BR112015008644B1

BR112015008644B1 - Sistema de medição de fluxo, e, método para monitorar uma operação de um sistema de medição de fluxo

Info

Publication number: BR112015008644B1
Application number: BR112015008644-6A
Authority: BR
Inventors: Lawson Hamilton Ramsay
Original assignee: Daniel Measurement And Control, Inc
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2021-11-23
Also published as: EP2909587A4; CA2888939A1; CN103776516B; BR112015008644A2; US20140109686A1; IN2015DN03264A; EP2909587A1; CA2888939C; CN103776516A; MX342736B; US9151649B2; CN204115825U; WO2014063004A1; RU2601223C1; MX2015004905A; EP2909587B1; BR112015008644B8

Abstract

SISTEMA DE MEDIÇÃO DE FLUXO, MÉTODO PARA MONITORAR UMA OPERAÇÃO DE UM SISTEMA DE MEDIÇÃO DE FLUXO, E, SISTEMA DE MONITORAMENTO DE CONDIÇÃO Aparelho e método para operação de monitoramento de um sistema de medição de fluxo. Em uma modalidade, um sistema de medição de fluxo inclui um fluxímetro, um primeiro e segundo sensores de pressão, um condicionador de fluxo e um monitor de condição. O fluxímetro é configurado para medir o volume de escoamento de fluido através do fluxímetro. O primeiro sensor de pressão é colocado próximo ao fluxímetro para medir a pressão do fluido próximo ao fluxímetro. O condicionador de fluxo é colocado a jusante do fluxímetro. O segundo sensor de pressão é colocado a jusante do condicionador de fluxo para medir a pressão do fluido a jusante do condicionador de fluxo. O monitor de condição é acoplado ao fluxímetro e aos sensores de pressão e é configurado para identificar uma discrepância potencial na operação do sistema de medição de fluxo com base em uma diferença entre as medidas de pressão do primeiro e segundo sensores de pressão.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA COM PEDIDOS CORRELATOS

[001] O presente pedido reivindica prioridade ao pedido de patente provisional US 61/716.164, depositado em 19 de outubro de 2012 (pasta de advogado 1787-27.900, M&C 201213), aqui incorporado em sua integralidade pela referência.

FUNDAMENTOS

[002] Gás natural é transportado de um lugar para outro, via tubulações. É desejável conhecer com que precisão a quantidade de gás fluindo pela tubulação, e precisão particular é demandada quando o fluido estiver trocando de mãos, ou “transferência de custódia”. Mesmo quando transferência não está ocorrendo, precisão de medição é desejável e, nestas situações, fluxímetros podem ser usados.

[003] Fluxímetros ultrassônicos são um tipo de fluxímetro que pode ser usado para medir a quantidade de fluido escoando em uma tubulação. Fluxímetros ultrassônicos têm precisão suficiente para uso em transferência de custódia. Em um fluxímetro ultrassônico, sinais acústicos são enviados para trás e para frente através da corrente de fluido a ser medida. Com base nos parâmetros de sinais acústicos recebidos, a velocidade do fluxo de fluido no fluxímetro é determinada. O volume de fluido escoando através do medidor pode se determinado a partir de velocidades de fluxo determinadas e a área de seção transversal conhecida do fluxímetro.

[004] Um sistema ultrassônico de medição de fluxo é sujeito a várias condições que afetam a calibração, precisão, e/ou operação do sistema de medição. Por exemplo, acúmulo de contaminantes na tubulação, restrições ao fluxo, e/ou diferenças ou mudanças em um ambiente operacional em relação ao ambiente de calibração podem afetar a precisão do fluxímetro. Consequentemente, técnicas eficazes para monitorar condições relacionadas à operação e precisão de sistema de medição de fluxo são desejáveis. SUMÁRIO

[005] Aparelho e método para monitorar operação de fluxímetro são aqui revelados. Em um modo de realização, um sistema de medição de fluxo inclui um fluxímetro, primeiro e segundo sensores de pressão, um condicionador de fluxo, e um monitor de condição. O fluxímetro é configurado para medir o volume de fluido escoando através do fluxímetro. O primeiro sensor de pressão é disposto próximo ao fluxímetro para medir pressão do fluido próximo ao mesmo. O condicionador de fluxo é disposto a montante do condicionador de fluxo para medir pressão do fluido a montante do condicionador de fluxo. O monitor de condição á acoplado ao fluxímetro e a sensores de pressão, e é configurado para identificar uma discrepância potencial na operação do sistema de medição de fluxo com base em uma diferença entre medições de pressão do primeiro e segundo sensores de pressão. Em outro modo de realização, um método para monitorar operação de um sistema de medição de fluxo inclui receber medições de pressão de um primeiro sensor de pressão disposto próximo ao fluxímetro e de um segundo sensor de pressão disposto a montante de um condicionador de fluxo que condiciona uma corrente de fluido provida ao fluxímetro. Um diferencial de pressão de referência entre o primeiro e segundo sensores é estabelecida. Uma discrepância potencial na operação do sistema de medição de fluxo é identificada com base no diferencial de pressão de referência e medições de pressão recebidos do primeiro e segundo sensores de pressão.

[006] Em outro modo de realização, um sistema de monitoração de condição para monitorar operação de um sistema de medição de fluxo inclui um motor de determinação de pressão de referência e um motor de verificação de parâmetro; O motor de determinação de pressão de referência é configurado para adquirir medições de pressão de um primeiro sensor de pressão disposto próximo ao fluxímetro, e de um segundo sensor de pressão disposto a montante de um condicionador de fluxo que condiciona uma corrente de fluido provida ao fluxímetro. O motor de determinação de pressão de referência é ainda configurado para estabelecer um diferencial de pressão de referência entre o primeiro e segundo sensores de pressão com base nas medições de pressão. O motor de verificação de parâmetro é configurado para identificar uma discrepância potencial na operação do sistema de medição de fluxo com base no diferencial de pressão de referência e medições de pressão recebidas do primeiro e segundo sensores de pressão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] Para uma descrição detalhada de modos de realização exemplificativos da invenção, será feita agora referência aos desenhos anexos, nos quais:

[008] A figura 1 mostra um sistema de medição de fluxo ultrassônico de acordo com vários modos de realização;

[009] A figura 2 mostra uma vista de topo em seção transversal de um fluxímetro ultrassônico de acordo com vários modos de realização;

[0010] A figura 3 mostra um diagrama esquemático de um sistema de medição de fluxo ultrassônico incluindo um sensor de pressão a montante de um condicionador de fluxo de acordo com vários modos de realização;

[0011] A figura 4 mostra um diagrama em bloco de um sistema de monitoração de condição de acordo com vários modos de realização;

[0012] A figura 5 mostra um diagrama em bloco de um modo de realização com base em processador de um monitor de condição de acordo com vários modos de realização; e

[0013] A figura 6 mostra um fluxograma de um método para monitorar condição de um sistema de medição de fluxo de acordo com vários modos de realização.

NOTAÇÃO E NOMENCLATURA

[0014] Na explicação a seguir e nas reivindicações, os termos “incluindo” e “compreendendo” são usados de uma maneira alternativa e, desse modo, devem ser interpretados como significando “incluindo, mas não limitado a...”. Adicionalmente o termo “acopla” ou “se acopla” tem a intenção de significar uma conexão elétrica direta ou indireta. Desse modo, se um primeiro dispositivo se acopla a um segundo dispositivo, esta conexão pode se através de uma conexão elétrica direta, ou através de uma conexão elétrica indireta realizada via outros dispositivos e conexões. Além disso, o termo “software” inclui qualquer código executável capaz de rodar em um processador, a despeito da mídia usada para armazenar o software. Desse modo, código armazenado na memória (por exemplo, memória não volátil), e por vezes referido como “firmware embutido”, está incluído dentro da definição de software. A menção a “com base em” tem a intenção de significar “com base pelo menos parcialmente em”. Por conseguinte, se X for com base em Y, X pode ser com base em Y e qualquer número de outros fatores. O termo “fluido” inclui líquidos e gases.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0015] A descrição a seguir é direcionada a vários modos de realização exemplificativos da invenção. As figuras dos desenhos não estão necessariamente em escala. Certas feições dos modos de realização podem estar mostradas exageradas em escala ou de forma um tanto esquemática e alguns detalhes de elementos convencionais podem não estar mostrados no interesse da clareza e concisão. Os modos de realização revelados não devem ser interpretados, ou, de outro modo, usados para limitar o escopo da invenção, incluindo as reivindicações. Em adição, alguém experiente na técnica entenderá que a descrição a seguir tem ampla aplicação, e a explicação de q modo de realização se destina apenas a ser exemplificava deste modo de realização, e sem intenção de sugerir que o escopo da invenção, incluindo as reivindicações, seja limitado a este modo de realização. Deve ser totalmente reconhecido que os diferentes ensinamentos dos modos de realização explicados abaixo podem ser empregados separadamente ou em qualquer combinação possível para produzir resultados desejados. Além disso, os vários modos de realização foram desenvolvidos no contexto de medir fluxos de hidrocarboneto (por exemplo, óleo cru, gás natural), e a descrição acompanha o contexto evolucionário; entretanto, os sistemas e métodos descritos são igualmente aplicáveis à medição de qualquer fluxo de fluido.

[0016] Sistemas de medição de fluxo ultrassônica incluem monitores de condição (por exemplo, sistemas de monitoração com base em condução) para possibilitar detecção de mudanças na operação de sistema de medição e/ou condições operacionais do sistema, e a correção de condições causando as mudanças. Um monitor de condição de fluxímetro ultrassônico é um sistema que monitora a operação do fluxímetro ultrassônico e instrumentação associada. Um monitor de condição pode analisar a operação do sistema de medição por realizar funções exemplificativas, como: • detecção de mudanças nas características de fluxo, como perfil de fluxo, simetria de fluxo, redemoinho e fluxo, turbulência de fluxo etc. • detecção de mudanças nos resultados de diagnósticos ultrassônicos, como taxa de erro na detecção de sinais ultrassônicos, níveis de ganho, níveis de ruído, detecção de mudança de pico etc. • comparação de velocidade de som medida pelo fluxímetro ultrassônico para composição, pressão e temperatura de gás usando a norma 10 da American Gas Association (AGA).; • comparação entre temperatura medida e temperatura derivada da velocidade do som; e • comparação de densidade derivada de um sensor de composição de gás (por exemplo, um cromatógrafo de gás) com a densidade derivada da velocidade do som.

[0017] Devido a mudanças na pressão de fluxo afetarem a precisão de medições de volume de fluido produzidas por medição ultrassônica, sistemas de medição de fluxo ultrassônicos incluem um sensor de pressão próximo ao fluxímetro ultrassônico para prover medições de pressão de fluido. Precisão do sensor de pressão é periodicamente verificada para assegurar que a precisão de medição não está adversamente afetada pela medição errônea do sensor de pressão. Em sistema de medição de fluxo ultrassônicos, a precisão do sensor de pressão é verificada com testador de peso morto, ou uma bomba e um sensor de pressão adicional que tenha sido calibrado em um laboratório confiável. Alternativamente, um sensor de pressão redundante pode ser disposto próximo ao fluxímetro ultrassônico com a suposição de que os dois sensores de pressão não experimentarão modo comum de falha ou desvio.

[0018] Modos de realização da presente invenção incluem um sensor de pressão a montante do condicionador de fluxo, em vez de um sensor de pressão adicional próximo ao (por exemplo, no, ou, a montante de) o fluxímetro ultrassônico com em sistemas de medição ultrassônicos convencionais. O sistema de medição de fluxo aqui revelado aplica medições de pressão providas pelo sensor de pressão a montante para verificar operação do sensor de pressão próximo ao fluxímetro ultrassônico e para identificar mudanças potenciais na operação do condicionador de fluxo.

[0019] A figura 1 mostra um sistema de medição de fluxo ultrassônico 100 de acordo com vários modos de realização. O sistema 100 inclui um fluxímetro ultrassônico 101, sensores 134, 136, 138 e um monitor de condição 128. No sistema 100, o fluxímetro ultrassônico 101 é acoplado a um tubo ou outra estrutura 132. Em alguns modos de realização, o tubo 132 é disposto a jusante do fluxímetro ultrassônico 101. O tubo 132 inclui aberturas 144 que permitem os sensores 134-138 acessar a corrente de fluido escoando através do sistema 100. O monitor de condição 128 é acoplado aos sensores 134-138 e ao fluxímetro ultrassônico 101. Em alguns modos de realização, o monitor de condição 128 pode fazer parte de um computador de fluxo acoplado ao fluxímetro ultrassônico 101. Em outros modos de realização, o monitor de condição 128 pode ser integrado com eletrônicos 124 do fluxímetro ultrassônico 101, ou implementado como um dispositivo discreto.

[0020] O fluxímetro ultrassônico 101 inclui um corpo de medidor ou peça de carretel 102 que define uma passagem ou furo central. A peça de carretel 102 é projetada e construída para se acoplada a uma tubulação ou outra estrutura conduzindo fluidos (por exemplo, gás natural) de modo que os fluidos escoando na tubulação se desloquem através do furo central. Enquanto os fluidos se deslocam através do furo central, o fluxímetro ultrassônico 101 mede a vazão (desse modo, o fluido pode ser referido como o fluido medido) A peça de carretel 102 inclui flanges 106 que facilitam o seu acoplamento a outra estrutura. Em outros modos de realização, qualquer sistema adequado para acoplar a peça de carretel 102 a uma estrutura pode ser equivalentemente usada (por exemplo, conexões por solda).

[0021] De modo a medir fluxo de fluido dentro da peça de carretel 102, o fluxímetro ultrassônico 101 inclui uma pluralidade de conjuntos de transdutores. Na vista da figura 1, cinco desses conjuntos de transdutores 108, 110, 112, 116 e 120 estão em vista total ou parcial. Os conjuntos de transdutores são emparelhados (por exemplo, conjuntos de transdutores 108 e 110), como será mais explicado adiante. Além disso, cada conjunto de transdutor se acopla eletricamente ao pacote de eletrônicos de controle 124. Mais particularmente, cada conjunto de transdutor [e eletricamente acoplado ao pacote de eletrônicos de controle 124 por meio de um respectivo cabo 126 ou conjunto de condução de sinal equivalente.

[0022] A figura 2 mostra uma vista de topo em seção transversal do fluxímetro ultrassônico 101. A peça de carretel 102 tem um tamanho predeterminado e define o furo central 104 através do qual o fluido medido escoa. Um par ilustrativo de conjuntos de transdutores 112 e 114 é localizado ao longo do comprimento da peça de carretel 102. Os transdutores 112 e 114 são transceptores acústicos e, mais particularmente, transceptores ultrassônicos. Ambos os transdutores ultrassônicos 112, 114 geram e recebem sinais acústicos tendo frequências acima de cerca de 20 kHz. Os sinais acústicos podem ser gerados e recebidos por um elemento piezelétrico em cada transdutor. Para gerar um sinal ultrassônico, o elemento piezelétrico é estimulado eletricamente por meio de um sinal (por exemplo, um sinal senoidal), e o elemento responde por vibração. A vibração do elemento piezelétrico gera o sinal ultrassônico que se desloca através do fluido medido para o correspondente conjunto de transdutor do par. Similarmente, ao ser colidido por um sinal ultrassônico, o elemento piezelétrico de recepção vibra e gera um sinal elétrico (por exemplo um sinal senoidal que pé detectado, digitalizado e analisado pelos eletrônicos 124 associados ao fluxímetro ultrassônico 101.

[0023] Um trajeto 200, também referido como uma “corda” existe entre os conjuntos de transdutores ilustrativos 112 e 114 a um ângulo θ em relação à linha central 202. O comprimento da corda 200 é a distância entre a face do conjunto de transdutor 112 e a face do conjunto de transdutor 114. Os pontos 204 e 206 definem os locais nos quais os sinais ultrassônicos gerados pelos conjuntos de transdutores 112 e 114 entram e saem do fluido escoando através da peça de carretel 102 (ou seja, a entrada do furo da peça de carretel).A posição dos conjuntos de transdutores 112 e 114 pode ser definida por um ângulo θ, por um primeiro comprimento L medido entre as faces dos conjuntos de transdutores 112 e 114, um segundo comprimento X correspondente à distância axial entre pontos 204 e 206, e um terceiro comprimento d correspondente ao diâmetro interno do tubo. Na maioria dos casos, as distâncias d, X e L são precisamente determinadas durante a fabricação do fluxímetro ultrassônico. Um fluido medido, como um gás natural, escoa em uma direção 208 com um perfil de velocidade 210. Os vetores de velocidade 212, 214, 216 e 218 ilustram que a velocidade do gás através da peça de carretel 102 aumenta em direção à linha central 202 da peça de carretel 102.

[0024] Inicialmente, o conjunto de transdutor de jusante 112 gera um sinal ultrassônico que incide sobre, e, assim, detectado pelo conjunto de transdutor de montante 114. Algum tempo depois, o conjunto de transdutor de montante 114 gera um sinal ultrassônico de retorno que é subsequentemente incidente sobre, e, detectado pelo conjunto de transdutor de jusante 112. Desse modo, os conjuntos de transdutores trocam ou jogam “ arremessar e agarrar” com sinais ultrassônicos 220 ao longo do trajeto cordal 200. Durante operação, esta sequência pode ocorrer milhares de vezes por minuto.

[0025] O tempo de trânsito de um sinal ultrassônico 220 entre conjuntos de transdutores ilustrativos 112 e 114 depende, em parte, de se o sinal ultrassônico 220 está se deslocando a montante ou a jusante em relação ao fluxo de fluido. O tempo de trânsito para o sinal ultrassônico se deslocar a jusante (ou seja, no mesmo sentido do fluxo de fluido) é menor do que seu tempo de trânsito ao se deslocar a montante (ou seja, contra o fluxo de fluido). Os tempos de trânsito a montante e a jusante podem ser usados para cálculo da velocidade média ao longo do trajeto do sinal, e a velocidade medida do som no fluido. Dadas as medições de seção transversal do fluxímetro 101 conduzindo o fluido, a velocidade média sobre a área do furo central 104 pode ser suada para determinar o volume de fluido escoando através da peça de carretel 102.

[0026] Fluxímetros ultrassônicos podem ter uma ou mais cordas. Por exemplo, o fluxímetro 101 inclui quatro trajetos de corda a elevações variadas dentro da peça de carretel 102. A velocidade do fluxo do fluido pode ser determinada em cada corda para se obter velocidades de fluxo cordal, e as velocidades de fluxo cordal combinadas para determinação de uma velocidade do fluxo média por toda a tubulação. A partir da velocidade do fluxo média, a quantidade de fluido escoando na peça de carretel e, desse modo, pela tubulação, pode ser determinada.

[0027] Tipicamente, a eletrônica de controle 124 faz com que os transdutores (por exemplo, 112, 114) disparem e recebam sinais de saída dos transdutores. A eletrônica de controle 124 pode ainda computar a velocidade de fluxo média para cada corda, computar a velocidade de fluxo média para o medidor, computar a vazão volumétrica através do medidor, computar a velocidade do som através do fluido, efetuar diagnósticos de medidor etc. A vazão volumétrica e outros valores medidos e computados, como velocidade do fluxo, velocidade do som etc. podem ser produzidos para o monitor de condição 128. Como ressaltado acima, o monitor de condição 128 pode ser incluído na eletrônica de controle 124 em alguns modos de realização.

[0028] por:

e a velocidade cordal de som cé dada por:

onde: é o comprimento de trajeto (ou seja, separação de face para face entre os transdutores de montante e jusante), X j- são os tempos de trânsito a montante e a jusante da energia sonora através do fluido.

[0029] A velocidade de fluxo média através do medidor 101 é dada por:

onde: wi é um fator de ponderação cordal, vi é a velocidade de fluxo cordal medida, e a soma i é sobre todas as cordas.

[0030] Passando agora à figura 1, os sensores 134-138 medem vários atributos ou parâmetros do fluido, e podem prover as medições ao monitor de condição 128 via mídia de condução de sinal 142 (por exemplo, fiação). O sensor 134 é um sensor de composição de gás, como um cromatógrafo de gás, que provê informação indicadora da quantidade de cada constituinte do gás fluindo através do sistema 100. O sensor 136 é um sensor de pressão que provê sinais indicativos da pressão do fluido escoando no sistema 100. O sensor 138 é um sensor de temperatura (por exemplo, um detector de temperatura de resistência) que provê sinais indicativos da temperatura do fluido escoando através do sistema 100. O sensor de temperatura 138 se estende para a passagem interior 140 da tubulação 132, e mede a temperatura do fluido escoando através do sistema 100 no final do sensor 138. Desse modo, o sensor de temperatura 138 é posicionado para medir a temperatura do fluido em uma elevação específica. Na figura 1, os sensores 134-138 são dispostos próximo e a jusante do fluxímetro ultrassônico 101. Em outros modos de realização do sistema 100, um ou mais dos sensores 134-136 pode ser disposto na peça de carretel 102.

[0031] A partir da informação de composição, pressão e temperatura do fluido provida pelos sensores 134, 136 e 138, respectivamente, a velocidade do som através da corrente de fluido pode ser computada pelo uso de valores teóricos ou experimentais predeterminados. Por exemplo, o monitor de condição 128 pode computar a velocidade do som no fluido, como especificado em American Gas Association Report n. 10, “Speed of Soud in Natural Gas and Other Related Hydrocarbons” (AGA 10). Alguns modos de realização do monitor de condição 128 podem usar esta velocidade do som computada para verificar valores da velocidade do som medidos para cada corda do medidor 101.

[0032] Similarmente, com base nas medições de velocidade do som providas pelo fluxímetro ultrassônico 101 e as medições providas pelos sensores 134, 136, o monitor de condição 128 pode computar a temperatura, pressão e/ou composição do fluido escoando através do sistema de medição ultrassônico 100. O monitor de condição 128 pode computar temperatura, pressão e/ou composição usando um inverso iterativo da computação de velocidade do som provido pelo fluxímetro ultrassônico 101 e medições providas pelos sensores 134-136.

[0033] A figura 3 mostra um diagrama esquemático de um sistema de medição de fluxo ultrassônico 30. O sistema de medição de fluxo 300 inclui o sistema de medição de fluxo 100. Como explicado acima, e mostrado na figura 1, o sistema de medição de fluxo 100 inclui o fluxímetro ultrassônico 101, e sensor de temperatura 138, sensor de pressão 136, e sensor de composição de gás 134 montados a jusante do fluxímetro ultrassônico 101. Alguns modos de realização do sistema 300 incluem um sensor de pressão 136 disposto na peça de carretel 101, alternativa ou adicionalmente, ao sensor de pressão 136 montado a jusante do fluxímetro ultrassônico 101. Em outros modos de realização, o sensor de temperatura 138 e/ou o sensor de pressão 136 pode ser disposto a montante do fluxímetro 101, a uma distância de modo que os sensores 136, 138 não impactem adversamente o fluxo de fluido e o perfil de fluxo através do fluxímetro 101.

[0034] O sistema de medição de fluxo 300 inclui ainda um condicionador de fluxo 302 e um sensor de pressão 304 fluidicamente acoplado ao fluxímetro ultrassônico 101. O condicionador de fluxo 302 é disposto a montante do fluxímetro ultrassônico 101, e o sensor de pressão 304 é disposto a montante do condicionador de fluxo 302 A distância entre o fluxímetro ultrassônico 101 e o condicionador de fluxo 302 pode ser especificada pelo fabricante do fluxímetro 101 e/ou do condicionador de fluxo 302. O condicionador de fluxo 302 reduz redemoinho, turbulência etc. na corrente de fluido provida ao fluxímetro ultrassônico 101, provendo, desse modo, um perfil de fluxo totalmente desenvolvido na corrente de fluido escoando através do fluxímetro ultrassônico 101. Alguns modos de realização do condicionador de fluxo 302 condicionam o fluxo de fluido por direcionar a corrente de fluido através de uma série de pequenos orifícios. Os orifícios do condicionador de fluxo 302 podem ser bloqueados por contaminantes na corrente de fluido.

[0035] Como previamente explicado, a pressão e temperatura do fluido próximo ao fluxímetro 101 são usadas em computações de fluxo para corrigir pressão e temperatura na área de seção transversal do corpo do fluxímetro ultrassônico, medindo o volume para condições padrão, e outro cálculos de medição. A pressão e temperatura do fluido próximo ao fluxímetro 101, como medidas pelo sensor de pressão 136 e sensor de temperatura 138 são aqui respectivamente designadas “pressão no medidor” e temperatura no medidor”. Pressão e temperatura no medidor devem ter alta precisão, e serem verificadas para assegurar que incerteza de medição geral não é adversamente afetada pela medição errônea nos sensores 136, 138.

[0036] Similarmente, pressão de fluido a montante do condicionador de fluxo 302, como medida pelo sensor de pressão 304, é denominada “pressão no condicionador”. Valores de medição de pressão providos pelos sensores 136, 304 são providos ao monitor de condição 128. O monitor de condição 128 pode determinar a queda de pressão ao longo do condicionador de fluxo 302 como: Queda de pressão no condicionador = Pressão no condicionador - Pressão no medidor (1)

[0037] A queda de pressão ao longo do condicionador de fluxo 302 depende do número de Reynolds. Por conseguinte, o monitor de condição 128 pode determinar valores de referência do diferencial de pressão (queda de pressão no condicionador) em relação ao Número de Reynolds ou outras características de fluxo, como velocidade do fluxo, onde a pressão e temperatura de fluido são mantidas relativamente estáveis. Uma vez que os valores de diferencial de pressão de referência sejam estabelecidos, o monitor de condição 128 pode aplicar os valores diferenciais de referência para determinar se o condicionador de fluxo 302 pode ser bloqueado com base na pressão diferencial corrente excedendo um limiar de pressão diferencial em relação à referência. O monitor de condição 128 pode gerar um alarme indicando que um bloqueio potencial do condicionador de fluxo 302 foi detectado.

[0038] O monitor de condição 128 pode ainda computar uma pressão de corrente de fluido secundária que corrige a pressão no condicionador para condições de medidor. A pressão de corrente de fluido secundária pode ser computada como: Pressão de medidor secundária - Pressão no Condicionador - Pressão diferencial de referência (2)

[0039] O monitor de condição 128 compara a pressão no medidor com a pressão de medidor secundária. Quando a diferença entre a pressão no medidor e a pressão no medidor secundária exceder um valor de limiar predeterminado, o monitor de condição 128 pode gerar um alarme indicando que a verificação de um ou mais dos sensores de pressão 136, 304 deve ser realizada. O limiar pode ser estabelecido de acordo com normas locais, nacionais e internacionais que estabelecem incerteza admissível para a medição de pressão com base no tipo de aplicação de medição sendo realizada.

[0040] Similarmente, em alguns modos de realização, o monitor de condição 128 pode computar pressão de condicionador secundária com base no valor de pressão no medidor e pressão diferencial de referência. A pressão no condicionador secundária pode ser computada como: Pressão no Condicionador Secundária - Pressão o Medidor + Pressão Diferencial de Referência (3) e comparada à pressão no condicionador medida. Se a diferença entre a pressão no condicionador e a pressão no condicionador secundária exceder um valor de limiar predeterminado, o monitor de condição 128 pode gerar um alarme indicando que verificação de um ou mais dos sensores de pressão 136, 304 deve ser realizada. O limiar deve ser ajustado de acordo com as normais locais, nacionais e internacionais que estabelecem incerteza admissível para a medição de pressão com base no tipo de aplicação de medição sendo realizada.

[0041] A figura 4 mostra um diagrama em bloco do monitor de condição 128 de acordo com vários modos de realização. O monitor de condição 128 inclui um motor de verificação de parâmetro 402, um motor de determinação de pressão de referência 406, e um motor de exibição 404. O motor de verificação de parâmetro 402 adquire valores de vários parâmetros operacionais 408 do fluxímetro ultrassônico 101, sensores 134-138, 304 etc. e processa os valores de parâmetro para identificar mudanças na operação do sistema de medição300 que podem ser indicativas de imprecisão potencial de medição de fluxo ou outros desvios da operação esperada. Modos de realização do motor de verificação de parâmetro 402 podem adquirir e processar valores de parâmetros 408, onde os parâmetros 408 incluem ganhos aplicados aos transdutores ultrassônicos para detecção de sinais ultrassônicos, fator de perfil de fluxo, simetria de fluxo, fluxo cruzado, redemoinho de fluxo, razões cordais de sinal/ruído, medições de pressão e temperatura etc.

[0042] O motor de determinação de pressão de referência 406 computa valores de diferencial de pressão de referência 414 para os sensores de pressão 136, 304. Os valores de diferencial de pressão de referência podem ser determinados em relação ao número de Reynolds ou velocidade do fluido escoando através do sistema de medição de fluxo 300. Os valores de diferencial de pressão de referência podem ser determinados, por exemplo, como uma média de valores de Queda de Pressão no Condicionador sobre um intervalo de inicialização em relação ao número de Reynolds ou velocidade. O motor de determinação de pressão de referência 406 provê os valores de diferencial de pressão de referência 414 ao motor de verificação de parâmetro 402.

[0043] Alguns modos de realização do monitor de condição 128 incluem um motor de número de Reynolds, que computa números de Reynolds para fluido escoando através do sistema de medição de fluxo 300 em instantes correspondentes à aquisição dos valores do parâmetro 408. Como explicado acima, os números de Reynolds podem ser aplicados com referência às medições de pressão providas pelos sensores de pressão 136, 304. Em alguns modos de realização, o monitor de condição 128 pode receber os números de Reynolds de um sistema diferente. O motor de número de Reynolds pode computar os números de Reynolds com base nos parâmetros medidos do fluido escoando através do fluxímetro 101, providos pelo fluxímetro 101 e transdutores 134-138.

[0044] O motor de verificação de parâmetro 402 computa valores correntes de Queda de Pressão no Condicionador e Pressão no Medidor Secundária e compara os valores correntes com os valores de limiar. Um valor corrente de Queda de Pressão no Condicionador é comparado a um limiar que é com base nos valores de diferencial de pressão de referência 414. O limiar define uma faixa de diferenças permissíveis entre o diferencial de pressão de referência 414 e a diferença entre o diferencial de pressão de referência 414 e o valor corrente de Queda de Pressão no Condicionador. O limiar pode ser com base na faixa de diferenças observadas ao longo do tempo, um valor de faixa predeterminado etc.

[0045] Um valor corrente de diferença entre a pressão no medidor e Pressão no Medidor Secundária é comparado a um limiar definindo uma diferença máxima permitida entre a pressão no medidor corrente e a Pressão no Medidor Secundária. O limiar pode ser com base na faixa de diferenças observadas entre a pressão no medidor e Pressão No Medidor Secundária ao longo do tempo, um valor de faixa predeterminado etc.

[0046] Alguns modos de realização do monitor de condição 128 podem incluir limiares de alarme separados para a pressão no medidor, Pressão no Medidor Secundária, e Queda de Pressão no Condicionador. Em outros modos de realização, um único limiar de alarme pode ser aplicado para indicar que o condicionador de fluxo 302 pode estar bloqueado, ou que os sensores de pressão 136, 304 devem ser verificados.

[0047] A pressão no medidor/Pressão no Medidor Secundária e Queda de Pressão no Condicionador definem faixas dentro das quais valores de cada parâmetro são considerados para indicar que o sistema de medição de fluxo 300 está operando apropriadamente. Inversamente, valores do parâmetro que caiam fora da faixa definida pelos limiares podem indicar que o sistema de medição de fluxo 300 não está operando apropriadamente. O motor de verificação de parâmetro 402 pode gerar um alarme 410 com base na diferença entre a pressão no medidor e a Pressão no Medidor Secundária, ou Queda de Pressão no Condicionador e os valores de diferencial de pressão 414 excedendo os correspondentes valores de limiar.

[0048] O monitor de condição 128 pode ainda determinar se um desvio sistemático, com base, por exemplo, em características do local, está presente entre os sensores de pressão 136, 304. O monitor de condição 128 pode quantificar o desvio sistemático e ajustar as medições providas pelos sensores de pressão 136, 304, e/ou a diferença entre as pressões medidas de acordo com o desvio sistemático para aumentar a precisão de medição.

[0049] O motor de exibição 414 gera exibições para apresentação de informação provida pelo motor de verificação de parâmetro 402 a um usuário. Por exemplo, o motor de exibição 404 pode gerar uma exibição de valores de um parâmetro operacional selecionado do fluxímetro ultrassônico 101. Que tenham disparado um alarme com correspondentes velocidades, números de Reynolds, limiares, e outra informação aqui revelada. O motor de exibição 404 pode apresentar a exibição via um monitor, como conhecido na técnica (por exemplo, um monitor de tela plana), uma impressora, ou outro dispositivo de exibição.

[0050] Modos de realização do motor de verificação de parâmetro 402, o motor de determinação de pressão de referência 406, o motor de exibição 404, e outros motores aqui revelados podem incluir recursos de hardware ou recursos de hard e software (ou seja, instruções) para realizar as funções aqui reveladas. Por exemplo, alguns modos de realização do motor de verificação de parâmetro 402, o motor de determinação de pressão de referência 406, e o motor de exibição 44 podem ser implementados como um ou mais processadores executando instruções recuperadas de um meio de armazenamento. Processadores adequados para implementar os motores 402, 404, 406 podem incluir microprocessadores de finalidade gera, processadores de sinal digital, micro controladores, ou outros dispositivos capazes de executar instruções recuperadas de um meio de armazenamento legível por computador. Arquiteturas e processador geralmente incluem unidades de execução (por exemplo, ponto fixo, ponto flutuante, inteiro etc.), armazenamento (por exemplo, registradores, memória etc.), decodificação de instrução, periféricos (por exemplo, controladores de interrupção, cronômetros, controladores de acesso direto à memória etc.) e vários outros componentes e subsistemas. Um meio de armazenamento legível por computador não transitório adequado para armazenar instruções dos motores 402, 404, 406 pode incluir armazenamento volátil, como memória de acesso aleatório, armazenamento não volátil (por exemplo, disco rígido, um dispositivo de armazenamento óptico (por exemplo, CD ou DVD), armazenamento Flash, memória só de leitura), ou suas combinações.

[0051] Alguns modos de realização do motor de verificação de parâmetro 402, do motor de determinação de pressão de referência 406, do motor de exibição 44, e outros motores ou porções do monitor de condição 128 aqui revelados podem ser implementados como circuito de hardware configurado para realizar as funções aqui reveladas. Seleção de um hardware ou implementação de processador/instrução de modos de realização é uma escolha de projeto baseada em uma variedade de fatores, como custo, tempo de implementação, e a capacidade de incorporar funcionalidade mudada ou adicional no futuro.

[0052] A figura 5 mostra um diagrama em bloco de um modo de realização com base em processador do monitor de condição 128. O modo de realização do monitor de condição 128 mostrado na figura 5 inclui um processador 500 e armazenamento 510 acoplado ao processador 500. O processador 500 é um dispositivo de execução de instrução como descrito acima. O armazenamento 510 é um meio de armazenamento legível por computador como descrito acima. O processador 500 recupera e executa instruções armazenadas no armazenamento 510, lê dados do armazenamento 510, grava dados para o armazenamento 510, e se comunica com outros sistemas e dispositivos. O armazenamento 510 inclui um motor de verificação de parâmetro 502, um motor de determinação de pressão de referência 506, e um motor de exibição 504 que, respectivamente, incluem instruções para implementar o motor de verificação de parâmetro 402, o motor de determinação de pressão de referência 406, e o motor de exibição 404. O armazenamento 510 pode incluir ainda valores de parâmetros processados e/ou não processados 512 (por exemplo, valores de ganho de transdutor, valores de fator de perfil, valores de pressão no condicionador etc.), e valores de referência 508 que correspondem aos valores de diferencial de pressão de referência 414, valores de limiar etc. O monitor de condição com base em processador 128 mostrado na figura 5 pode incluir vários outros componentes, como adaptadores de rede, interfaces de vídeo, interfaces de periféricos etc. que tenham sido omitidos da figura 5 por questão de clareza.

[0053] A figura 6 mostra um fluxograma de um método 600 para monitorar a condição de um sistema de medição de fluxo ultrassônico 300 de acordo com vários modos de realização. Embora ilustradas sequencialmente por questão de conveniência, pelo menos algumas ações mostradas podem ser realizadas em ordem diferente e/ou realizadas em paralelo. Adicionalmente, alguns modos de realização podem realizar apenas algumas das ações mostradas. Em alguns modos de realização, pelo menos algumas das operações do método 600, bem como, outras operações aqui descritas, podem ser implementadas como instruções armazenadas no meio de armazenamento legível por computador 510 e executadas pelo processador 500.

[0054] No bloco 602, fluido está escoando através do sistema de medição de fluxo ultrassônico 300, e o sistema 300 está medindo o volume do fluido. O monitor de condição 128 adquire valores de pressão de fluido do sensor de pressão136 disposto próximo ao fluxímetro ultrassônico 101.

[0055] No bloco 604, o monitor de condição 128 adquire valores de pressão de fluido do sensor de pressão 304 disposto a montante do condicionador de fluxo 302.

[0056] No bloco 606, o monitor de condição 128 determina um valor de diferença de pressão de referência correspondente à diferença em pressões medidas pelo sensor 136 e o sensor 304. O valor de diferença de pressão de referência pode ser determinado em relação à velocidade e/ou ao número de Reynolds do fluido escoando através do sistema 300 quando valores de pressão são medidos pelos sensores 136, 304. Desse modo, um valor de diferença de pressão de referência pode expressar uma diferença nominal ou esperada em medições de pressão entre os sensores 136, 306 a uma dada velocidade de fluido ou número de Reynolds.

[0057] No bloco 608, o monitor de condição 128 estabelece limiares em relação ao valor de diferença de pressão de referência. Os limiares indicam uma faixa de diferenças aceitável entre pressão no medidor de pressão no condicionador a um respectivo número de Reynolds, velocidade etc. Os limiares podem ser determinados com base em uma faixa predeterminada considerada nominal (como esperada) no número de Reynolds, velocidade ou outro parâmetro de referência correspondente a cada valor da diferença de pressão.

[0058] No bloco 610, o monitor de condição 128 determina se um bloqueio pode estar presente no condicionador de fluxo 302. O monitor de condição 128 identifica um bloqueio potencial por comparar um valor corrente da diferença entre pressão no medidor e pressão no condicionador com o valor de diferença de pressão de referência. O valor de diferença de pressão de referência pode corresponder a um número de Reynolds ou velocidade de fluido no momento em que os valores de pressão, usados para computar o valor corrente da diferença, foram adquiridos. Se o valor corrente da diferença exceder o limiar, (ou seja, o diferencial de pressão entre os sensores 136, 30 tiver aumentado mais do que uma quantidade predeterminada), então o condicionador de fluxo 302 pode ser bloqueado. O monitor de condição 128 pode gerar um alarme indicando que o condicionador de fluxo 302 pode estar bloqueado, com base nos resultados da comparação. Em alguns modos de realização, a geração de alarme pode ser ainda baseada na pressão no condicionador correspondente ao valor corrente da diferença tendo aumentada em relação às medições de pressão anteriores providas pelo sensor 304.

[0059] No bloco 612, o monitor de condição 128 determina a pressão de fluido esperada próximo ao fluxímetro ultrassônico 101. O monitor de condição 128 pode determinar a pressão esperada com base na pressão medida a montante do condicionador de fluxo 302 pelo sensor de pressão 304 e o valor diferencial de pressão de referência computado de acordo com a equação (2). O monitor de condição 128 pode estabelecer também limiares em relação à diferença entre o valor corrente da pressão no medidor e a esperada pressão de fluido próximo ao medidor 101. Os limiares indicam uma faixa de diferença aceitável entre pressão no medidor e pressão esperada a um respectivo número de Reynolds, velocidade etc. Os limiares podem ser determinados com base em um valor de diferença de pressão de referência predeterminado considerado nominal (como esperado) no número de Reynolds, velocidade, ou outro parâmetro de referência correspondente a cada valor da pressão no medidor.

[0060] No bloco 614, o monitor de condição 128 determina se um dos sensores de pressão 136, 304 pode estar com defeito ou sujeito a erro de medição de pressão. O monitor de condição 128 identifica um problema potencial de sensor ao comparar um valor corrente da pressão no medidor com a pressão de fluido esperada próximo ao fluxímetro ultrassônico 102. Se a diferença entre o valor corrente da pressão no medidor e a pressão de fluido esperada próximo ao medidor 101 exceder o limiar, então, pelo menos dos sensores 136, 304 pode estar experimentando um problema. O monitor de condição 128 pode gerar um alarme indicando um problema potencial com os sensores 136, 304 com base na comparação.

[0061] A explicação acima tem a intenção de ser ilustrativa dos princípios e de vários modos de realização exemplificativos da presente invenção. Numerosas variações e modificações se torarão aparentes a alguém experiente na técnica uma vez que a exposição acima seja completamente apreciada. Por exemplo, embora modos de realização da invenção tenham sido descritos em relação a um fluxímetro ultrassônico, alguém experiente na técnica entenderá que modos de realização são igualmente aplicáveis a outros tis de fluxímetro. Pretende-se que as reivindicações a seguir sejam interpretadas como abrangendo todas essas variações e modificações.

Claims

1. Sistema de medição de fluxo (300), caracterizado pelo fato de que compreende: um fluxímetro (101) ultrassônico configurado para medir o volume do escoamento de fluido através do fluxímetro (101); um primeiro sensor de pressão (136) disposto próximo ao fluxímetro (101) para medir pressão do fluido próximo ao fluxímetro (101); um condicionador de fluxo (302) disposto a montante do fluxímetro (101); um segundo sensor de pressão (304) disposto a montante do condicionador de fluxo (302) para medir a pressão do fluido a montante do condicionador de fluxo (302); e um monitor de condição (128) acoplado ao fluxímetro (101) e aos sensores de pressão (136, 304), e configurado para: identificar uma discrepância potencial em operação do sistema de medição de fluxo (300) com base em uma queda de pressão do condicionador compreendendo uma diferença entre as medições de pressão do primeiro e do segundo sensores de pressão (136, 304); estabelecer uma diferença de pressão de referência entre o primeiro e o segundo sensores de pressão (136, 304) com base na queda de pressão do condicionador computar um valor esperado de pressão próxima ao fluxímetro (101) com base na diferença de pressão de referência e na pressão medida pelo segundo sensor de pressão (304).

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o monitor de condição (128) é configurado para estabelecer a diferença de pressão de referência com base nas diferenças entre as medições de pressão do primeiro e do segundo sensores de pressão (136, 304) com relação a pelo menos um dentre número Reynolds e velocidade do fluido.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o monitor de condição (128) é configurado para gerar um alarme indicativo de um bloqueio do condicionador de fluxo (302) com base na diferença de pressão entre o primeiro e o segundo sensores de pressão (136, 304) excedendo a diferença de pressão de referência por mais de uma quantidade predeterminada.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o monitor de condição (128) é configurado para gerar um alarme indicativo de um problema com pelo menos um dentre o primeiro sensor de pressão (136) e o segundo sensor de pressão (304) com base na pressão medida pelo primeiro sensor de pressão (136) diferindo do valor esperado por mais de uma quantidade predeterminada.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um sistema de monitoramento de condição (128) compreendendo: um motor de determinação de pressão de referência (406) configurado para: adquirir medidas de pressão a partir do primeiro sensor de pressão (136); adquirir medidas de pressão a partir do segundo sensor de pressão (304); estabelecer a diferença de pressão de referência; e computar o valor de pressão esperado próximo ao fluxímetro (101) um motor de verificação de parâmetro (402) configurado para identificar a discrepância potencial.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o motor de determinação de pressão de referência (406) é configurado para estabelecer a diferença de pressão de referência com base nas diferenças entre as medidas de pressão do primeiro e segundo sensores de pressão (136, 304) em relação ao número Reynolds do fluido da corrente de fluido.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o motor de determinação de pressão de referência (406) é configurado para estabelecer a diferença de pressão de referência com base nas diferenças entre as medidas de pressão do primeiro e segundo sensores de pressão (136, 304) em relação à velocidade da corrente de fluido.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o motor de verificação de parâmetro (402) é configurado para identificar um bloqueio potencial do condicionador de fluxo (302) com base em uma diferença de pressão entre o primeiro e o segundo sensores de pressão (136, 304) excedendo a diferença de pressão de referência por mais de uma quantidade predeterminada.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o motor de verificação de parâmetro (402) é configurado para identificar o bloqueio potencial com base em um aumento na pressão medida pelo segundo sensor de pressão (304).

10. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o motor de verificação de parâmetro (402) é configurado para identificar um problema potencial com pelo menos um do primeiro e o segundo sensores de pressão (136, 304) com base na pressão medida pelo primeiro sensor de pressão (136) diferindo do valor esperado em mais que uma quantidade predeterminada.

11. Método para monitorar uma operação de um sistema de medição de fluxo (300), caracterizado pelo fato de que compreende: receber medições de pressão de um primeiro sensor de pressão (136) disposto próximo ao fluxímetro (101); receber medições de pressão de um segundo sensor de pressão (304) disposto a montante de um condicionador de fluxo (302) que condiciona uma corrente de fluido provida no fluxímetro (101); estabelecer uma diferença de pressão de referência entre o primeiro e o segundo sensores de pressão (136, 304) com base em uma queda de pressão de condicionador compreendendo uma diferença entre medições de pressão recebidas do primeiro sensor e do segundo sensor de pressão (136, 304); identificar uma discrepância potencial em operação do sistema de medição de fluxo (300) com base na diferença de pressão de referência e na queda de pressão do condicionador; e computar um valor esperado de pressão próxima ao fluxímetro (101) com base na diferença de pressão de referência e na pressão medida pelo segundo sensor de pressão (304).

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que quando o estabelecimento compreende determinar a diferença de pressão de referência com base nas diferenças entre as medições de pressão do primeiro e do segundo sensores de pressão (136, 304) com relação a pelo menos um dentre o número Reynolds e a velocidade do fluido da corrente de fluido.

13. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que identificar compreende gerar um alarme indicativo de um bloqueio do condicionador de fluxo (302) com base em uma diferença de pressão entre o primeiro e o segundo sensores de pressão (136, 304) excedendo a diferença de pressão de referência por mais de uma quantidade predeterminada.

14. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que identificar compreende gerar o alarme com base em um aumento na pressão medida pelo segundo sensor de pressão (304).

15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que identificar compreende gerar um alarme indicativo de um problema com, pelo menos, um do primeiro e segundo sensores de pressão (136, 304) com base na pressão medida pelo primeiro sensor de pressão (136) que difere do valor esperado por mais de uma quantidade predeterminada.