BRPI0911470B1 - medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa, e método de formar o mesmo - Google Patents

Abstract

medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa, e método de formar o mesmo um medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100) é provido. o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100) inclui um conjunto de medidor de fluxo (10) incluindo um ou mais condutos de fluxo (103a, 103b). o conjunto de medidor de fluxo (10) é configurado para gerar uma resposta vibracional de frequência muito baixa que está abaixo de uma frequência de desacoplamento mínima pré-determinada para o fluido de fluxo independente de um tamanho de material estranho ou de uma composição de material estranho. o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100) ainda inclui eletrônica do medidor (20) acoplada ao conjunto de medidor de fluxo (10) e configurada para receber a resposta vibracional de frequência muito baixa e gerar uma ou mais medições de fluxo a partir da mesma.

Description

“MEDIDOR DE FLUXO VIBRATÓRIO DE FREQUÊNCIA MUITO BAIXA, E MÉTODO DE FORMAR O MESMO”

Antecedentes da Invenção

1. Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um medidor de fluxo vibratório, e mais particularmente, a um medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa.

2. Especificação do problema

Medidores de fluxo vibratório, tais como medidores de fluxo de massa Coriolis e densitômetros vibratórios, tipicamente operam detectando movimento de um conduto vibrante que contém um fluido fluente ou não fluente. Propriedades associadas com o material no conduto, tais como fluxo de massa, densidade e semelhantes, podem ser determinadas processando sinais de medição recebidos a partir de transdutores de movimento associados com o conduto. Os modos de vibração do sistema carregado com material vibrante gerahnente são afetados pelas características combinadas de massa, rigidez e amortecimento do conduto contentor e do material contido no mesmo.

Um medidor de fluxo vibratório típico inclui um ou mais condutos que são conectados em linha em um duto ou outro sistema de transporte e transportam material, por exemplo, fluidos, pastas fluidas e semelhantes, no sistema. Um conduto pode ser visto como tendo um conjunto de modos de vibração naturais, incluindo, por exemplo, modos simples de flexão, torção, radial e acoplado. Em uma aplicação de medição típica, um conduto é excitado em um ou mais modos de vibração conforme um material flui através do conduto e movimento do conduto é medido em pontos espaçados ao longo do conduto. Excitação é tipicamente provida por um atuador, por exemplo, um dispositivo eletromecânico, tal como um acionador de tipo bobina de voz, que perturba o conduto em uma maneira periódica. Densidade de fluido pode ser

Petição 870190045786, de 16/05/2019, pág. 12/25 obtida determinando uma frequência ressonante do fluido de fluxo. Taxa de fluxo de massa pode ser determinada medindo-se o atraso de tempo ou diferenças de fase entre movimentos nos locais do transdutor. Dois de tais transdutores (ou sensores de desvio) são tipicamente empregados a fim de medir uma resposta vibracional do conduto ou condutos de fluxo, e estão tipicamente localizados em posições à montante e à jusante do atuador. Os dois sensores de desvio são conectados a instrumentação eletrônica por cabeamento, tal como por dois pares independentes de fios. A instrumentação recebe sinais a partir dos dois sensores de desvio e processa os sinais a fim de derivar uma medição a taxa de fluxo de massa.

Medidores de fluxo são usados para efetuar medições de taxa de fluxo de massa e/ou densidade para uma ampla variedade de fluxos de fluido e oferece elevada precisão para fluxos de fase simples. Uma área em que medidores de fluxo vibratório são usados é na medição de produções de poço de óleo e gás. O produto de tais poços pode compreender um fluxo multifásico, incluindo líquidos, mas também incluindo gases e/ou sólidos que podem ser arrastados no fluido de fluxo. Um fluido de fluxo do campo petrolífero, portanto pode incluir óleo, água, ar ou outros gases, e/ou areia ou outros particulados sólidos, por exemplo. No entanto, quando um medidor de fluxo vibratório é usado para medir fluidos de fluxo incluindo gases e/ou sólidos arrastados, a precisão do medidor pode ser significantemente degradada. E altamente desejável que a medição resultante seja tão precisa quanto possível, mesmo para tais fluxos multifásicos.

Os fluidos de fluxo multifásico podem incluir gases arrastados, especialmente fluxos de gás borbulhante. Os fluxos multifásicos podem incluir sólidos arrastados ou partículas sólidas arrastadas, misturas tais como concreto, etc. Além disso, fluxos multifásicos podem incluir líquidos de densidades diferentes, tais como água e componentes de petróleo, por exemplo. As fases podem ter diferentes densidades, viscosidades, ou outras propriedades.

Em um fluxo multifásico, a vibração de um conduto de fluxo não necessariamente move os gases/sólidos arrastados completamente em fase com o fluido de fluxo. Esta anomalia vibracional é referida como desacoplamento ou deslizamento. Bolhas de gás, por exemplo, podem tomar-se desacopladas do fluido de fluxo, afetando a resposta vibracional e quaisquer características de fluxo subsequentemente derivadas. Bolhas pequenas tipicamente movem-se com o fluido de fluxo conforme o medidor de fluxo é vibrado. No entanto, bolhas maiores não movem com o fluido de fluxo durante vibração do conduto de fluxo. Ao invés disso, as bolhas podem ser desacopladas do fluido de fluxo e podem mover-se independentemente, com bolhas de gases arrastados movendo-se mais longe e mais rápido do que o fluido de fluxo durante cada movimento vibracional. Isso adversamente afeta a resposta vibracional do medidor de vazão. Isto também acontece com partículas sólidas arrastadas no fluido de fluxo, onde as partículas de sólido são cada vez mais prováveis de dissociar do movimento do fluido de fluxo em tamanhos de partícula ou frequências vibracionais crescentes. O desacoplamento pode ainda ocorrer ainda onde o fluxo multifásico inclui líquidos de diferentes densidades e/ou viscosidades. A ação de desacoplamento foi verificada como sendo afetada por vários fatores, tais como a viscosidade do fluido de fluxo e a diferença em densidade entre o fluido de fluxo e o material estranho, por exemplo.

Além dos problemas causados pelo movimento relativo de bolhas e partículas, medidores Coriolis podem experimentar degradação de precisão de efeitos de velocidade de som (SOS) ou compressibilidade quando a velocidade sônica do fluido de medição é baixa ou a frequência de oscilação do medidor é elevada. Líquidos têm velocidades sônicas maiores que gases, mas as velocidades mais baixas resultam de uma mistura dos dois. Mesmo uma pequena quantidade de gás arrastada em um líquido resulta em uma redução dramática na velocidade de som da mistura; abaixo da de ambas as fases.

A oscilação do tubo de fluxo produz ondas de som que oscilam na direção transversal na frequência de acionamento do medidor. Quando a velocidade de som do fluido é elevada, como em um fluido de fase simples, o primeiro modo acústico para ondas de som transversais através do conduto circular é em uma frequência muito maior que uma frequência de acionamento. No entanto, quando a velocidade de som cai devido à adição de gás para um líquido, uma frequência do modo acústico também cai. Quando a frequência do modo acústico e do modo de acionamento está próxima, erros de medidor resultam devido à excitação fora de ressonância do modo acústico pelo modo de acionamento.

Para medidores de frequência baixa e pressões de processo típicas, velocidades de efeitos de som estão presentes em fluxos multifásicos, mas são geralmente negligenciáveis com relação à precisão especificada do medidor. No entanto, para medidores Coriolis de frequência elevada operando em baixas pressões com fluidos borbulhantes, a velocidade de som pode ser baixa o suficiente para causar significantes erros de medição devido à interação entre modos de acionamento e vibração de fluido.

O tamanho das bolhas pode variar, dependendo da quantidade de gás presente, a pressão do fluido de fluxo, temperatura, e o grau de mistura do gás no fluido de fluxo. A extensão da diminuição em desempenho não está apenas relacionada a quanto gás total está presente, mas também ao tamanho das bolhas de gás individuais no fluxo. O tamanho das bolhas afeta a precisão da medição. Bolhas maiores ocupam mais volume e desacoplam para outra extensão, conduzindo a flutuações na densidade e densidade medida do fluido de fluxo. Devido à compressibilidade de um gás, as bolhas podem mudar em quantidade de gás, ou massa, ainda não necessariamente mudam em tamanho. Inversamente, se a pressão muda, o tamanho de bolha pode correspondentemente mudar, expandindo à medida que a pressão cai ou contraindo à medida que a pressão aumenta. Isso pode também causar variações na frequência natural ou ressonante do medidor de fluxo.

Medidores de fluxo vibratório de técnica anterior são tipicamente projetados para operar frequências em tomo de 100 a 300 Hertz (Hz). Alguns medidores de técnica anterior são projetados para operar em frequências muito maiores. A frequência de operação em um medidor de fluxo vibratório de técnica anterior é tipicamente escolhida a fim de facilitar o projeto de medidor de fluxo, produção, e operação. Por exemplo, um medidor de fluxo vibratório de técnica anterior é configurado para ser fisicamente compacto e substancialmente uniforme em dimensões. Por exemplo, uma altura de um medidor de fluxo de técnica anterior é tipicamente menor que o comprimento, dando uma razão de aspecto de altura-para-comprimento baixa (H/L) e a correspondente frequência de acionamento elevada. Usuários de medidor de fluxo preferem um tamanho global pequeno de modo que instalação é simplificada. Além disso, projeto de medidor de fluxo comumente assume um fluxo de fluido de fase simples uniforme e é projetado para otimamente operar com tal fluido de fluxo uniforme.

Na técnica anterior, medidores de fluxo tipicamente têm uma baixa razão de aspecto de altura-para-comprimento (H/L). Um medidor de fluxo de conduto reto tem uma razão de aspecto de altura-para-comprimento de zero, que tipicamente produz uma frequência de acionamento elevada. Condutos de fluxo curvados são frequentemente usados para evitar que o comprimento seja a dimensão dominante e aumentar a razão de aspecto de altura-paracomprimento (H/L). No entanto, medidores de fluxo de técnica anterior não são projetados com razões de aspecto elevadas. Um medidor de fluxo de conduto encurvado ou arqueado na técnica anterior pode ter uma razão de aspecto de altura-para-comprimento se aproximando de 1.3, por exemplo.

Permanece uma necessidade na técnica para um medidor de fluxo vibratório que é capaz de medir de modo preciso e confiável fluidos de fluxos multifásicos.

Aspectos da invenção

Em um aspecto da invenção, um medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa compreende:

um conjunto de medidor de fluxo incluindo um ou mais condutos de fluxo, com o conjunto de medidor de fluxo sendo configurado para gerar uma resposta vibracional de frequência muito baixa que está abaixo de uma frequência de desacoplamento mínima pré-determinada para o fluido de fluxo independente de um tamanho de material estranho ou de uma composição de material estranho; e eletrônica do medidor acoplada ao conjunto de medidor de fluxo e configurada para receber a resposta vibracional de frequência muito baixa e gerar uma ou mais medições de fluxo a partir da mesma.

Preferivelmente, a resposta vibracional de frequência muito baixa está abaixo de um limiar de SOS/compressibilidade mínimo pré-determinado independente de um tamanho de material estranho ou de uma composição de material estranho.

Preferivelmente, a eletrônica do medidor é configurada de modo que uma razão de desacoplamento (A_p/Af) é cerca de 1:1 para sólidos arrastados ou gases arrastados na frequência muito baixa.

Preferivelmente, a eletrônica do medidor é configurada de modo que uma viscosidade é efetivamente infinita com relação ao movimento da partícula para o fluido de fluxo na frequência muito baixa.

Preferivelmente, a resposta vibracional de frequência muito baixa está abaixo de cerca de 5 Hertz (Hz).

Preferivelmente, a resposta vibracional de frequência muito baixa está abaixo de cerca de 50 Hertz (Hz).

Preferivelmente, a resposta vibracional de frequência muito baixa corresponde a um número Stokes inverso (δ) que está acima de cerca de 3,5.

Preferivelmente, o um ou mais condutos de fluxo são configurados para vibrar em uma amplitude de resposta vibracional muito elevada.

Preferivelmente, o um ou mais condutos de fluxo são configurados para vibrar em uma amplitude de resposta vibracional maior do que cerca de um milímetro (mm).

Preferivelmente, o um ou mais condutos de fluxo são configurados para vibrar em uma amplitude de resposta vibracional maior do que cerca de cinco milímetros (mm).

Preferivelmente, o um ou mais condutos de fluxo são configurados para alcançar uma resposta vibracional de frequência muito baixa por configuração de um ou mais dentre rigidez do conduto de fluxo, comprimento do conduto de fluxo, razão de aspecto do conduto de fluxo, material de conduto de fluxo, espessura do conduto de fluxo, formato do conduto de fluxo, geometria do conduto de fluxo, ou uma ou mais posições do nó vibracional.

Preferivelmente, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa é excitado fora de ressonância em uma frequência baixa predeterminada e uma medição de fluxo de massa fora de ressonância é obtida, em que a medição de fluxo de massa fora de ressonância é substancialmente imune a efeitos de desacoplamento e SOS.

Preferivelmente, a frequência baixa pré-determinada é escolhida para corresponder a um número de Stokes inverso (δ) maior do que um valor de limiar selecionado para substancialmente eliminar erros multifásicos.

Preferivelmente, a medição de fluxo de massa fora de ressonância é comparada com uma medição de fluxo de massa de ressonância obtida em uma frequência ressonante e se uma medição de fluxo de massa fora de ressonância e a medição de fluxo de massa de ressonância diferir em mais do que uma faixa de desacoplamento pré-determinada, é gerada uma indicação multifásica.

Preferivelmente, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa é excitado fora de ressonância em frequências fora de ressonância múltiplas pré-determinadas e medições de fluxo de massa fora de ressonância múltiplas correspondentes são obtidas, em que as medições de fluxo de massa fora de ressonância múltiplas são comparadas para determinar se um fluxo multifásico existe e para determinar uma magnitude de erro multifásico.

Em um aspecto da invenção, um método de operar um medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa compreende:

vibrar um ou mais condutos de fluxo do medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa a uma frequência muito baixa que está abaixo de uma frequência de desacoplamento mínima pré-determinada para o fluido de fluxo independente de um tamanho de material estranho ou de uma composição de material estranho;

receber uma resposta vibracional de frequência muito baixa; e gerar uma ou mais medições de fluxo a partir de uma resposta vibracional de frequência muito baixa.

Preferivelmente, a resposta vibracional de frequência muito baixa está abaixo de um limiar de SOS/compressibilidade mínimo pré-determinado independente de um tamanho de material estranho ou de uma composição de material estranho.

Preferivelmente, o medidor de fluxo de frequência muito baixa é configurado de modo que uma razão de desacoplamento (A_p/A_f) é cerca de 1:1 para sólidos arrastados ou gases arrastados na frequência muito baixa.

Preferivelmente, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa é configurado de modo que uma viscosidade é efetivamente infinita com relação ao movimento da partícula para o fluido de fluxo na frequência muito baixa.

Preferivelmente, a resposta vibracional de frequência muito baixa está abaixo de cerca de 5 Hertz (Hz).

Preferivelmente, a resposta vibracional de frequência muito baixa está abaixo de cerca de 50 Hertz (Hz).

Preferivelmente, a resposta vibracional de frequência muito baixa corresponde a um número Stokes inverso (δ) que está acima de cerca de 3,5.

Preferivelmente, o um ou mais condutos de fluxo são configurados para vibrar em uma amplitude de resposta vibracional muito elevada.

Preferivelmente, o um ou mais condutos de fluxo são configurados para vibrar em uma amplitude de resposta vibracional maior do que cerca de um milímetro (mm).

Preferivelmente, o um ou mais condutos de fluxo são configurados para vibrar em uma amplitude de resposta vibracional maior do que cerca de cinco milímetros (mm).

Preferivelmente, o um ou mais condutos de fluxo são configurados para alcançar uma resposta vibracional de frequência muito baixa por configuração de um ou mais dentre rigidez do conduto de fluxo, comprimento do conduto de fluxo, razão de aspecto do conduto de fluxo, material de conduto de fluxo, espessura do conduto de fluxo, formato do conduto de fluxo, geometria do conduto de fluxo, ou uma ou mais posições do nó vibracional.

Preferivelmente, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa é excitado fora de ressonância em uma frequência baixa predeterminada e uma medição de fluxo de massa fora de ressonância é obtida, em que a medição de fluxo de massa fora de ressonância é substancialmente imune a efeitos de desacoplamento e SOS.

Preferivelmente, a frequência baixa pré-determinada é escolhida para corresponder a um número de Stokes inverso (δ) maior do que um valor de limiar selecionado para substancialmente eliminar erros multifásicos.

Preferivelmente, a medição de fluxo de massa fora de ressonância é comparada com uma medição de fluxo de massa de ressonância obtida em uma frequência ressonante e se uma medição de fluxo de massa fora de ressonância e a medição de fluxo de massa de ressonância diferir em mais do que uma faixa de desacoplamento pré-determinada, é gerada uma indicação multifásica.

Preferivelmente, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa é excitado fora de ressonância em frequências fora de ressonância múltiplas pré-determinadas e medições de fluxo de massa fora de ressonância múltiplas correspondentes são obtidas, em que as medições de fluxo de massa fora de ressonância múltiplas são comparadas para determinar se um fluxo multifásico existe e para determinar uma magnitude de erro multifásico.

Em um aspecto da invenção, um método de formar um medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa compreende:

determinar uma frequência de operação muito baixa prédeterminada para o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa com base em pelo menos um fluido de fluxo esperado, em que a frequência de operação muito baixa está abaixo de uma frequência de desacoplamento mínima pré-determinada para o fluido de fluxo independente de um tamanho de material estranho ou de uma composição de material estranho;

selecionar uma ou mais características de projeto de conduto de fluxo com base na frequência de operação muito baixa pré-determinada, com a uma ou mais características de projeto de conduto de fluxo sendo selecionado para substancialmente alcançar a frequência de operação muito baixa prédeterminada; e construir o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa empregando a selecionada uma ou mais características de projeto de conduto de fluxo, ou conduzindo para fora de ressonância diretamente na frequência baixa desejada.

Preferivelmente, a resposta vibracional de frequência muito baixa está abaixo de um limiar de SOS/compressibilidade mínimo pré-determinado independente de um tamanho de material estranho ou de uma composição de material estranho.

Preferivelmente, o medidor de fluxo é configurado de modo que uma razão de desacoplamento (A_p/Af) é cerca de 1:1 para sólidos arrastados ou gases arrastados na frequência muito baixa.

Preferivelmente, o medidor de fluxo é configurado de modo que uma viscosidade é efetivamente infinita com relação ao movimento da partícula para o fluido de fluxo na frequência muito baixa.

Preferivelmente, a resposta vibracional de frequência muito baixa está abaixo de cerca de 5 Hertz (Hz).

Preferivelmente, a resposta vibracional de frequência muito baixa está abaixo de cerca de 50 Hertz (Hz).

Preferivelmente, a resposta vibracional de frequência muito baixa corresponde a um número Stokes inverso (δ) que está acima de cerca de 3,5.

Preferivelmente, o um ou mais condutos de fluxo são configurados para vibrar em uma amplitude de resposta vibracional muito elevada.

Preferivelmente, o um ou mais condutos de fluxo são configurados para vibrar em uma amplitude de resposta vibracional maior do que cerca de um milímetro (mm).

Preferivelmente, o um ou mais condutos de fluxo são configurados para vibrar em uma amplitude de resposta vibracional maior do que cerca de cinco milímetros (mm).

Preferivelmente, o um ou mais condutos de fluxo são configurados para alcançar uma resposta vibracional de frequência muito baixa por configuração de um ou mais dentre rigidez do conduto de fluxo, comprimento do conduto de fluxo, razão de aspecto do conduto de fluxo, material de conduto de fluxo, espessura do conduto de fluxo, formato do conduto de fluxo, geometria do conduto de fluxo, ou uma ou mais posições do nó vibracional.

Preferivelmente, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa é excitado fora de ressonância em uma frequência baixa predeterminada e uma medição de fluxo de massa fora de ressonância é obtida, em que a medição de fluxo de massa fora de ressonância é substancialmente imune a efeitos de desacoplamento e SOS.

Preferivelmente, a frequência baixa pré-determinada é escolhida para corresponder a um número de Stokes inverso (δ) maior do que um valor de limiar selecionado para substancialmente eliminar erros multifásicos.

Preferivelmente, a medição de fluxo de massa fora de ressonância é comparada com uma medição de fluxo de massa de ressonância obtida em uma frequência ressonante e se uma medição de fluxo de massa fora de ressonância e a medição de fluxo de massa de ressonância diferir em mais do que uma faixa de desacoplamento pré-determinada, é gerada uma indicação multifásica.

Preferivelmente, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa é excitado fora de ressonância em frequências fora de ressonância múltiplas pré-determinadas e medições de fluxo de massa fora de ressonância múltiplas correspondentes são obtidas, em que as medições de fluxo de massa fora de ressonância múltiplas são comparadas para determinar se um fluxo multifásico existe e para determinar uma magnitude de erro multifásico.

Descrição dos desenhos

O mesmo número de referência representa o mesmo elemento em todos os desenhos. Deve ser entendido que os desenhos não estão necessariamente em escala.

FIG. 1 mostra um medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa de acordo com a invenção.

FIG. 2 mostra o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa de acordo com uma forma de realização da invenção.

FIG. 3 é um gráfico de efeito de desacoplamento contra frequência para uma frequência de operação muito baixa, até 100 Hz no exemplo mostrado no gráfico.

FIG. 4 é um gráfico correspondente de ângulo de fase de desacoplamento (φ) contra frequência para uma frequência de operação muito baixa, até 100 Hz no exemplo mostrado no gráfico.

FIG. 5 é um gráfico de razão de desacoplamento contra razão de densidade para o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa de acordo com a invenção.

FIG. 6 mostra uma porção do medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa de acordo com a invenção.

FIG. 7 é um fluxograma de um método de operar um medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa de acordo com a invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

FIGS. 1-7 e a seguinte descrição descrevem exemplos específicos para ensinar aos versados na técnica como fazer e usar o melhor modo da invenção. Para o propósito de ensinar princípios inventivos, alguns aspectos convencionais foram simplificados ou omitidos. Os versados na técnica apreciarão variações a partir desses exemplos que estão dentro do escopo da invenção. Os versados na técnica apreciarão que os aspectos descritos abaixo podem ser combinados de várias formas para formar variações múltiplas da invenção. Como um resultado, a invenção não é limitada aos exemplos específicos descritos abaixo, mas apenas pelas reivindicações e seus equivalentes.

FIG. 1 mostra um medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 de acordo com a invenção. O medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 em uma forma de realização compreende um medidor de vazão Coriolis. Em outra forma de realização, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 compreende um densitômetro vibratório.

O medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 é projetado para medir características de fluido de um fluido de fluxo, incluindo medir quer um fluido de fluxo fluindo ou estacionário. O medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 é ainda projetado para medir de modo preciso e confiável o fluido de fluxo quando o fluido de fluxo compreende múltiplas fases. O fluido de fluxo multifásico pode incluir gases arrastados em algumas formas de realização, em que os gases arrastados podem compreender um fluxo borbulhante. Os gases arrastados podem incluir bolhas de ar ou bolhas de vários tamanhos. Gás arrastado é problemático em medidores de fluxo vibratório de técnica anterior. O gás arrastado, especialmente para bolhas moderadas a grandes, pode se mover independentemente do fluido de fluxo e causar erros de medição ou incertezas. Além disso, os gases arrastados podem causar efeitos de medição variantes devido à compressibilidade do gás variando com a pressão de operação do fluido de fluxo.

O fluido de fluxo multifásico pode incluir sólidos arrastados em algumas formas de realização, em que os sólidos arrastados podem compreender uma pasta fluida. Um exemplo compreende partículas de areia e sujeira em um fluxo de petróleo. Os sólidos arrastados podem mover-se independentemente do fluido de fluxo e causar erros de medição e/ou incertezas.

Em algumas formas de realização, o fluxo multifásico pode incluir líquidos diferentes, tais como líquidos imiscíveis que não podem ser misturados juntos. Por exemplo, o fluido de fluxo pode incluir ambos, água e óleo. Onde os componentes de fluxo de fluido têm densidades diferindo, os componentes de fluxo de fluido podem experimentar algum desacoplamento durante vibração do medidor de fluxo. O líquido arrastado pode ser menos denso que o fluido de massa. O líquido arrastado pode ser mais denso que o fluido de massa.

O medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 inclui um conjunto de medidor de fluxo 10 e eletrônica do medidor 20. Uma eletrônica do medidor 20 é conectada ao conjunto de medidor 10 através de fios condutores 100, e é configurada para prover medições de uma ou mais dentre densidade, taxa de fluxo de massa, taxa de fluxo de volume, fluxo de massa totalizado, temperatura, e outra informação sobre uma via de comunicação 26. Deve ser aparente para os versados na técnica que a presente invenção pode ser usada em qualquer tipo de medidor de fluxo vibratório independentemente do número de acionadores, sensores de desvio, condutos de fluxo, ou o modo de operação de vibração. Deve ser reconhecido que o medidor de fluxo 5 pode compreender um densitômetro vibratório e/ou um medidor de fluxo de massa Coriolis.

O conjunto de medidor de fluxo 10 inclui um par de flanges 101 e 10Γ, coletores (manifold) 102 e 102', um acionador 104, sensores de desvio 105 e 105', e condutos de fluxo 103A e 103B. O acionador 104 e os sensores de desvio 105 e 105' são conectados aos condutos de fluxo 103A e 103B.

Em uma forma de realização, os condutos de fluxo 103 A e 103B compreendem substancialmente condutos de fluxo em formato em U, como mostrado. Altemativamente, em outras formas de realização, os condutos de fluxo podem compreender substancialmente condutos de fluxo retos. No entanto, outros formatos podem ser usados e estão dentro do escopo da descrição e reivindicações.

Os flanges 101 e 10Γ são presos nos coletores 102 e 102'. Os coletores 102 e 102' podem ser presos às extremidades opostas de um espaçador 106. O espaçador 106 mantém o espaçamento entre os coletores 102 e 102' a fim de prevenir vibrações indesejadas nos condutos de fluxo 103 A e 103B. Quando o conjunto de medidor de fluxo 10 é inserido em um sistema de conduto (não mostrado) que carrega o fluido de fluxo sendo medido, o fluido de fluxo entra o conjunto de medidor de fluxo 10 através do flange 101, passa através do coletor de entrada 102 onde a quantidade total de fluido de fluxo é direcionada para entrar nos condutos de fluxo 103A e 103B, flui através dos condutos de fluxo 103A e 103B e volta para o coletor de saída 102', onde ela sai do conjunto de medidor 10 através do flange 10Γ.

Os condutos de fluxo 103A e 103B são selecionados e apropriadamente montados para o coletor de entrada 102 e para o coletor de saída 102' de modo a ter substancialmente a mesma distribuição de massa, momentos de inércia, e módulos elásticos sobre os eixos de flexão W—W e W'—W respectivamente. Os condutos de fluxo 103A e 103B estendem-se para fora a partir dos coletores 102 e 102’ de uma maneira essencialmente paralela.

Os condutos de fluxo 103A e 103B são acionados pelo acionador 104 em direções opostas em tomo dos respectivos eixos de flexão W e W e no qual é chamado o primeiro modo de flexão fora de fase do medidor de fluxo 5. No entanto, os condutos de fluxo 103A e 103B podem altemativamente ser vibrados em um segundo modo fora de fase de flexão ou maior, se desejado. Isso pode ser feito para atividades de calibração ou de teste, testes de viscosidade de fluido, ou para obter valores de medição em diferentes frequências vibracionais. O acionador 104 pode compreender uma de muitas disposições bem conhecidas, tal como um magneto montado ao conduto de fluxo 103A e uma bobina oposta montada ao conduto de fluxo 103B. Uma corrente alternada é passada através da bobina oposta para levar ambos os condutos a oscilar. Um sinal de acionamento apropriado é aplicado por uma eletrônica do medidor 20 ao acionador 104 através do fio condutor 110.

A eletrônica do medidor 20 recebe sinais de sensor nos fios condutores 111 e 111’, respectivamente. A eletrônica do medidor 20 produz um sinal de acionamento no fio condutor 110 que leva o acionador 104 a oscilar os condutos de fluxo 103 A e 103B. A eletrônica do medidor 20 processa os sinais de velocidade de esquerda e direita a partir dos sensores de desvio de desvio 105 e 105' a fim de computar uma taxa de fluxo de massa. A via de comunicação 26 provê um meio de entrada e um de saída que permite à eletrônica do medidor 20 interfacear com um operador ou com outros sistemas eletrônicos. A descrição de FIG. 1 é provida meramente como um exemplo da operação de um medidor de fluxo vibratório e não é destinada a limitar o ensinamento da presente invenção.

Em operação, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 é vibrado em uma frequência muito baixa. A frequência muito baixa pode compreender uma primeira vibração de modo de flexão. No entanto, outros modos vibracionais são contemplados e estão dentro do escopo da descrição e reivindicações.

Por exemplo, em algumas formas de realização o conjunto de medidor de fluxo 10 pode ser acionado fora de ressonância em uma frequência baixa pré-determinada, em que a taxa de fluxo de massa (e/ou outras características de fluxo) são subsequentemente medidas. A frequência baixa pré-determinada pode ser menor que a frequência ressonante. A medição do medição de fluxo de massa resultante será substancialmente imune a efeitos de desacoplamento e SOS e podem ser determinadas através de medição de fase na frequência baixa pré-determinada. A frequência baixa pré-determinada pode ser escolhida para corresponder a um número de Stokes inverso (δ) maior do que um valor de limiar selecionado para substancialmente eliminar erros multifásicos. Medição de densidade não é possível devido ao fato que uma frequência foi especificamente escolhida ao invés de medida. O desafio desse tipo de operação é que a amplitude de resposta do conduto será pequena devido à vibração fora de ressonância. No entanto, esse desafio pode ser superado colocando força de acionamento adicional ou tirando a média das medições de fase para ajudar a rejeitar ruído.

Além disso, o medidor de fluxo 5 pode ser vibrado em uma amplitude muito elevada. Em algumas formas de realização, o medidor de fluxo 5 pode ser vibrado simultaneamente a uma frequência muito baixa e em uma amplitude muito elevada. O fluido de fluxo pode ser quer estacionário ou fluente, como previamente discutido. Como um resultado, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 produz uma resposta vibracional de frequência muito baixa. A resposta vibracional de frequência muito baixa é processada a fim de determinar um ou ambas de uma frequência de resposta e uma amplitude de resposta. A frequência de resposta e/ou uma amplitude de resposta pode ser usada para determinar uma ou mais características do fluido de fluxo, incluindo a taxa de fluxo de massa, densidade, viscosidade, etc. A natureza de frequência muito baixa do medidor de fluxo 5 é ainda discutida abaixo.

Uma vantagem do medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 é que o medidor de fluxo 5 em algumas formas de realização pode ser operado em frequências mais elevadas, se desejado. Isso pode ser feito onde nenhum fluxo multifásico é esperado. Por exemplo, se o medidor de fluxo 5 é instalado à jusante de um dispositivo separador, então o fluido de fluxo pode ser aceitavelmente uniforme e livre de material estranho arrastado. Em tal situação, o medidor de fluxo 5 pode ser operado em frequências mais elevadas, tal como um segundo, terceiro, ou quarto modo de flexão, etc, onde os modos de flexão de ordem maior compreendem múltiplos ou harmônicos de uma frequência ressonante de medidor, por exemplo.

Em algumas formas de realização, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 100 pode ser operado em frequências vibracionais múltiplas. As frequências vibracionais múltiplas podem incluir vibrar o conjunto de medidor de fluxo 10 em frequências altemantes ou em diferentes frequências em diferentes tempos. Altemativamente, o conjunto de medidor de fluxo 10 pode ser simultaneamente vibrado em frequências vibracionais múltiplas.

Por exemplo, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 100 pode operar em uma frequência de ressonância e obter medições de fluxo de massa de ressonância e densidade e pode operar fora de ressonância e obter uma ou mais medições de fluxo de massa fora de ressonância. Subsequentemente, a uma ou mais medições de fluxo de massa fora de ressonância pode ser comparada com a medição de fluxo de massa de ressonância. Se a uma ou mais medições de fluxo de massa fora de ressonância e a medição de fluxo de massa de ressonância diferirem em mais do que uma faixa de desacoplamento pré-determinada, uma indicação multifásica pode ser gerada.

Além disso, medições de fluxo de massa fora de ressonância múltiplas podem ser comparadas para determinar se um fluxo multifásico existe e para determinar uma magnitude de erro multifásico. Consequentemente, se medições de fluxo de massa fora de ressonância a 10, 20 e 30 Hz são substancialmente idênticas, mas uma medição de fluxo de massa fora de ressonância em 40 Hz significantemente desvia a partir das medições prévias, então pode ser determinado que erros multifásicos estejam ocorrendo em algum lugar acima de 30 Hz de frequência vibracional.

A frequência de acionamento é uma frequência em que o um ou mais condutos de fluxo 103A e 103B são vibrados a fim de medir características de fluxo do fluido de fluxo. A frequência de acionamento pode ser selecionada para estar em uma frequência ressonante de fluido de fluxo, por exemplo. Portanto, a frequência de acionamento pode diferir de uma frequência de resposta vibracional e pode variar de acordo com a composição do fluido de fluxo. Além disso, a frequência de acionamento é afetada pela característica de rigidez do medidor de vazão. A medida que a característica de rigidez aumenta, a frequência de acionamento irá aumentar. Como um resultado, abaixar a rigidez do conduto de fluxo resultará em uma frequência ressonante de conduto de fluxo menor e uma frequência do medidor de fluxo diminuída. A rigidez do conduto de fluxo pode ser mudada em uma variedade de formas, como discutido abaixo.

Uma consequência de um fluido de fluxo multifásico é que medições de fluido precisas são afetadas e impedidas durante tais períodos de multifase. Os efeitos de multifase podem estar presentes mesmo na presença de condições de fluxo multifásico de moderadas a brandas. A natureza do fluido de fluxo multifásico pode manifestar-se em efeitos de compressibilidade/velocidade de som (SOS) e em efeitos de desacoplamento entre componentes do fluido de fluxo multifásico. Os dois efeitos podem ser controlados ou eliminados pela seleção própria de frequência vibracional e amplitude.

Os fluidos de fluxo multifásico podem incluir gases arrastados, especialmente fluxos de gás borbulhante. Os fluxos multifásicos podem incluir sólidos arrastados ou partículas sólidas arrastadas, misturas tais como concreto, pastas fluidas, etc. Além disso, fluxos multifásicos podem incluir líquidos de densidades diferentes, tais como água e componentes de petróleo, por exemplo. As fases podem ter diferentes densidades ou viscosidades.

Em um fluxo multifásico, a vibração de um conduto de fluxo não necessariamente move os gases/sólidos arrastados completamente em fase com o fluido de fluxo. Esta anomalia vibracional é referida como desacoplamento ou deslizamento. Bolhas de gás, por exemplo, podem tomar-se desacopladas do fluido de fluxo, afetando a resposta vibracional e quaisquer características de fluxo subsequentemente derivadas. Bolhas pequenas tipicamente movem com o fluido de fluxo conforme o medidor de fluxo é vibrado. No entanto, bolhas maiores não movem com o fluido de fluxo durante vibração do conduto de fluxo. Ao invés disso, as bolhas podem ser desacopladas do fluido de fluxo e podem mover-se independentemente, com bolhas de gases arrastados movendo-se mais longe e mais rápido do que o fluido de fluxo durante cada movimento vibracional. Isso adversamente afeta a resposta vibracional do medidor de vazão. Isto também acontece com partículas sólidas arrastadas no fluido de fluxo, onde as partículas de sólido são cada vez mais prováveis de dissociar do movimento do fluido de fluxo em frequências vibracionais crescentes. O desacoplamento pode ainda ocorrer ainda onde o fluxo multifásico inclui líquidos de diferentes densidades e/ou viscosidades. A ação de desacoplamento foi verificada como sendo afetada por vários fatores, tais como a viscosidade do fluido de fluxo e a diferença em densidade entre o fluido de fluxo e o material estranho, por exemplo.

O tamanho das bolhas pode variar, dependendo da quantidade de gás presente, a pressão do fluido de fluxo, temperatura, o grau de mistura do gás no fluido de fluxo, e outras propriedades de fluxo. A extensão da diminuição em desempenho não está apenas relacionada a quanto gás total está presente, mas também ao tamanho das bolhas de gás individuais no fluxo. O tamanho das bolhas afeta a precisão da medição. Bolhas maiores ocupam mais volume, conduzindo a flutuações na densidade e densidade medida do fluido de fluxo. Devido à compressibilidade de um gás, as bolhas podem mudar em massa ainda não necessariamente mudam em tamanho. Inversamente, se a pressão muda, o tamanho de bolha pode correspondentemente mudar, expandindo à medida que a pressão cai ou contraindo à medida que a pressão aumenta. Isso pode também causar variações na frequência natural ou ressonante do medidor de fluxo.

Em um conduto vibrando, a aceleração do conduto vibrante leva as bolhas a se moverem. A aceleração de conduto é determinada por uma frequência vibracional e a amplitude vibracional. No caso de gás arrastado, as bolhas são aceleradas na mesma direção como a aceleração do conduto. As bolhas movem-se mais rápido e mais longe que o conduto de fluxo. O movimento de bolha mais rápido (e o deslocamento de fluido resultante) leva um pouco do fluido a mover-se mais lentamente que o conduto de fluxo, causando um deslocamento no centro de gravidade da mistura de fluido longe do centro do conduto vibrante. Esta é a base do problema de desacoplamento. Como um resultado, taxa de fluxo e características de densidade são subnotificadas (fluxo negativo e erros de densidade) quando ar arrastado está presente.

Pastas fluidas apresentam um problema similar. No caso de pastas fluidas, entretanto, as partículas sólidas são frequentemente mais pesadas que o componente líquido. Abaixo da aceleração do conduto vibrante, as partículas mais pesadas movem-se menos do que o líquido. Mas devido a essas partículas pesadas moverem-se menos, o centro de gravidade da mistura de fluido ainda se move ligeiramente para trás a partir do centro do conduto. Isso novamente resulta em fluxo negativo e erros de densidade.

Nos casos gás-líquido, sólido-líquido, e líquido-líquido, o movimento diferencial da fase arrastada é acionado pela diferença em densidade entre a fase arrastada e o componente líquido. Se a compressibilidade do gás é negligenciada, então as mesmas equações podem ser usadas para descrever o comportamento de todos três cenários.

A compensação para o desacoplamento de fluido foi difícil devido a existir vários fatores que determinam quantas bolhas movem-se com relação ao fluido. Viscosidade de fluido é um fator óbvio. Em um fluido muito viscoso, bolhas (ou partículas) são efetivamente congeladas no lugar no fluido e erro de fluxo pequeno resulta. Em uma frequência vibracional muito baixa, o fluido de fluxo agirá como um fluido muito viscoso, isto é, como se a viscosidade fosse infinita. Em uma frequência vibracional muito elevada, o fluido de fluxo vai atuar como um fluido não viscoso, isto é, como se a viscosidade fosse aproximadamente zero (isto é, o caso invíscido).

Viscosidade é uma medida da resistência de um fluido que está sendo deformado por, quer tensão de cisalhamento ou tensão extensional. Em geral, é a resistência de um líquido a fluir, uma quantificação da espessura do fluido. Viscosidade pode ser pensada como uma medida de atrito de fluido. Todos fluidos reais têm alguma resistência à tensão, mas um fluido que não tem resistência à tensão de cisalhamento é conhecido como um fluido ideal ou fluido invíscido.

Outra influência em mobilidade de bolha é o tamanho de bolha. O arrasto em uma bolha é proporcional à área de superfície, considerando que a força flutuante é proporcional ao volume. Portanto, bolhas muito pequenas têm um arrasto elevado para a razão de flutuabilidade e tendem a mover-se com o fluido. Bolhas pequenas subsequentemente causam erros pequenos. Inversamente, bolhas grandes tendem a não se mover com o fluido e resultam em erros grandes. O mesmo vale para partículas sólidas, como partículas pequenas tendem a mover-se com o fluido e apenas causam erros menores.

Outro problema causado por vibração são os efeitos de velocidade de som (SOS) ou compressibilidade. Esses efeitos tomam as medições de fluxo de massa e densidade cada vez mais imprecisas para fluxos gasosos à medida que a frequência vibracional aumenta.

A diferença de densidade é outro fator. Uma força flutuante é proporcional à diferença em densidade entre o fluido e o gás. Uma pressão elevada pode ter uma densidade elevada o suficiente para afetar a força flutuante e reduzir o efeito desacoplante. Além disso, bolhas grandes ocupam mais volume, levando a flutuações verdadeiras na densidade do fluido de fluxo. Devido à compressibilidade de um gás, as bolhas podem mudar em quantidade de gás e ainda não necessariamente mudar em tamanho. Inversamente, se a pressão muda, o tamanho de bolha pode correspondentemente mudar, expandindo à medida que a pressão cai ou contraindo à medida que a pressão aumenta. Isso pode também causar variações na frequência natural ou ressonante do medidor de fluxo e deste modo variações na densidade de duas fases real.

Fatores de segunda ordem podem também ter um efeito em mobilidade de bolha e partícula. A turbulência em um fluido de taxa de fluxo elevada pode quebrar bolhas de gás grandes em menores, deste modo reduzindo erro de desacoplamento. Tensoativos reduzem tensão de superfície de bolhas e diminuem sua tendência a coalescer. Válvulas podem diminuir tamanho de bolha através de turbulência aumentada enquanto os cotovelos dos dutos aumentam o tamanho de bolha forçando-as juntas através de força centrífuga.

Em algumas formas de realização, a frequência muito baixa e capacidade de amplitude elevadas do medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 pode ser alcançada através de parâmetros de projeto apropriados (ou em combinação com outros fatores, tais como frequência operacional). A consideração básica em produzir o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 é que a rigidez de modo de flexão efetiva de medidor deve ser diminuída a fim de reduzir a frequência ressonante (ou natural). Isso pode ser acompanhado por uma redução ou aumento em amplitude de conduto. A redução da rigidez do medidor pode ser alcançada de qualquer maneira e não é importante como a redução de rigidez do medidor é realizada. No entanto, várias formas prováveis estão discutidas abaixo.

Um fator em rigidez de medidor é um comprimento do conduto de fluxo. O comprimento de medidor de fluxo está substancialmente correlacionado com a rigidez do medidor, em que aumentar o comprimento de medidor será traduzido para alguma diminuição em rigidez de medidor e frequência operacional. Consequentemente, o comprimento de medidor de fluxo pode ser escolhido a fim de alcançar pelo menos alguma redução de rigidez de medidor.

Um fator em rigidez de medidor é a razão de aspecto do conduto de fluxo. Para propósitos dessa discussão, a razão de aspecto de medidor de fluxo é definida como uma altura (h) de medidor de fluxo dividida pelo comprimento de medidor de fluxo (L), onde a razão de aspecto = (H/L) (ver FIG. 2). Onde a altura (H) é menor que o comprimento (L), a razão de aspecto de altura-para-comprimento (H/L) será menor que um. Onde medidor de fluxo é medidor de fluxo direto, a razão de aspecto de altura-para-comprimento (H/L) será efetivamente zero. Onde a altura (H) é maior do que o comprimento (L), a razão de aspecto de altura-para-comprimento (H/L) será maior do que um. Por exemplo, no medidor de fluxo 5 de FIG. 2, a razão de aspecto de altura-paracomprimento (H/L) será significantemente maior que um e pode alcançar um número relativamente elevado. Como uma consequência, a razão de aspecto de altura-para-comprimento (H/L) pode ser aumentada a fim de reduzir rigidez de medidor e reduzir a frequência ressonante/de operação do medidor.

Um fator em rigidez de medidor é um material de conduto de fluxo. O material de conduto de fluxo pode ser selecionado a fim de reduzir rigidez de medidor e reduzir a frequência.

Um fator em rigidez de medidor é espessura do conduto de fluxo. A espessura do conduto de fluxo pode ser reduzida a fim de reduzir rigidez do medidor. No entanto, como uma matéria prática, reduções substanciais em espessura do conduto de fluxo podem resultar em uma capacidade de pressão reduzida e em uma durabilidade ou robustez inapropriadas.

Um fator em rigidez de medidor é um formato do conduto de fluxo. O formato do conduto de fluxo pode ser modificado de qualquer maneira desejável, incluindo usando condutos de substancialmente redondos, elípticos, retangulares, irregulares, ou outros formatos apropriados.

Um fator em rigidez de medidor é a geometria do conduto de fluxo. A geometria do conduto de fluxo pode ser afetada de qualquer maneira desejável, incluindo o uso de seções retas e curvadas apropriadas, por exemplo. Por exemplo, um conduto de fluxo em formato de U tem uma rigidez menor que um medidor de fluxo de conduto reto do mesmo comprimento e tipo.

Um fator em frequência de medidor é uma massa de conduto de fluxo. A frequência ressonante do conjunto de medidor de fluxo 10 cairá conforme a massa do conduto de fluxo é aumentada, com todos outros fatores não sendo mudados. A massa do conduto de fluxo pode ser aumentada de qualquer maneira. Por exemplo, massa de conduto de fluxo pode ser aumentada através da adição de contrapesos ou outras massas, por exemplo. Adicionando massa em um ponto ou local discreto diminuirá a frequência operacional sem aumentar rigidez do conduto de fluxo.

Um fator em rigidez de medidor é um limitador nodal de conduto de fluxo e localidades de nó vibracional. O conjunto de medidor de fluxo 10 pode incluir um ou mais limitadores nodais que controlam a posição de nó de vibração e eixo de flexão e, portanto, afetam uma resposta vibracional. Um limitador nodal comum na forma de realização mostrada compreende o espaçador 106 em combinação com os coletores 102 e 102’. Altemativamente, em outras formas de realização o limitador nodal pode compreender uma ou mais barras de suporte que se estendem rigidamente entre os dois condutos de fluxo em um ponto definido substancialmente próximo aos flanges 101 e 10Γ (isto é, substancialmente nas duas extremidades do medidor de fluxo 5). Outras posições de nó são mostradas em FIG. 6. O um ou mais limitadores nodais são incluídos a fim de fixar os nós vibracionais dos condutos de fluxo encurvados 103A e 103B, criando eixos de flexão desejados. O um ou mais limitadores nodais podem ser posicionados (ou removidos) a fim de aumentar o comprimento dos condutos de fluxo que experimentam a vibração e reduzem a frequência. Em FIG. 6, a torção de seções 102 e 102’ também reduz o modo de flexão rigidez e assim reduz a frequência.

Como um resultado de projeto de medidor cuidadoso, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 pode ser operado em frequências muito baixas. A operação em frequência muito baixa resultará em um desacoplamento de gás ou um desacoplamento de sólidos sendo mantido em cerca de uma razão de desacoplamento de 1:1, onde material estranho no fluido de fluxo multifásico move substancialmente com o fluido de fluxo. Além disso, a operação em frequência muito baixa resultará em características de fluxo similares a um fluxo cuja viscosidade é muito elevada. Isso é verdade se o material estranho compreende componentes de gás, líquido ou sólido. Isso é verdade se o material estranho é de uma densidade moderadamente diferente que o fluido de fluxo ou se o material estranho tem uma densidade muito diferente. Como uma consequência, o material estranho arrastado não substancialmente afetará as medições realizadas pelo medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 e o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 produzirá satisfatoriamente medições precisas e valiosas. Além disso, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 será substancialmente imune a variações em fração vazia de gás (GVF) e/ou fração de sólidos, enquanto estando apto a satisfatoriamente medir o fluido de fluxo mesmo à medida que a composição do fluido de fluxo multifásico varia. Além disso, operando o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa em uma frequência muito baixa, quaisquer efeitos de compressibilidade serão encontrados porque modos acústicos transversais aparecem em frequências muito maiores.

A eletrônica do medidor 20 gera um sinal de acionamento para o acionador 104 e assim pode ser configurada para acionar/vibrar o conjunto de medidor de fluxo 10 na frequência muito baixa. Como é uma prática comum em medidores de fluxo vibratório, isso implica uma eletrônica do medidor 20 gerar um sinal de acionamento de a frequência pré-determinada e amplitude, em que a frequência pré-determinada e amplitude pode ser afetada e modificada por realimentação tomada a partir dos sinais de desvio. Por exemplo, o sinal de acionamento pode ser controlado de acordo com a realimentação a fim de alcançar uma frequência ressonante (isto é, natural) em uma resposta vibracional como medida pelos sensores de desvio 105 e 105’.

A eletrônica do medidor 20 pode ser configurada para gerar a frequência muito baixa de várias formas. A amplitude muito elevada pode ser uma consequência de uma frequência muito baixa ou pode resultar de uma amplitude de sinal de acionamento. A eletrônica do medidor 20 pode ser configurada durante fabricação, tal como apropriadamente programando uma memória de uma eletrônica do medidor 20. Altemativamente, a eletrônica do medidor 20 pode ser configurada com a frequência muito baixa durante um processo de calibração, por exemplo, onde a frequência muito baixa programming em algumas formas de realização pode depender da rigidez de medidor medida ou determinada como determinado pelo processo de calibração. Em outra alternativa, a frequência muito baixa pode ser derivada ou determinada durante uma operação de partida de medidor. Por exemplo, a frequência muito baixa pode ser baseada em valores pré-armazenados ou inseridos pelo usuário. Isso pode incluir, por exemplo, uma frequência muito baixa que é baseada em informação pré-armazenada ou inserida pelo usuário com relação à natureza do fluido de fluxo multifásico.

FIG. 2 mostra o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 de acordo com uma forma de realização da invenção. Os condutos de fluxo 103 A e 103B podem estar dentro em um envoltório 203, como mostrado. O envoltório 203 pode proteger os condutos de fluxo 103A e 103B e pode ainda funcionar para conter fuga no evento de uma falta de conduto de fluxo ou falha. O medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 inclui uma altura H e um comprimento L. Pode ser visto a partir da altura que a altura H nessa forma de realização é significantemente maior do que o comprimento de medidor L. A razão de aspecto de altura-para-comprimento (H/L) é a razão dessas duas características de medidor. A razão de aspecto de altura-paracomprimento (H/L) pode ser aumentada a fim de reduzir a frequência de operação muito baixa. A razão de aspecto de altura-para-comprimento (H/L) pode ser aumentada para qualquer número necessário, incluindo um número muito maior que um, por exemplo. A razão de aspecto de altura-paracomprimento (H/L) pode ser ainda maior, tal como uma razão de aspecto se aproximando de um valor de 4 ou 5, por exemplo, ou maior.

Em uma forma de realização, o comprimento L global de medidor é substancialmente a distância entre os flanges 101 e 101’ do medidor de fluxo 5, enquanto a altura H global de medidor é substancialmente a distância entre a linha de centros dos coletores de entrada/saída 102 e 102’ e a linha de centro mais distante (isto é, o centro do pico da porção arqueada). A razão de aspecto é, portanto uma quantificação aproximada do formato global e tamanho do medidor de fluxo 5. Uma razão de aspecto elevada (H/L) de acordo com esta definição conota que o medidor de fluxo tem uma grande altura H comparada a seu comprimento L.

FIG. 3 é um gráfico de efeito de desacoplamento contra frequência para uma faixa de frequências de operação, até 100 Hz no exemplo mostrado no gráfico. O gráfico mostra o efeito de desacoplamento contra frequência para uma faixa de amplitudes vibracionais. Um medidor de fluxo operando a menor do que cerca de 5 a 10 Hz funcionará desejavelmente porque a razão de desacoplamento vai permanecer a uma razão de desacoplamento de cerca de 1:1, isto é, quase nenhum desacoplamento ocorrerá. Para uma frequência de vibração muito baixa de 5 Hz ou menos, pode ser visto que a grandeza de desacoplamento de resposta (A_p/Af) vai permanecer na região mais escura ao longo do eixo esquerdo do gráfico, em tomo da razão de desacoplamento de 1:1, como indicado pela barra de escala ao longo do lado direito do gráfico. Pode também ser visto que o efeito de desacoplamento diminui para amplitudes de vibração elevada. Como um resultado, bolhas de gás arrastadas se moverão com o fluido de fluxo, não causando erros em medições de fluxo de massa ou densidade de mistura. Efeitos de velocidade de som também serão negligenciáveis para tal frequência baixa, como efeitos de SOS/compressibilidade tipicamente não se tomam aparentes até uma frequência vibracional exceder cerca de 200 Hz.

FIG. 4 é um gráfico correspondente de ângulo de fase de desacoplamento (φ) contra frequência para operar frequência até 100 Hz no exemplo mostrado no gráfico. Pode ser visto a partir desse gráfico que o ângulo de fase de desacoplamento (φ) permanece baixo quando a frequência vibracional não excede 5 Hz.

Indiferente de amplitude de oscilação de fluido, tamanho de partícula, densidade de fluido, densidade de partícula, e viscosidade de fluido, o movimento relativo entre a partícula e fluido não é existente para uma frequência de oscilação muito baixa. A razão de amplitude (isto é, a razão de desacoplamento (Ap/Af)) aborda uma razão de 1:1 e o ângulo de fase de desacoplamento (φ) abordar zero. Portanto, não há necessidade de calcular a razão de desacoplamento (Ap/Af) ou o ângulo de fase de desacoplamento (φ).

Além disso, o resultado é independente do fluido de processo e a disposição de tubulação. O medidor gera medições precisas e valiosas porque não há movimento relativo entre componentes multifase. Isso é verdade para pastas fluidas, fluidos borbulhantes, emulsões, ou qualquer outro fluido compósito de múltiplas densidades.

Um medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa tal como descrito acima poderia também ser acionado em seu segundo, terceiro, ou quarto modos de flexão, sem limitações. Isso é viável devido iniciar a partir da frequência muito baixa (ressonante). Também, um medidor pode ser acionado fora de ressonância em qualquer frequência. Como discutido acima, desacoplamento piora com frequência crescente. Portanto, erro cada vez mais negativo aparecerá nas medições de densidade e fluxo de massa conforme a frequência de operação aumenta.

Esse fato pode ser útil como um diagnóstico. O medidor pode ser configurado para determinar se medições são afetadas por efeitos de SOS ou de desacoplamento, e em quais freqüências os efeitos tomam-se negligenciáveis. Por exemplo, um medidor de fluxo pode ser acionado simultaneamente dentro e fora de ressonância em frequência de 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, e 100 Hz. Para um dado fluido de fluxo, medições a 10, 20, e 30 Hz podem todas ser equivalentes, indicando que Efeitos de SOS ou de desacoplamento não impactam medições abaixo de cerca de 40 Hz. Se mais gás é arrastado ou tamanho de bolha aumenta, pode ser que apenas as medições a 10 e 20 Hz sejam equivalentes, significando que o desacoplamento é pior que no exemplo acima e uma menor medição de frequência é requerida. Essa capacidade de diagnóstico pode ser usada para determinar a presença de múltiplas fases ou pode ser usada para dar ao usuário uma indicação da precisão das medições em cada frequência.

Uma aplicação primária de um medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa pode ser uma medição de óleo e gás natural à montante (pré-separador). Tal medidor multifase eliminaria a necessidade para um separador, um dispositivo extremamente caro. Um medidor de fluxo vibratório que funciona com +/-5% de precisão nessa aplicação difícil seria muito desejável à comunidade de óleo e gás, que deseja medir a produção bruta de cada poço de petróleo. Outra aplicação está em misturar e/ou medir cimento, onde o cimento contém partículas de pedra e gás arrastado, tomando-o uma mistura de três fases. Sem movimento relativo entre qualquer uma das fases em baixa frequência, o medidor atuaria como se houvesse uma fase homogênea e daria medições de fluxo de massa e densidade de mistura corretas, independentemente do número de componentes ou fases.

Enquanto é possível acionar um medidor fora de ressonância em baixa frequência, a praticabilidade de um medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa acionado em ressonância pode em alguns aspectos depender de quão longos os condutos deveríam ser a fim de alcançar a desejada frequência muito baixa. Como um exemplo, para um medidor de fluxo Coriolis modelo E200 Micro Motion que tipicamente vibra a uma frequência de 70 Hz para medir água, os condutos de fluxo estendem-se em cerca de 45,72 centímetros além da barra de braçadeira. Como uma estimativa, considera-se a equação para frequência de um viga de balanço fixada de modo livre:

⁷ 1π iml‘ ^{1 7} onde E é o módulo de elasticidade, I é o momento de inércia da seção transversal, m é a massa por unidade de comprimento, e 1 é o comprimento. Para uma frequência (f) de setenta Hz e um comprimento (L) de 45,75 centímetros, uma proporcionalidade constante pode ser encontrada para o componente (ΕΙ/m). Como um exemplo, um conduto de fluxo deve ter cerca de 170 centímetros em comprimento para um medidor de fluxo Coriolis modelo E200 a fim de alcançar uma frequência vibracional de cinco Hz, sem mudar os termos E, I. ou m.

Outra abordagem é uma combinação dos fatores previamente discutidos. Por exemplo, uma solução seria aumentar os condutos um pouco, diminuir a espessura de parede um pouco, adicionar uma massa pequena próxima ao acionador ou transdutores, e/ou operar abaixo de ressonância. Outro método efetivo para reduzir frequência seria permitir aos condutos flexionar em linha com a tubulação antes das barras de braçadeira ou ainda eliminar as barras de braçadeira. Isso diminuiría a rigidez no modo de acionamento consideravelmente devido a um componente de torção adicional (ver FIG. 5).

O medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 pode ser projetado para uma aplicação específica. O medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 pode portanto ter uma frequência de operação muito baixa que alcança uma frequência vibracional muito baixa pré-determinada e frequência de resposta vibracional muito baixa e amplitude de resposta vibracional muito elevada.

A frequência vibracional pode ser especificada de múltiplas maneiras. A frequência vibracional pode ser especificada como um limiar ou limite de frequência. A frequência vibracional pode ser especificada como estando abaixo de um limiar ou limite de desacoplamento pré-determinado. A frequência vibracional pode ser especificada como estando abaixo de um limiar pré-determinado ou limite de SOS/compressibilidade. A frequência vibracional pode ser especificada como atendendo a um limiar ou limite de número de Stokes inverso pré-determinado (discutido abaixo). Por exemplo, o limiar de número de Stokes inverso pré-determinado pode ser escolhido para substancialmente eliminar erros de fluxo multifásico.

Medidores de fluxo de massa Coriolis e densitômetros vibratórios requerem que o fluido de fluxo se movimente com os condutos de fluxo durante oscilação na frequência natural do medidor. Quando material estranho é introduzido, essa suposição não é mais válida, pois existe um movimento relativo ou desacoplamento entre as duas ou mais fases. Um modelo foi desenvolvido para prever as condições que são necessárias para uma boa medição de densidade de mistura, dadas as condições de operação de medidor específicas. O modelo de fluidos, que foi validado experimentalmente, pode prever efeitos de desacoplamento. As equações para encontrar uma razão de desacoplamento (A_p/Af) e um ângulo de fase de desacoplamento (φ) são:

m — = F +F +F +F (3Ί ^Λ arrastado história massaadicionada flutuabilidade \ /

A razão de desacoplamento (Ap/Af) compreende a razão da amplitude (A_p) de partícula (isto é, material estranho) contra a amplitude de conduto de fluxo (Af). A partícula pode compreender qualquer material estranho, incluindo bolhas de gás, partículas sólidas, ou ainda porções de um fluido diferentes arrastados dentro do fluido de fluxo. Os termos individuais de equação (3) são definidos como:

^Farrastado = _fa(u ~ v)^(Re) „ , (u-v õt d(u-v) _ 2 ₃Ídu dv\ massaadicionada β 7ip ç(X I & I _ 4 ₃ du

Γ flutuabilidade β (4) (5) (6) (7)

O movimento do fluido de fluxo é assumido para corresponder ao movimento do conduto de fluxo. O movimento da bolha ou partícula é calculado como:

Velocidadedefluido = u = A_f cos(íyf) (8)

Velocidadedepartícula = v = A_p cos(a>t + φ) (9)

As equações acima podem ser usadas para encontrar movimento de partícula no meio oscilante de um medidor de fluxo vibratório dentro de cerca de mais ou menos dez por cento de precisão para a amplitude vibracional e diferença de fase na maioria das situações.

As seis entradas necessárias para resolver as equações acima para movimento de bolha são: a frequência de resposta vibracional (f), a amplitude de resposta vibracional (Af), a densidade de fluido (pf), a densidade de partícula (p_p) das partículas de material estranho arrastado no fluido de fluxo, a viscosidade de fluido de fluxo dinâmico (u_t), e a distribuição de raio de partícula (a) do material estranho arrastado no fluido de fluxo. A frequência de resposta vibracional (f) e a amplitude de resposta vibracional (Af) podem ser determinadas a partir de uma resposta vibracional do um ou mais condutos de fluxo (103A, 103B), tais como a partir de um sinal de resposta vibracional gerado pelos desvios (105, 105’). A densidade de fluido (pf) pode ser especificada por um cliente, tal como no caso de um fluido de fluxo conhecido, ou pode ser obtida por medição. A densidade de partícula (p_p) pode ser especificada por um cliente ou altemativamente pode ser determinável a partir da lei de gases ideais no caso de gás arrastado, dada uma temperatura e pressão medidas do fluido de fluxo. A viscosidade dinâmica (pt) pode ser especificada por um cliente, tal como no caso de um fluido de fluxo conhecido, ou pode ser obtida por medição. A distribuição de tamanho de partícula (a) pode ser especificada por um cliente, tal como no caso de um fluido de fluxo conhecido, ou pode ser obtida por medição, incluindo medições acústicas ou de radiação de bolhas ou partículas de material estranho no fluido de fluxo.

FIG. 5 é um gráfico de razão de desacoplamento contra razão de densidade para o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa de acordo com a invenção. O gráfico ainda inclui resultados para vários números de Stokes (δ) inversos. O número de Stokes inverso (δ) pode ser usado para mais sucintamente caracterizar as condições para evitar desacoplamento relacionado à frequência e efeitos de SOS/compressibilidade.

O gráfico mostra cinco números de Stokes (δ) inversos diferentes e as razões resultantes de desacoplamento. Pode ser visto a partir do gráfico que gases arrastados e sólidos arrastados reagem contrariamente em termos de desacoplamento, com os gases arrastados exibindo maior movimento que o fluido de massa e partículas sólidas exibindo menos movimento. Não obstante, a situação ideal é quando todas as fases dentro do conduto de fluxo movem-se exatamente na mesma amplitude e fase (isto é, onde Ap/Af = 1). Pode também ser visto que à medida que o tamanho da bolha de gás aumenta, a quantidade de desacoplamento aumenta. Desacoplamento de partícula sólida também se move distante do caso ideal de 1:1 movimento quando tamanho de partícula de sólidos aumenta.

O número de Stokes inverso (δ) compreende:

(2)

O número de Stokes inverso (δ) considera a viscosidade cinemática de fluido de fluxo (η), a frequência vibracional angular (ω), e o raio de partícula ou bolha (a) do material estranho. A viscosidade cinemática (η) compreende a viscosidade dinâmica (μ) dividida pela densidade (p) do fluido, isto é, η = μ/p. O material estranho pode incluir gases arrastados ou sólidos arrastados, como previamente discutido. O número de Stokes inverso (δ), portanto pode ser usado para mais completamente e precisamente determinar um limite de frequência vibracional superior que é possível através apenas de uma especificação de frequência.

Aumentar o número de Stokes inverso (δ) move a razão de desacoplamento (Ap/Af) mais próxima para unidade, indicando uma redução em movimento relativo. Conforme a razão de densidade aumenta além de cerca de 50, a razão de desacoplamento é primariamente dependente do número de Stokes inverso (δ). Isso é especialmente importante porque todas as misturas gás/líquido têm razões de densidade elevadas, geralmente acima de 100. Deste modo, para as condições de fluxo multifase mais comuns em um medidor de fluxo vibratório, a extensão do erro de medição depende primariamente do número de Stokes inverso (δ). Se esse parâmetro é muito pequeno, o resultado se aproxima do caso invíscido de uma razão de desacoplamento de 3:1, enquanto se o parâmetro for grande, movimento relativo é restrito e a razão de desacoplamento se aproxima de 1:1.0 número de Stokes inverso (δ) ilustra que o equilíbrio entre viscosidade cinemática de fluido, tamanho de partícula, e frequência é importante, não qualquer uma dessas variáveis sozinhas. No entanto, frequência é controlada por características de projeto de medidor, enquanto viscosidade e tamanho de partícula ou bolha dependem de condições de processo complexas e frequentemente incontroláveis.

O número de Stokes inverso (δ) em algumas formas de realização compreende um número acima de cerca de 3,5. O número de Stokes inverso (δ) em algumas formas de realização compreende um número acima de cerca de 1,0. O número de Stokes inverso (δ) em algumas formas de realização compreende um número acima de cerca de 0,5.

Em algumas formas de realização, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 pode ser projetado para operar a uma frequência de resposta vibracional de até cerca de 5 Hz. Em algumas formas de realização, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 pode ser projetado para operar a uma frequência de resposta vibracional de até cerca de 10 Hz. Em algumas formas de realização, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 pode ser projetado para operar a uma frequência de resposta vibracional de até cerca de 20 Hz. Em algumas formas de realização, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 pode ser projetado para operar a uma frequência de resposta vibracional de até cerca de 30 Hz. Em algumas formas de realização, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 pode ser projetado para operar a uma frequência de resposta vibracional de até cerca de 40 Hz. Em algumas formas de realização, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 pode ser projetado para operar a uma frequência de resposta vibracional de até cerca de 49 Hz. Frequências de modo de flexão desejadas podem ser alcançadas através de considerações de projeto de medidor, ou altemativamente através de vibração fora de ressonância a uma frequência especificada.

Em algumas formas de realização, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 pode ser projetado para operar em uma amplitude de resposta vibracional de acima de cerca de 1 mm. Em algumas formas de realização, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 pode ser projetado para operar em uma amplitude de resposta vibracional de acima de cerca de 2 mm. Em algumas formas de realização, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 pode ser projetado para operar em uma amplitude de resposta vibracional de acima de cerca de 5 mm. Em algumas formas de realização, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 pode ser projetado para operar em uma amplitude de resposta vibracional de acima de cerca de 10 mm.

FIG. 6 mostra uma porção do medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa 5 de acordo com a invenção. Essa figura mostra o medidor de fluxo 5 empregando uma grande razão de aspecto de altura-paracomprimento (H/L) de acordo com algumas formas de realização da invenção. A grande razão de aspecto de altura-para-comprimento (H/L) abaixa a rigidez de medidor de fluxo e a frequência de operação de medidor de fluxo.

Além disso, a figura mostra uma mudança nas posições de nó vibracional. As linhas tracejadas na figura mostram barras de braçadeira típica 120 e 120’. Barras de braçadeira são comumente empregadas para fixar nós de flexão e estabelecer um eixo de flexão. Barras de braçadeira fixam os condutos de fluxo em relação entre si, onde dois condutos de fluxo são empregados, e formam o nó de flexão vibracional. As barras de braçadeira 120 e 120’ estabelecem um eixo de flexão W—W, onde apenas as porções de conduto de fluxo acima do eixo de flexão W—W são deixadas vibrar. O eixo de flexão W— W restringe uma frequência vibracional e tipicamente mantém uma frequência elevada.

A fim de modificar a frequência de operação, a localidade de eixo de flexão pode ser movida. Consequentemente, a frequência de operação pode ser reduzida por uma localidade de eixo de flexão apropriada, tal como apropriadamente localizando posições de nó vibracional. Em algumas formas de realização, isso pode ser conseguido movendo as barras de braçadeira, como mostrado por barras de braçadeira 122 e 122’ na figura. As barras de braçadeira 122 e 122’ estabelecem o eixo de flexão W”—W. Em outras formas de realização, isso pode ser conseguido eliminando o conjunto de barras de braçadeira. Em tais formas de realização, o eixo de flexão pode ser determinado pelos flanges 101 e 101’ ou pode ser conseguido pelos coletores 102 e 102’. Deve ser notado que esses são apenas dois métodos possíveis para abaixar a frequência através de modificações de geometria do conduto de fluxo. Outros métodos são contemplados e estão dentro do escopo da descrição e reivindicações.

FIG. 7 é um fluxograma 700 de um método de operar um medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa de acordo com a invenção. Em etapa 701, o medidor de fluxo é vibrado em uma frequência muito baixa. A frequência muito baixa pode incluir uma frequência abaixo de cerca de 50 Hertz (Hz). A frequência muito baixa pode incluir uma frequência abaixo de cerca de 5 Hertz (Hz), em algumas formas de realização. Outras frequências muito baixas são contempladas e estão dentro do escopo da descrição e reivindicações.

A frequência muito baixa pode incluir uma frequência onde uma razão de desacoplamento (A_p/A_f) de cerca de 1:1 é alcançada para uma aplicação específica ou para uma maioria de aplicações; incluindo aquelas com gases arrastados ou partículas sólidas. A frequência muito baixa pode incluir uma frequência tais delas uma viscosidade efetiva se aproximando de infinita é alcançada para o fluido de fluxo. A frequência muito baixa pode ser abaixo de uma frequência de desacoplamento mínima pré-determinada, independente de um tamanho de material estranho ou de uma composição de material estranho. A frequência muito baixa portanto evita efeitos de desacoplamento e o material estranho arrastado move substancialmente com o fluido de fluxo. A frequência muito baixa pode ser abaixo de um limiar de SOS/compressibilidade mínimo pré-determinado, independente de um tamanho de material estranho ou de uma composição de material estranho. A frequência muito baixa portanto evita efeitos de SOS/compressibilidade, que não aparecem até elevadas frequências serem alcançadas.

Um ou mais condutos de fluxo do medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa são configurados para alcançar uma frequência muito baixa por configuração de um ou mais dentre rigidez do conduto de fluxo, comprimento do conduto de fluxo, razão de aspecto do conduto de fluxo, material de conduto de fluxo, espessura do conduto de fluxo, formato do conduto de fluxo, geometria do conduto de fluxo, ou uma ou mais posições do nó vibracional, como previamente discutido. Altemativamente, o um ou mais condutos de fluxo pode ser acionado fora de ressonância em uma frequência baixa pré-determinada, menor que a frequência ressonante, como previamente discutido.

Em etapa 702, uma resposta vibracional do conjunto de medidor de fluxo é recebida. A resposta vibracional pode ser usada para determinar uma frequência e amplitude resultantes, incluindo uma frequência que pode compreender uma frequência ressonante para o fluido de fluxo.

Em etapa 703, uma ou mais medições de fluxo podem ser geradas a partir de uma resposta vibracional de frequência muito baixa. A uma ou mais medições de fluxo podem incluir uma taxa de fluxo de massa. A uma ou mais medições de fluxo podem incluir a densidade. Uma medição de densidade usando a frequência muito baixa pode ser determinada com suposições como para a razão de desacoplamento e a viscosidade de fluido. Outras medições de fluxo são contempladas e estão dentro do escopo da descrição e reivindicações.

Desacoplamento é, em geral, uma função complicada de muitos parâmetros de entrada, que toma a mesma muito difícil de compensar em medições de medidor de fluxo. No entanto, foi verificado que o efeito de desacoplamento é negligenciável para bolhas de gás pequenas. Similarmente, onde o fluido de fluxo é altamente viscoso, o desacoplamento pode não ocorrer ou pode apenas ocorrer com frequências vibracionais muito elevadas. Além disso, em um cenário de gases arrastados, se o material estranho é bem misturado com o fluido de fluxo, diminuindo o tamanho de bolha e/ou exatamente distribuindo o gás, então o desacoplamento pode ser reduzido ou efetivamente eliminado em alguns casos. Também, uma viscosidade de fluido de fluxo elevada reduz ou elimina desacoplamento e aumenta precisão de medição. No entanto, as características do fluido de fluxo podem ser fixadas em natureza e o tamanho de bolha e viscosidade podem precisar ser aceitos como tal.

Um medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa pode ser projetado para ser substancialmente imune aos efeitos de múltiplas fases, incluindo ambos os efeitos de SOS/compressibilidade e os efeitos de desacoplamento. E claro, onde o volume de material estranho arrastado fica grande o suficiente, mesmo um medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa pode sofrer alguns efeitos, mas um medidor de fluxo de frequência muito baixa ainda exibirá precisão muito maior e confiança que medidores de fluxo vibratório de frequência moderada ou elevada da técnica anterior.

Claims (27)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100), caracterizado pelo fato de compreender:

   um conjunto de medidor de fluxo (10) incluindo um ou mais condutos de fluxo (103A, 103B), com o conjunto de medidor de fluxo (10) sendo configurado para gerar, usando um acionador (104), uma resposta vibracional de frequência muito baixa que está abaixo de uma frequência de desacoplamento mínima predeterminada para o fluido de fluxo independente de um tamanho de material estranho ou de uma composição de material estranho, em que o um ou mais condutos de fluxo (103A, 103B) são configurados para alcançar uma resposta vibracional de frequência muito baixa por configuração de um ou mais dentre rigidez do conduto de fluxo, comprimento do conduto de fluxo, razão de aspecto do conduto de fluxo, material de conduto de fluxo, espessura do conduto de fluxo, formato do conduto de fluxo, geometria do conduto de fluxo, ou uma ou mais posições do nó vibracional; e eletrônica do medidor (20) acoplada ao conjunto de medidor de fluxo (10) e configurada para receber a resposta vibracional de frequência muito baixa, usando um sensor (105), e gerar uma ou mais medições de fluxo a partir da mesma, em que a eletrônica do medidor (20) é configurada de modo que uma razão de desacoplamento (A_p/Af) é cerca de 1:1 para sólidos arrastados ou gases arrastados na frequência muito baixa.
2. 2. Medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a resposta vibracional de frequência muito baixa está abaixo de um limiar de velocidade do som (SOS)/compressibilidade mínimo predeterminado independente de um tamanho de material estranho ou de uma composição de material estranho.
3. 3. Medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100) de

   Petição 870190045786, de 16/05/2019, pág. 19/25

   2/6 acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a eletrônica do medidor (20) é configurada de modo que uma viscosidade é efetivamente infinita com relação ao movimento da partícula para o fluido de fluxo na frequência muito baixa.
4. 4. Medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a resposta vibracional de frequência muito baixa está abaixo de cerca de 5 Hertz (Hz).
5. 5. Medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a resposta vibracional de frequência muito baixa está abaixo de cerca de 50 Hertz (Hz).
6. 6. Medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a resposta vibracional de frequência muito baixa correspondendo a um número de Stokes inverso (δ) que está acima de cerca de 3,5.
7. 7. Medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o um ou mais condutos de fluxo (103A, 103B) são configurados para vibrar em uma amplitude de resposta vibracional muito elevada.
8. 8. Medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o um ou mais condutos de fluxo (103A, 103B) são configurados para vibrar em uma amplitude de resposta vibracional maior do que cerca de um milímetro (mm).
9. 9. Medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o um ou mais condutos de fluxo (103A, 103B) são configurados para vibrar em uma amplitude de resposta vibracional maior do que cerca de cinco milímetros (mm).
10. 10. Medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100)

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    3/6 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100) é excitado fora de ressonância em uma frequência baixa predeterminada e uma medição de fluxo de massa fora de ressonância é obtida, em que a medição de fluxo de massa fora de ressonância é substancialmente imune a efeitos de desacoplamento e velocidade de som (SOS).
11. 11. Medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a frequência baixa predeterminada é escolhida para corresponder a um número de Stokes inverso (δ) maior do que um valor de limiar selecionado para substancialmente eliminar erros multifásicos.
12. 12. Medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a medição de fluxo de massa fora de ressonância é comparada com uma medição de fluxo de massa de ressonância obtida em uma frequência ressonante e se uma medição de fluxo de massa fora de ressonância e a medição de fluxo de massa de ressonância diferirem em mais do que uma faixa de desacoplamento predeterminada, é gerada uma indicação multifásica.
13. 13. Medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa (100) é excitado fora de ressonância em frequências fora de ressonância múltiplas predeterminadas e medições de fluxo de massa fora de ressonância múltiplas correspondentes são obtidas, em que as medições de fluxo de massa fora de ressonância múltiplas são comparadas para determinar se um fluxo multifásico existe e para determinar uma magnitude de erro multifásico.
14. 14. Método de formar um medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa, o método caracterizado pelo fato de compreender:

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    4/6 determinar uma frequência de operação muito baixa predeterminada para o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa com base em pelo menos um fluido de fluxo esperado, onde a frequência de operação muito baixa está abaixo de uma frequência de desacoplamento mínima predeterminada para o fluido de fluxo independente de um tamanho de material estranho ou de uma composição de material estranho;

    selecionar uma ou mais características de projeto de conduto de fluxo com base na frequência de operação muito baixa predeterminada, com a uma ou mais características de projeto de conduto de fluxo sendo selecionada para substancialmente alcançar a frequência de operação muito baixa predeterminada; em que o um ou mais características de projeto de condutos de fluxo são um ou mais dentre rigidez do conduto de fluxo, comprimento do conduto de fluxo, razão de aspecto do conduto de fluxo, material de conduto de fluxo, espessura do conduto de fluxo, formato do conduto de fluxo, geometria do conduto de fluxo, ou uma ou mais posições do nó vibracional; e construir o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa, tendo um ou mais condutos de fluxo, empregando a selecionada uma ou mais características de projeto de conduto de fluxo, o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa tendo um acionador (104) para acionar vibrações, um sensor (105) para sentir vibrações do sistema, em que o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa é configurado de modo que uma razão de desacoplamento (A_p/A_f) é cerca de 1:1 para sólidos arrastados ou gases arrastados na frequência muito baixa.
15. 15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a resposta vibracional de frequência muito baixa está abaixo de uma frequência de desacoplamento mínima predeterminada para o fluido de fluxo independente de um tamanho de material estranho ou de uma composição de material estranho.

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16. 16. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o medidor de fluxo é configurado de modo que uma viscosidade é efetivamente infinita com relação ao movimento da partícula para o fluido de fluxo na frequência muito baixa.
17. 17. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a resposta vibracional de frequência muito baixa está abaixo de um limiar de velocidade do som (SOS)/compressibilidade mínimo predeterminado independente de um tamanho de material estranho ou de uma composição de material estranho.
18. 18. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a resposta vibracional de frequência muito baixa está abaixo de cerca de 5 Hertz (Hz).
19. 19. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a resposta vibracional de frequência muito baixa está abaixo de cerca de 50 Hertz (Hz).
20. 20. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a resposta vibracional de frequência muito baixa corresponde a um número de Stokes inverso (δ) que está acima de cerca de 3,5.
21. 21. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o um ou mais condutos de fluxo são configurados para vibrar em uma amplitude de resposta vibracional muito elevada.
22. 22. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de o um ou mais condutos de fluxo são configurados para vibrar em uma amplitude de resposta vibracional maior do que cerca de um milímetro (mm).
23. 23. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o um ou mais condutos de fluxo são configurados para vibrar em uma amplitude de resposta vibracional maior do que cerca de cinco milímetros (mm).

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24. 24. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa é excitado fora de ressonância em uma frequência baixa predeterminada e uma medição de fluxo de massa fora de ressonância é obtida, em que a medição de fluxo de massa fora de ressonância é substancialmente imune a efeitos de desacoplamento e velocidade do som (SOS).
25. 25. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a frequência baixa predeterminada é escolhida para corresponder a um número de Stokes inverso (δ) maior do que um valor de limiar selecionado para substancialmente eliminar erros multifásicos.
26. 26. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a medição de fluxo de massa fora de ressonância é comparada com uma medição de fluxo de massa de ressonância obtida em uma frequência ressonante e se uma medição de fluxo de massa fora de ressonância e a medição de fluxo de massa de ressonância diferirem em mais do que uma faixa de desacoplamento predeterminada, é gerada uma indicação multifásica.
27. 27. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o medidor de fluxo vibratório de frequência muito baixa é excitado fora de ressonância em frequências fora de ressonância múltiplas predeterminadas e medições de fluxo de massa fora de ressonância múltiplas correspondentes são obtidas, em que as medições de fluxo de massa fora de ressonância múltiplas são comparadas para determinar se um fluxo multifásico existe e para determinar uma magnitude de erro multifásico.