационного измерителя 5 к присутствию текучих сред различных плотностей, таких как жидкая и газообразная фазы, например, без ограничения.

Когда используется в данном документе, термин "коэффициент усиления возбуждения" ссылается на измерение величины мощности, необходимой для возбуждения проточных труб до конкретной амплитуды, хотя любое подходящее определение может быть использовано. Например, термин "коэффициент усиления возбуждения" может, в некоторых вариантах осуществления, ссылаться на ток возбуждения, напряжение датчика-измерителя, или любой измеренный или полученный сигнал, который указывает величину мощности, необходимой для возбуждения проточных трубок 130, 130' при конкретной амплитуде. Коэффициент усиления мощности может быть использован для обнаружения многофазного потока посредством использования характеристик коэффициента усиления возбуждения, таких как, например, уровни шума, среднеквадратическое отклонение сигналов, связанные с затуханием измерения и любое другое средство, известное в области техники для обнаружения потока смешанной фазы. Эти показатели могут сравниваться между датчиками-измерителями 170l и 170r, чтобы обнаруживать поток смешанной фазы.

Обнаружение фазового перехода текучей среды

Фиг. 3 показывает график 300, иллюстрирующий соотношение между коэффициентом усиления возбуждения и газожидкостным соотношением, которое может быть использовано для определения давления пара с помощью коэффициента измерителя давления пара. Как показано на фиг. 3, график 300 включает в себя ось 310 средней доли пустот и ось 320 коэффициента усиления возбуждения. Ось 310 средней доли пустот и ось 320 коэффициента усиления возбуждения приращиваются в процентах, хотя любые подходящие единицы измерения и/или соотношения могут быть использованы.

График 300 включает в себя кривые 330, которые являются соотношениями между коэффициентами усиления возбуждения и газожидкостными соотношениями для различных расходов. Как показано, газожидкостное соотношение является средним значением доли пустот для кривых 330, хотя любое подходящее газожидкостное соотношение, такое как объемная доля газа ("GVF") или доля увлечения газа, может быть использовано, и может быть основано на объеме, площади поперечного сечения или т.п. Как может быть принято во внимание, кривые 330 являются аналогичными, несмотря на то, что ассоциируются с различными расходами. Также показана линия 340 порогового коэффициента усиления возбуждения, которая пересекается с кривыми 330 приблизительно при 0,20-процентной средней доле пустот, которая может быть средней долей 330a пустот, которая соответствует 40% коэффициенту усиления возбуждения. Также показан коэффициент 332 усиления возбуждения истинного давления пара, который равен приблизительно 10%. Коэффициент 332 усиления возбуждения истинного давления пара соответствует текучей среде в измерительном узле, который имеет статическое давление, при котором фазовый переход текучей среды происходит и имеет газожидкостное соотношение, равное нулю.

Как может быть видно, графики 330 изменяются от коэффициента усиления возбуждения около 10% до коэффициента усиления возбуждения около 100% в диапазоне средних долей пустот от 0,00% приблизительно до 0,60%. Как может быть принято во внимание, относительно небольшое изменение в средней доле пустот приводит к значительному изменению в коэффициенте усиления возбуждения. Это относительно небольшое изменение может гарантировать, что возникновение парообразования может быть точно обнаружено с помощью коэффициента усиления возбуждения.

Хотя коэффициент усиления возбуждения 40% показан соответствующим средней доле пустот, равной 0,20%, соответствие может быть особым для процесса. Например, коэффициент усиления возбуждения 40% может соответствовать другим средним долям пустот в других рабочих текучих средах и условиях. Различные текучие среды могут иметь различные давления пара и, следовательно, возникновение парообразования для текучих сред может происходить при различных расходах. Т.е., текучая среда с относительно низким давлением пара будет испаряться с более высокими расходами, а текучая среда с относительно высоким давлением пара может испаряться с более низкими расходами.

Как может также быть принято во внимание, линия 340 порогового коэффициента усиления возбуждения может быть на альтернативных/других коэффициентах усиления возбуждения. Однако, может быть полезно иметь коэффициент усиления возбуждения 40%, чтобы устранять ложные обнаружения потока увлечения/смешанной фазы, в то же время также гарантируя, что возникновение парообразования корректно обнаруживается.

Также, графики 330 используют коэффициент усиления возбуждения, но другие сигналы могут быть использованы, такие как измеренная плотность, или т.п. Измеренная плотность может увеличиваться или уменьшаться вследствие наличия пустот в текучей среде. Например, измеренная плотность может, как ни странно, увеличиваться вследствие пустот в относительно высокочастотных вибрационных измерителях вследствие эффекта скорости звука. В относительно низкочастотных измерителях измеренная плотность может уменьшаться вследствие того, что плотность пустот меньше по сравнению с текучей средой. Эти и другие сигналы могут быть использованы отдельно или в сочетании, чтобы обнаруживать присутствие пара в измерительном узле.

Как обсуждалось выше, 0,20-процентное среднее значение доли пустот может быть эталонной средней долей 330a пустот, которая соответствует 40-процентному значению коэффициента усиления возбуждения, который может быть там, где линия 340 порогового коэффициента усиления возбуждения пересекается с осью 320 коэффициента усиления возбуждения. Соответственно, когда измеренный коэффициент усиления возбуждения равен 40% для текучей среды в измерительном узле, таком как измерительный узел 10, описанный выше, тогда средняя доля пустот текучей среды может быть около 0,20%. Доля пустот около 0,20% может соответствовать давлению текучей среды вследствие газа, присутствующего в текучей среде. Например, доля пустот около 0,20% может соответствовать, например, значению статического давления.

Благодаря определенному соотношению между коэффициентом усиления возбуждения, или другим сигналом, таким как плотность, и эталонной средней долей 330a пустот, которая может быть эталонным газожидкостным соотношением, значение давления пара может быть ассоциировано с коэффициентом измерителя давления пара. Например, измерительный узел может вибрировать, в то время как статическое давление повышается или понижается, до тех пор, пока фазовый переход текучей среды не будет обнаружен. Значение давления пара может затем быть определено из статического давления, как будет описано более подробно в последующем со ссылкой на фиг. 4. Определенное значение давления пара может соответствовать, например, статическому давлению на линии 340 порогового коэффициента усиления возбуждения. Это определенное значение давления пара может быть отрегулировано посредством коэффициента измерителя давления пара, чтобы соответствовать коэффициенту 332 усиления возбуждения истинного давления пара, который существует там, где происходит фазовый переход, или встречается монофазная/двухфазная граница. Соответственно, хотя присутствие газа в текучей среде может быть обнаружено при статическом давлении, которое отличается от истинного давления пара текучей среды, истинное значение давления пара может, тем не менее, быть определено.

Используя эталонную среднюю долю 330a пустот в качестве примера, статическое давление в измерительном узле может уменьшаться до тех пор, пока коэффициент усиления возбуждения не достигнет 40%, тем самым, указывая, что текучая среда в измерительном узле имеет среднюю долю пустот 0,20%. Система обработки, такая как система 203 обработки, описанная выше, может определять, что текучая среда начала испаряться при статическом давлении, т.е., например, пропорционально более высоком по сравнению со статическим давлением, соответствующим 40-процентному коэффициенту усиления возбуждения. Например, истинное значение давления пара может быть ассоциировано с коэффициентом усиления возбуждения, равным приблизительно 10%. Как может быть принято во внимание, вследствие неопределенностей, подразумеваемых в вычислении статического давления (например, погрешностей от датчика давления, погрешностей измерения расхода и т.д.), истинное давление пара может быть пропорционально более низким по сравнению с вычисленным статическим давлением, которое ассоциируется с 40% коэффициентом усиления возбуждения. Истинное давление пара соответствует статическому давлению текучей среды, когда происходит фазовый переход текучей среды, но газожидкостное соотношение равно нулю.

Таким образом, измеренный коэффициент усиления возбуждения может быть использован, чтобы обнаруживать газ, кроме того, может приводить в результате к очень точному истинному значению давления пара. С большей конкретикой, в мгновение, когда газовыделение происходит впервые, с несколькими очень маленькими присутствующими пузырьками, коэффициент усиления возбуждения может не увеличиваться сверх линии 340 порогового коэффициента усиления возбуждения для обнаружения. Динамическое давление может быть увеличено, например, посредством насоса, который продолжает увеличивать расход до тех пор, пока статическое давление не упадет, так что коэффициент усиления возбуждения пересекает линию 340 порогового коэффициента усиления возбуждения. В зависимости от прикладной задачи, это вычисленное статическое давление (например, нескорректированное давление пара) может быть скорректировано (например, отрегулировано - понижено или повышено) посредством коэффициента измерителя давления пара, равного, например, 1 фунт/дюйм², чтобы учитывать задержку в обнаружении фазового перехода текучей среды. Т.е. коэффициент измерителя давления пара может быть определен и применен к нескорректированному показателю измерения давления пара как функция коэффициента усиления возбуждения, чтобы учитывать разницу в коэффициенте усиления возбуждения, при котором газ обнаруживается, и истинным давлением пара с тем, чтобы обнаруживать очень маленькие объемы газа.

Обращаясь к фиг. 3 в качестве примера, измеренный коэффициент усиления возбуждения, равный 40%, может соответствовать статическому давлению текучей среды в измерительном узле, т.е., например, на 1 фунт/дюйм² меньше статического давления, соответствующего коэффициенту усиления возбуждения, ассоциированному с истинным давлением пара. Соответственно, вибрационный измеритель 5, или измерительный электронный прибор 20, или любой подходящий электронный прибор, может определять, что коэффициент измерителя давления пара равен 1 фунт/дюйм², и добавлять это значение к статическому давлению, ассоциированному с 40-процентным коэффициентом усиления возбуждения. В результате, вибрационный измеритель 5 может точно обнаруживать фазовый переход текучей среды и, следовательно, также точно определять давление пара текучей среды с помощью коэффициента усиления возбуждения.

Однако, другое средство обнаружения фазового перехода может быть использовано, которое не использует коэффициент усиления возбуждения. Например, фазовый переход может быть обнаружен посредством акустического измерения, рентгеновских измерений, оптических измерений и т.д. Также, сочетания вышеупомянутых реализаций могут быть рассмотрены. Например, обходная линия, которая проходит вертикально в контуре с акустическими и/или оптическими измерениями, распределенными вертикально, чтобы определять, где газ впервые выделяется. Эта высота будет затем предоставлять необходимые входные данные для вычисления давления пара текучей среды в вибрационном измерителе 5, как объясняется в последующем.

Падение давления в вибрационном измерителе

Фиг. 4 показывает график 400, иллюстрирующий то, как статическое давление текучей среды в вибрационном измерителе может быть использовано для определения давления пара. Как показано на фиг. 4, график 400 включает в себя ось 410 позиции и ось 420 статического давления. Ось 410 позиции не показана с какими-либо конкретными единицами измерения длины, но может быть в единицах дюймов, хотя любая подходящая единица измерения может быть использована. Ось 420 статического давления существует в единицах фунтов на квадратный дюйм (фунт/дюйм²), хотя любая подходящая единица измерения может быть использована. Ось 410 позиции находится в диапазоне от впуска ("IN") до выпуска ("OUT") вибрационного измерителя.

Соответственно, позиция от IN до OUT может соответствовать текучей среде, например, в измерительном узле 10, показанном на фиг. 1. В этом примере область от IN приблизительно до A может соответствовать фрагменту измерительного узла 10 между фланцем 103 до блока 120 установки трубки. Область приблизительно от A приблизительно до G может соответствовать трубкам 130, 130' между блоками 120, 120' монтажа. Область от G до OUT может соответствовать фрагменту измерительного узла 10 от блока 120' монтажа до фланца 103'. Соответственно, текучая среда в измерительном узле 10 (например, в позиции, находящейся в диапазоне от IN до OUT) может не включать в себя текучую среду, например, в трубопроводе, в который измерительный узел 10 вставлен. Текучая среда в измерительном узле 10 может быть текучей средой в трубках 130, 130'.

График 400 также включает в себя график 430 нулевого динамического давления и график 440 изменения динамического давления. График 430 нулевого динамического давления показывает отсутствие изменения в динамическом давлении - давление, как предполагается, должно снижаться линейно от впуска до выпуска вибрационного измерителя. График 440 изменения динамического давления может представлять фактическое давление в вибрационном измерителе, вставленном в трубопровод, при этом диаметр трубки или трубок вибрационного измерителя меньше диаметра трубопровода. Примерный вибрационный измеритель 5 показан на фиг. 1, хотя любой подходящий вибрационный измеритель может быть использован. Соответственно, текучая среда в измерительном узле, таком как измерительный узел 10, описанный выше, может иметь уменьшенное статическое давление вследствие увеличения в динамическом давлении. Также показана линия 450 давления пара, представляющая давление пара текучей среды в вибрационном измерителе.

График 440 изменения динамического давления включает в себя участок 440a падения статического давления, участок 440b потерь на трение и участок 440c повышения статического давления. График 440 изменения динамического давления также включает в себя минимальное статическое давление 440d. Участок 440a падения статического давления может быть вследствие увеличения в скорости текучей среды, вызывающего повышение динамического давления для этого участка вибрационного измерителя. Участок 440b потерь на трение может соответствовать фрагменту постоянного диаметра трубки или трубок в вибрационном измерителе. Соответственно, участок 440b потерь на трение может не отражать увеличение в скорости текучей среды и, следовательно, может не отражать увеличение в динамическом давлении. Участок 440c повышения статического давления может быть вследствие снижения скорости текучей среды, и, следовательно, снижение статического давления во время участка 440a падения статического давления может быть восстановлено. Участок 440a падения статического давления и участок 440c повышения статического давления могут быть изменениями статического давления в измерительном узле.

Фрагмент графика 440 изменения динамического давления, лежащий ниже линии 450 давления пара, который включает в себя минимальное статическое давление 440d, может соответствовать позициям (например, приблизительно от позиции E до слегка позже позиции G), где фазовый переход текучей среды происходит в текучей среде в измерительном узле, таком как измерительный узел 10, описанный выше. Как может быть видно на фиг. 4, минимальное статическое давление 440d находится ниже линии 450 давления пара. Это указывает, что график 440 изменения динамического давления может быть сдвинут вверх посредством повышения статического давления текучей среды в измерительном узле. Однако, если статическое давление должно было быть увеличено приблизительно на 5 фунт/дюйм² с тем, чтобы сдвигать график 440 изменения динамического давления вверх до тех пор, пока минимальное статическое давление 440d не будет лежать на линии 450 давления пара, фазовый переход текучей среды может быть обнаружен. Так как статическое давление увеличивается, газ или пар в текучей среде в измерительном узле может становиться жидкостью. Наоборот, если график 440 изменения динамического давления будет выше линии 450 давления пара, и статическое давление текучей среды в измерительном узле будет уменьшаться до тех пор, пока минимальное статическое давление 440d не станет лежать на линии давления пара, тогда фазовый переход текучей среды может быть формированием газа или пара в текучей среде.

Как может быть видно на фиг. 4, участок 440b потерь на трение уменьшается от статического давления около 68 дюйм/фунт² в позиции A до статического давления около 55 фунт/дюйм² в позиции G. Как может быть принято во внимание, статическое давление около 55 фунт/дюйм² в позиции G меньше линии 450 давления пара, которая находится примерно в 58 фунт/дюйм². В результате, даже если статические давления на впуске и выпуске больше линии 450 давления пара, текучая среда в вибрационном измерителе может все еще мгновенно испаряться или выделять газ.

Соответственно, статическое давление на впуске и выпуске непосредственно не соответствует давлению пара текучей среды. Другими словами, давление пара текучей среды может не быть непосредственно определено из статического давления текучей среды в трубопроводе или внешне по отношению к измерительному узлу. Статическое давление в измерительном узле 10 или, более конкретно, в трубках 130, 130', может быть точно определено, например, с помощью измерений давления на впуске и выпуске и ввода размеров вибрационного измерителя 5 (например, диаметра и длины трубки 130, 130'). Однако, чтобы точно определять давление пара, фазовый переход в текучей среде в вибрационном измерителе 5 может быть необходимо индуцировать, что может быть вызвано посредством изменения статического давления текучей среды в вибрационном измерителе 5.

Изменение статического давления текучей среды

Фиг. 5 показывает систему 500 для определения давления пара текучей среды. Как показано на фиг. 5, система 500 является обходом, который включает в себя обходной впуск и обходной выпуск, которые соединяются с трубопроводом 501. Система 500 включает в себя насос 510 в жидкостном сообщении с выпуском вибрационного измерителя 5, иллюстрированного как расходомер Кориолиса, и обходным выпуском. Датчик 520 давления на впуске находится в жидкостном сообщении с впуском вибрационного измерителя 5 и обходным впуском. Датчик 530 давления на выпуске размещается между выпуском вибрационного измерителя 5 и насосом 510 и конфигурируется, чтобы измерять статическое давление текучей среды на выпуске вибрационного измерителя 5. Устройство 540 управления расходом, которое показано как клапан, размещается между обходным впуском и датчиком 520 давления на впуске.

Насос 510 может быть любым подходящим насосом, который может, например, увеличивать скорость текучей среды в вибрационном измерителе 5. Насос 510 может, например, включать в себя привод переменной частоты. Привод переменной частоты может предоставлять возможность насосу 510 регулировать скорость текучей среды для текучей среды в системе 500. Например, привод переменной частоты может увеличивать скорость текучей среды для текучей среды через вибрационный измеритель 5, хотя скорость текучей среды может быть увеличена посредством любого подходящего насоса. Посредством увеличения скорости текучей среды насос 510 может увеличивать динамическое давление текучей среды в вибрационном измерителе 5, повышая скорость текучей среды.

Соответственно, статическое давление текучей среды в вибрационном измерителе 5 может снижаться. В качестве иллюстрации, со ссылкой на фиг. 4, насос 510 может вынуждать график 440 изменения динамического давления сдвигаться вниз. Соответственно, хотя не показано на фиг. 4, если график 440 изменения динамического давления должен быть выше линии 450 давления пара, насос 510 может индуцировать мгновенное испарение или выделение газа, вынуждая график 440 изменения динамического давления сдвигаться вниз. Аналогично, сдвигая график 440 изменения динамического давления вверх до или выше линии 450 давления пара, газ или пар в текучей среде могут становиться жидкостью.

Датчик 520 давления на впуске и датчик 530 давления на выпуске могут быть любым подходящим датчиком давления, сконфигурированным, чтобы измерять любое давление текучей среды. Например, датчик 520 давления на впуске и датчик 530 давления на выпуске могут измерять статическое давление текучей среды в системе 500. Дополнительно, или альтернативно, датчик 520 давления на впуске и датчик 530 давления на выпуске могут измерять суммарное давление текучей среды в системе 500. В одном примере динамическое давление текучей среды может быть определено, беря разницу между суммарным давлением и статическим давлением текучей среды в системе 500 согласно уравнению [3] выше. Например, датчик 520 давления на впуске может измерять суммарное давление и статическое давление текучей среды рядом с, или на, впуске вибрационного измерителя 5. Датчик 520 давления на впуске и/или измерительный электронный прибор 20 в вибрационном измерителе 5 могут определять динамическое давление на впуске вибрационного измерителя 5.

Устройство 540 регулирования расхода может увеличивать скорость текучей среды для текучей среды в системе 500, когда позиция устройства 540 регулирования расхода перемещается из частично закрытой позиции в полностью открытую позицию. Например, посредством уменьшения ограничения потока системы 500 на впуске вибрационного измерителя 5, скорость текучей среды может увеличиваться в соответствии с уравнением [2] выше. Это может сдвигать график 440 изменения динамического давления вниз с тем, чтобы индуцировать мгновенное испарение или выделение газа. Наоборот, устройство 540 регулирования расхода может уменьшать скорость текучей среды для текучей среды в системе 500, тем самым, сдвигая график 440 изменения динамического давления вверх и тем самым вынуждая газ или пар конденсироваться.

Когда устройство 540 регулирования расхода открывается, скорость текучей среды будет увеличиваться, но, таким образом, будет статическое давление на впуске вибрационного измерителя 5, и наоборот. Сочетание устройства 540 регулирования расхода с насосом 510 может предоставлять предпочтительное условие процесса посредством частичного закрытия устройства 540 регулирования расхода (например, чтобы ограничивать поток и снижать давление ниже по потоку от устройства 540 регулирования расхода) и увеличения скорости насоса (например, увеличения расхода), чтобы получать желательно более низкое статическое давление и более высокую скорость.

Хотя статическое давление текучей среды в вибрационном измерителе 5, или, более конкретно, измерительном узле 10 в вибрационном измерителе 5, может быть изменено с помощью насоса 510 или устройства 540 регулирования расхода, или сочетания того и другого, как описано выше, другое средство изменения статического давления может быть использовано. Например, высота z вибрационного измерителя 5 может изменяться. Чтобы уменьшать статическое давление текучей среды в вибрационном измерителе 5, высота z может быть увеличена. Чтобы увеличивать статическое давление текучей среды в вибрационном измерителе 5, высота z может быть уменьшена. Высота z вибрационного измерителя 5 может быть изменена любым подходящим средством, таким как моторизованный подъемник между вибрационным измерителем 5 и трубопроводом 501 и меха между вибрационным измерителем 5, например, устройством 540 регулирования расхода и насосом 510. Другое средство может быть использовано, также как сочетание различных средств (например, насоса 510, устройства 540 регулирования расхода и/или моторизованного подъемника).

Например, если расход через обход является достаточным, насос может не быть обязательно использован. Только устройство 540 регулирования расхода может быть использовано. Устройство 540 регулирования расхода может быть установлено в других местоположениях, таких как ниже по потоку от вибрационного измерителя 5. Альтернативно, устройство 540 регулирования расхода может не быть использовано, например, когда насос 510 и/или моторизованный подъемник используется. В другом альтернативном примере измеритель может быть установлен в главной линии, а не в обходной. Дополнительно, или альтернативно, только единственный датчик давления может быть применен. Например, только датчик 530 давления на выпуске может быть использован. Датчики 520, 530 давления на впуске и/или выпуске могут быть расположены в альтернативных местах. Датчик 530 давления на выпуске и его местоположение могут быть полезными, так как статическое давление в местоположении датчика 530 давления на выпуске может, по существу, стабилизироваться относительно скорости текучей среды, после того как текучая среда в измерительном узле 10 находится при давлении пара. Т.е. любое дополнительное увеличение в скорости текучей среды может не вызывать существенное уменьшение в статическом давлении, измеренном датчиком 530 давления на выпуске.

Дополнительная информация может быть выведена из измерения давления пара. Например, если протекающая жидкость является смесью двух или более беспримесных веществ, давление пара может быть использовано для оценки концентраций жидкой фазы беспримесных компонентов (т.е. объемных или массовых долей компонентов) с помощью законов Дальтона и Рауля. Корреляции для стандартных углеводородов или других текучих сред могут быть помещены в передатчик и добавлены в качестве признака, аналогично текущим кривым измерения концентрации. Дополнительно, концентрация соли или других нелетучих растворов может быть определена. Эти идеи объясняются в последующем:

Закон Дальтона о добавочных давлениях, как выражено в уравнении [8], утверждает, что суммарное давление, оказываемое смесью газов, P_m, равно сумме давлений, оказываемых каждым компонентом смеси, P_i, если каждый компонент существует отдельно при той же температуре и объеме, что и смесь.

[8]

При низких давлениях, оказываемых в системе 500, показанной на фиг. 5, поведение газов может быть предположено как приближающееся к идеальному поведению газа, когда закон Дальтона наилучшим образом прогнозирует поведение газовых смесей.

Закон Рауля, который выражен в уравнении [9], утверждает, что частичное давление каждого компонента, P_i, идеальной смеси жидкостей равно давлению пара беспримесного компонента, P_i^*, умноженному на его молярную долю в жидкой смеси или двухкомпонентной текучей среде, x_i.

[9]

С помощью вышеописанных уравнений и справочных таблиц давления пара для беспримесных компонентов концентрации жидкости для идеальной бинарной или двухкомпонентной текучей среды могут быть получены:

, [10]

где:

P_m является суммой давлений, оказываемых каждым компонентом смеси, и может быть равно давлению пара многокомпонентной текучей среды, такой как бинарная или двухкомпонентная текучая среда; и

, являются соответствующими частичными давлениями первого и второго компонента в двухкомпонентной текучей среде.

Как может быть принято во внимание, вследствие того, что многокомпонентная текучая среда является бинарной или двухкомпонентной текучей средой, первая молярная доля равна целому минус вторая молярная доля : . Последующий пример иллюстрирует использование измеренного давления пара для определения концентраций жидкостей бинарной смеси.

Жидкая смесь бензола (B) и толуола (T) протекает через технологический трубопровод при 95°C. Часть жидкости протекает по обходной линии, где давление пара будет определено с помощью системы типа системы, предложенной в этом описании изобретения. Статическое давление в обходной системе падает до тех пор, пока расходомер Кориолиса не обнаружит формирование пузырьков газа. Измеренное давление пара в этот момент равно 101,32 кПа. Последующее иллюстрирует, как определять концентрацию жидкости каждого компонента.

Первым этапом может быть нахождение давления пара беспримесных компонентов при 95°C. Эта информация может быть найдена в литературе: . Следующим этапом является использование законов Дальтона и Рауля, чтобы связывать измеренное давление пара с концентрациями жидкостей:

.

С помощью простого блока поиска простого корня молярная доля для бензола может быть решена для: . Так как , следует, что .

Использование плотности

Измерение плотности и измерение давления пара могут быть объединены, чтобы приводить в результате к большему количеству уравнений и, следовательно, иметь возможность решения для большего количества неизвестных компонентов. Обычно, если базовые плотности беспримесных составов являются известными как функция температуры, тогда программное обеспечение концентрации может точно определять объемную долю вплоть до двух компонентов. Однако, с добавлением информации о давлении пара, описанной выше, три компонента могут быть дифференцированы, с предоставленными объемными или массовыми долями компонента для каждого.

Предоставление возможности для определения доли жидкости трехкомпонентных смесей может увеличивать используемый диапазон измерения концентрации или компьютера нетто-добычи нефти. Дополнительные уравнения, необходимые для трех компонентов, определяются ниже, где φ ссылается на объемную долю каждого компонента, а ρ является плотностью каждого компонента, вместе с измеренной плотностью.

[11]

[12]

В качестве примера, следующее уравнение показывает, как вышеупомянутые законы Дальтона и Рауля могут быть использованы для определения концентрации, по меньшей мере, одного компонента в многокомпонентной текучей среде, многокомпонентная текучая среда является трехкомпонентной текучей средой.

; [13]

где:

является давлением пара трехкомпонентной текучей среды, которое может быть измерено посредством измерительного преобразователя;

и являются молярными долями трех компонентов трехкомпонентной текучей среды; и

и являются давлениями пара каждого из компонентов в качестве беспримесной текучей среды; которые могут быть известны, например, из таблицы поиска.

Молярные доли трех компонентов могут обязательно в сумме давать единицу:

. [14]

Кроме того, молярные доли трех компонентов , соответственно умноженные на их молекулярный вес, должны давать в сумме молекулярный вес трехкомпонентной текучей среды:

; [15]

где:

является молекулярным весом трехкомпонентной текучей среды; и

, и являются молекулярными весами каждого из компонентов в трехкомпонентной текучей среде.

Дополнительно, обратная величина плотности трехкомпонентной текучей среды может быть равна сумме отношений массовой доли и плотности каждого из компонентов в трехкомпонентной текучей среде:

; [16]

где:

, , и являются соответствующими массовыми долями первого, второго и третьего компонента в трехкомпонентной текучей среде и соответственно равны , , и ;

, , являются, соответственно, плотностями первого, второго и третьего компонента трехкомпонентной текучей среды; и

является плотностью трехкомпонентной текучей среды, которая может быть равна измеренной плотности .

Как может быть принято во внимание, существует семь уравнений и семь неизвестных, и, следовательно, концентрации каждого компонента могут быть определены.

Даже в смесях лишь с двумя компонентами измерение давления пара бинарной смеси может быть использовано само по себе для вычисления долей компонентов смеси; это будет особенно полезно в случаях, когда плотности беспримесных компонентов являются равными, но их давления пара различаются. Альтернативно, давление пара бинарной смеси может быть использовано для предоставления вторичной проверки для алгоритмов на основе плотности, даже когда плотности беспримесных компонентов различаются.

Использование давления пара

Фиг. 6 показывает способ 600 использования давления пара для определения концентрации компонента в многокомпонентной текучей среде. Как показано на фиг. 6, на этапе 610, способ 600 определяет первое давление пара. Первое давление пара является давлением пара первого компонента многокомпонентной текучей среды. На этапе 620 способ определяет второе давление пара. Второе давление пара является давлением пара второго компонента многокомпонентной текучей среды. На этапе 630 способ определяет многокомпонентное давление пара. Многокомпонентное давление пара является давлением пара многокомпонентной текучей среды. Многокомпонентное давление пара многокомпонентной текучей среды может быть суммой давлений, оказываемых каждым компонентом в многокомпонентной текучей среде. Способ 600, на этапе 640, определяет концентрацию, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара.

На этапе 640 способ 600 может включать в себя концентрацию первого или второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара с помощью вышеуказанного уравнения [10], также как соотношения молярных долей . Для трехкомпонентной текучей среды способ 600 может определять концентрацию первого компонента, второго компонента и/или третьего компонента с помощью уравнений [13]-[16], указанных выше.

Способ 600 может также включать в себя дополнительные этапы. Например, способ 600 может определять плотность многокомпонентной текучей среды в измерительном преобразователе на основе сигналов датчика, предоставляемых измерительным преобразователем. Например, плотность может быть определена посредством измерения частоты, такой как резонансная частота, измерительного преобразователя и с помощью корреляции между частотой и значением плотности, чтобы определять плотность многокомпонентной текучей среды. Способ 600 может также дополнительно определять истинное давление пара многокомпонентной текучей среды на основе статического давления многокомпонентной текучей среды в измерительном преобразователе. Давление пара может быть определено на основе коэффициента усиления возбуждающего сигнала, предоставляемого измерительному преобразователю. Измерительный преобразователь может быть измерительным узлом вибрационного измерителя, хотя любой подходящий измерительный преобразователь может быть использован, как объясняет последующее.

Фиг. 7 показывает систему 700 для использования давления пара для определения концентрации многокомпонентной текучей среды. Как показано на фиг. 7, система 700 состоит из электронного прибора 710 и измерительного преобразователя 720. Электронный прибор 710 может быть сконфигурирован, чтобы определять давление пара многокомпонентной текучей среды. Например, электронный прибор 710 может быть сконфигурирован, чтобы определять первое и второе давление пара, первое и второе давление пара являются давлениями пара, соответственно, для первого компонента и второго компонента многокомпонентной текучей среды. Электронный прибор 710 может также быть сконфигурирован, чтобы определять многокомпонентное давление пара, когда многокомпонентное давление пара является давлением пара многокомпонентной текучей среды. Электронный прибор 710 может использовать давления пара, чтобы определять концентрацию многокомпонентной текучей среды. Например, электронный прибор 710 может быть использован, чтобы определять концентрацию, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара.

Электронный прибор 710 может также быть сконфигурирован, чтобы определять плотность многокомпонентной текучей среды. Плотность многокомпонентной текучей среды может быть равна сумме каждой плотности, умноженной на объемную долю каждого компонента. Например, для трехкомпонентной текучей среды, плотность трехкомпонентной текучей среды может быть равна сумме произведений соответствующей плотности и объемной доли компонентов в трехкомпонентной текучей среде. Обратная величина плотности многокомпонентной текучей среды может быть равна сумме соответствующих массовых долей и плотностей компонентов в многокомпонентной текучей среде. Например, для трехкомпонентной текучей среды обратная величина плотности может быть определена согласно вышеуказанному уравнению [16].

Вышеприведенное описывает вибрационный измеритель 5, в частности, измерительный электронный прибор 20, и способ 600, и систему 700, с помощью давления пара, чтобы определять концентрацию компонента в многокомпонентной текучей среде. Концентрация компонента может быть определена с помощью измерений, предоставляемых только вибрационным измерителем 5, хотя дополнительные измерения могут быть выполнены, такие как измерения статического давления, описанные со ссылкой на фиг. 5. В результате, информация, предоставляемая измерительным электронным прибором 20, может включать в себя не только массовые расходы и плотность, но также концентрации компонентов в многокомпонентной текучей среде. Область вибрационных измерителей усовершенствуется, так как измерительные способности вибрационных измерителей усовершенствуются. Области, в которых вибрационные измерители применяются, также усовершенствуются, так как число измерительных устройств, требуемых для получения концентраций компонентов в многокомпонентной текучей среде, может быть уменьшено, тем самым экономя затраты. Кроме того, информация может предоставляться в реальном времени и по месту, тем самым, гарантируя, что данные точно представляют измеряемую многокомпонентную текучую среду.

Подробные описания вышеупомянутых вариантов осуществления не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов осуществления, рассматриваемых изобретателями как находящиеся в рамках настоящего описания. В действительности, специалисты в области техники поймут, что определенные элементы вышеописанных вариантов осуществления могут по-разному быть объединены или устранены, чтобы создавать дополнительные варианты осуществления, и такие дополнительные варианты осуществления попадают в рамки и учения настоящего описания. Также обычным специалистам в данной области техники будет очевидно, что вышеописанные варианты осуществления могут быть объединены в целом или частично, чтобы создавать дополнительные варианты осуществления в рамках и учениях настоящего описания.

Таким образом, хотя конкретные варианты осуществления описываются в данном документе в иллюстративных целях, различные эквивалентные модификации возможны в рамках настоящего описания, как поймут специалисты в связанной области техники. Представленные здесь идеи могут быть применены к другим способам, электронике, системам и т.п. для использования давления пара для определения концентраций компонентов в многокомпонентной текучей среде, а не только к вариантам осуществления, описанным выше и показанным на сопроводительных чертежах. Соответственно, рамки вариантов осуществления, описанных выше, должны быть определены из последующей формулы изобретения.

Предоставляется система (700) для использования давления пара для определения концентрации компонента в многокомпонентной текучей среде. Система (700) включает в себя электронный прибор (710), соединенный с возможностью связи с измерительным преобразователем (720), сконфигурированным, чтобы воспринимать многокомпонентную текучую среду. Электронный прибор (710) конфигурируется, чтобы определять первое давление пара, первое давление пара является давлением пара первого компонента многокомпонентной текучей среды, определять второе давление пара, второе давление пара является давлением пара второго компонента многокомпонентной текучей среды, и определять многокомпонентное давление пара, многокомпонентное давление пара является давлением пара многокомпонентной текучей среды. Электронный прибор (710) также конфигурируется, чтобы определять концентрацию, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара. Электронный прибор (710) дополнительно конфигурируется, чтобы определять давление пара на основе коэффициента усиления возбуждающего сигнала, предоставляемого измерительному преобразователю (720). Технический результат – определение точного истинного значения давления пара. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система (700) для использования давления пара для определения концентрации компонента в многокомпонентной текучей среде, система (700) содержит:

электронный прибор (710), соединенный с возможностью связи с измерительным преобразователем (720), чтобы воспринимать многокомпонентную текучую среду, электронный прибор (710) конфигурируется, чтобы:

определять первое давление пара, первое давление пара является давлением пара первого компонента многокомпонентной текучей среды;

определять второе давление пара, второе давление пара является давлением пара второго компонента многокомпонентной текучей среды;

определять многокомпонентное давление пара, причем многокомпонентное давление пара является давлением пара многокомпонентной текучей среды, на основе коэффициента усиления возбуждающего сигнала, предоставляемого измерительному преобразователю (720); и

определять концентрацию, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента, на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара.

2. Система (700) по п. 1, при этом электронный прибор (710), конфигурируемый, чтобы определять концентрацию, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара, содержит электронный прибор (710), конфигурируемый, чтобы использовать уравнения:

; и

;

где:

P_m является многокомпонентным давлением пара и является суммой давлений, оказываемых каждым компонентом многокомпонентной текучей среды, являющейся двухкомпонентной текучей средой;

, являются, соответственно, первым давлением пара и вторым давлением пара, когда первый компонент и второй компонент являются беспримесными текучими средами; и

, являются, соответственно, молярными долями первого и второго компонента в двухкомпонентной текучей среде.

3. Система (700) по п. 1, при этом электронный прибор (710), конфигурируемый, чтобы определять концентрацию, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара, содержит электронный прибор (710), конфигурируемый, чтобы определять концентрации первого компонента, второго компонента и третьего компонента с помощью уравнений:

;

;

; и

;

где:

является многокомпонентным давлением пара многокомпонентной текучей среды, где многокомпонентная текучая среда является трехкомпонентной текучей средой;

и являются соответствующими молярными долями первого компонента, второго компонента и третьего компонента трехкомпонентной текучей среды;

и являются, соответственно, первым давлением пара, вторым давлением пара и третьим давлением пара, когда первый компонент, второй компонент и третий компонент являются беспримесными текучими средами;

является молекулярным весом трехкомпонентной текучей среды;

, и являются соответствующими молекулярными весами первого компонента, второго компонента и третьего компонента;

, и являются соответствующими массовыми долями первого компонента, второго компонента и третьего компонента в трехкомпонентной текучей среде и, соответственно, равны , и ;

, и являются соответствующими плотностями первого компонента, второго компонента и третьего компонента трехкомпонентной текучей среды; и

является плотностью трехкомпонентной текучей среды.

4. Система (700) по одному из каких-либо из предшествующих пп. 1-3, при этом электронный прибор (710) дополнительно конфигурируется, чтобы определять плотность многокомпонентной текучей среды в измерительном преобразователе (720) на основе сигналов датчика, предоставляемых измерительным преобразователем (720).

5. Система (700) по одному из каких-либо из предшествующих пп. 1-4, при этом электронный прибор (710) дополнительно конфигурируется, чтобы определять истинное давление пара многокомпонентной текучей среды на основе статического давления многокомпонентной текучей среды в измерительном преобразователе (720).

6. Система (700) по одному из каких-либо из предшествующих пп. 1-5, при этом электронный прибор (710) является измерительным электронным прибором (20), а измерительный преобразователь (720) является измерительным узлом (10) вибрационного измерителя (5).

7. Способ использования давления пара для определения концентрации компонента в многокомпонентной текучей среде, способ содержит этапы, на которых:

определяют первое давление пара, первое давление пара является давлением пара первого компонента многокомпонентной текучей среды;

определяют второе давление пара, второе давление пара является давлением пара второго компонента многокомпонентной текучей среды;

используют измерительный преобразователь, имеющий многокомпонентную текучую среду, чтобы определять многокомпонентное давление пара, многокомпонентное давление пара является давлением пара многокомпонентной текучей среды на основе коэффициента усиления возбуждающего сигнала, предоставляемого измерительному преобразователю; и

определяют концентрацию, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара.

8. Способ по п. 7, при этом определение концентрации, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара содержит этап, на котором используют уравнения:

; и

;

где:

P_m является многокомпонентным давлением пара и является суммой давлений, оказываемых каждым компонентом многокомпонентной текучей среды, являющейся двухкомпонентной текучей средой;

, являются, соответственно, первым давлением пара и вторым давлением пара, когда первый компонент и второй компонент являются беспримесными текучими средами; и

, являются, соответственно, молярными долями первого и второго компонента в двухкомпонентной текучей среде.

9. Способ по п. 7, при этом определение концентрации, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара содержит этап, на котором определяют концентрации первого компонента, второго компонента и третьего компонента с помощью уравнений:

;

;

; и

;

где:

является многокомпонентным давлением пара многокомпонентной текучей среды, где многокомпонентная текучая среда является трехкомпонентной текучей средой;

и являются соответствующими молярными долями первого компонента, второго компонента и третьего компонента трехкомпонентной текучей среды;

и являются, соответственно, первым давлением пара, вторым давлением пара и третьим давлением пара, когда первый компонент, второй компонент и третий компонент являются беспримесными текучими средами;

является молекулярным весом трехкомпонентной текучей среды;

, и являются соответствующими молекулярными весами первого компонента, второго компонента и третьего компонента;

, и являются соответствующими массовыми долями первого компонента, второго компонента и третьего компонента в трехкомпонентной текучей среде и, соответственно, равны , и ;

, и являются соответствующими плотностями первого компонента, второго компонента и третьего компонента трехкомпонентной текучей среды; и

является плотностью трехкомпонентной текучей среды.

10. Способ по одному из каких-либо из вышеупомянутых пп. 7-9, дополнительно содержащий этап, на котором определяют плотность многокомпонентной текучей среды в измерительном преобразователе на основе сигналов датчика, предоставляемых измерительным преобразователем.

11. Способ по одному из каких-либо из вышеупомянутых пп. 7-10, дополнительно содержащий этап, на котором определяют истинное давление пара многокомпонентной текучей среды на основе статического давления многокомпонентной текучей среды в измерительном преобразователе.

12. Способ по одному из каких-либо из вышеупомянутых пп. 7-11, при этом измерительный преобразователь является измерительным узлом вибрационного измерителя.