CN101849168A - 采用过程容器罐的液位测量 - Google Patents
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Abstract
一种构造为测量容器(10)中的至少一种过程流体(12)的液位的过程流体液位测量系统。该容器(10)具有罐(14)，至少一个环形隔离器位于该罐的内部。所述至少一个环形隔离器具有带状隔离膜(214，216)。压差变送器(22)可操作地连接至所述至少一个环形隔离器，并构造为至少部分地基于相对于所述至少一个环形隔离器测量的压力产生液位输出。
Description
背景技术
过程流体液位和分界面测量在流体处理装置中是极其重要的。这种测量提供了与槽或容器中的剩余流体的量相关的认知。此外，分界面测量可以提供与两种或多种不同的流体分界的液位相关的重要信息。由于液位和分界面测量对与剩余过程流体的量相关的认知是重要的任何过程装置是极其重要的，这种应用是很广泛的。
引导罐(Cage guided)或安装笼头(bridle mounted)的液位系统普遍用于诸如化学和精炼反应器之类的大型过程容器的液位和分界面测量。笼头或罐仅仅是一种从大型容器上卸下并经由管道连接至大型容器的小型容器或管道。罐或笼头内的流体液位、和/或界面直接表示大型容器内的这种情况。然而，通常更容易测量罐或笼头内的流体的特性。而且，熟知的是设置阀以允许在需要进行维护操作时允许罐或笼头与大型容器流体地隔离。
在典型设备应用中，排液器(displacer)或“浮体”安装在笼头内部。浮体的浮力通过压力墙经由扭力管平移，并因此平移到液位变送器中，液位变送器将扭力管力转化成用于输出的气动、模拟或数字信号。利用这种方法的商用数字液位变送器的一个例子以商标名称DL3 Digital Level类型变送器售卖，其可以从爱荷华州马歇尔敦的Fisher Controls International获得。
另一种类型的引导罐或安装笼头的液位系统利用导波雷达或基于电容的测量装置。典型地，雷达波经由波导引导向下通过罐中的过程流体。当微波能量到达分界面时，诸如到达过程流体的上液位或两种流体之间的分界面时，引起反射，其沿着波导传播回到变送器。关于回波的信息可以用来计算罐内的流体的液位。基于雷达的液位测量技术遇到的一个困难是有时难以形成合适的密封和/或形成合适的密封成本大，这种密封在包含容器的压力的同时还能够有效地通过雷达信号。例如，这种容器常见的是在每平方英寸数百磅的压力下运行。
发明内容
一种过程流体液位测量系统，构造为测量容器中的至少一种过程流体的液位。该容器具有罐，至少一个环形隔离器位于所述罐内。所述至少一个环形隔离器具有带状隔离膜。压差变送器可操作地连接至所述至少一个环形隔离器，并构造为至少部分地基于相对于所述至少一个环形隔离器测量的压力产生液位输出。
附图说明
图1为根据本发明实施方式的过程流体液位/分界面测量系统的示意图。
图2为用于本发明实施方式的压差变送器的压力传感器模块的横截面视图。
图3为具有设置在根据本发明实施方式的罐内的环形隔膜的双重远程密封油填充系统的横截面视图。
图4为根据本发明实施方式的环形隔离膜的透视图。
具体实施方式
图1为根据本发明实施方式的过程流体液位/分界面测量系统的示意图。过程流体容器10包含过程流体12。虽然图1以单一均匀物质示出过程流体12，但事实上它可以包括多层不同的过程流体。罐14分别经由上连接器16、下连接器18连接至过程流体容器10。如图1所示，每个连接器还优选地连接到阀20，以允许选择性地将罐14与容器10隔离。根据本发明的实施方式，压差变送器22安装在罐14的顶上法兰24上。压差变送器22可以为任何适合的能够基于一对输入之间的压差提供输出的压差变送器。适合的压差变送器的例子包括可从明尼苏达州Chanhassen市的Rosemount公司获得的商标名称3051S形式售卖的压差变送器。变送器22可以包括壳体26，该壳体26可以以接线盒的形式仅提供基本的现场布线终端。然而，壳体26还可以包括合适的高级电子设备，以提供用于压差变送器22的本地显示和/或操作人员界面。而且，壳体26还可以提供通过高速可寻址远程变换器(HART
)或FOUNDATIONTM Fieldbus通信的高级PlantWeb
功能。而且，壳体26还可以提供便于基于网页的监控和/或其它电力产生/存储的高级电子设备。最后，壳体26还可以为压差变送器22提供用于经由无线通信与其它装置通信的无线接口。
由于变送器22通常位于现场，因此认为变送器22是过程装置或现场装置。过程容器位于户处，并且希望变送器22物理地靠近容器10。现场装置通常遭受温度极限、振动、侵蚀和/或易燃环境以及电噪声。为了经得起这些情况，现场装置特别地设计为用于现场安装。这种现场安装的装置利用可以设计为防爆炸的结实外壳。而且，现场装置还设计为具有所谓“真正安全”的电路，其意思是，即使在故障情况下，这种电路一般也不会包含足以产生火花的电能。而且，电隔离技术通常用来降低电噪声的影响。将现场装置与测量或感测压差的其它电学装置区分开的设计要点的例子很少。
除了上文列出的环境考虑，现场装置的另一个挑战是布线。由于现场装置通常位于过程附近，且远离控制室，有时可能需要长距离布线将这种装置连接到控制室。这些长距离布线安装成本大，且难以维护。一种减少必需的布线的方式是通过采用双线现场装置。这些装置采用双线过程控制回路连接至控制室。双线装置从过程控制回路接收电力，并以一般不受提供给现场装置的电力的规格的影响的方式在过程控制回路上通信。用于在双线通信的技术包括4-20mA信令、HART
协议、FOUNDATIONTMFieldbus等。
图2为压差变送器22的压力传感器模块102的横截面视图。压差变送器140位于模块壳体102内部，并通过管子142、144连接至隔离膜110。隔离膜110直接焊接至模块壳体102。电路板146设置与处理来自压差变送器140的电信号相关联的电路。连接器148提供从电路板146到电子壳体26中的电路或布线的电连接。将壳体102认为是共面压力传感器模块的原因在于隔离膜110基本上相互共面。压力传感器模块102在压力感测方面通常表现出相对新的标准。特别地，压力传感器模块102图示为可从明尼苏达州Chanhassen市的Rosemount公司获得的以商标名称3051S型式售卖的共面压力传感器模块。该传感器的适应性非常强，并且由于它的适应性和它的模块性而可以用在多种应用中。然而，本发明的实施方式可以采用任何合适的压差变送器模块来实现。
图3为根据本发明的实施方式的具有设置在罐内的环形隔膜的双重远程密封油填充系统的横截面视图。罐200包括一对喷嘴202、204，其可连接到过程容器(图3中未显示)。罐200包括罐法兰206，罐法兰设置朝上的表面208，表面208与双重远程密封法兰210联接。双重远程密封系统212包括分别地靠近喷嘴202、204设置的一对环形隔离膜214、216。典型地，隔离膜通常为平坦的，并且形成为圆形。然而，环形隔离膜214和216由成围绕鼓形基板的带的形状的薄层可变形的材料形成。因此，虽然传统的隔离膜的面积等于πr2，但该环形隔离膜的面积大致等于π×(鼓的直径)×(带的高度)。因此，在罐的封闭空间内，环形隔离膜214、216提供了比传统的平面、圆形隔离膜增加很多的表面积。这种增加的表面积在与容器10内的过程流体的液位相关的压力的测量方面提供了改进的精度、精确性和稳定性。两个环形隔离膜214、216由在图3中表示为间距D的已知的距离隔离。通过以已知值固定隔离膜214、216之间的距离，则可以经由标准远程密封测量技术导出分界液位。例如，(Ph-Pl)/d＝密度。如果两种产物的密度已知，则来自变送器22的压差输出(Ph-Pl)可以成比例地表示分界液位。如图3所示，组件212可以从顶部简单地插入罐200中。
流体近端喷嘴202的压力由环形隔离膜214传递至流体通道218内的隔离流体，通道218最后将填充流体传递至孔220。类似地，经由流体近端喷嘴204施加在环形隔离膜216上的压力经由通道222传递至孔隙224。孔220和224定位成相对于图2所图示的隔离膜110对准。为了防止组件212在运行期间的机械扰动，或者虽然组件安装在罐200内，但优选的是组件200包括保护管226。保护管226从靠近第一环形隔离膜216的区域延伸至靠近排出塞228的底部区域。优选地，保护管226包括允许过程流体从中流过的多个孔隙(在图3中图示为孔)。虽然图3将空隙230图示为孔，但可以使用包括缝隙的任何合适的形状。
根据本发明的实施方式，系统212优选包括热电偶套管234，其大小适合接收标准温度传感器，如RTD或热电偶。设置在热电偶套管中的温度传感器可以连接至适合的多变量类型的压力变送器，以使用单个设备提供容器压力、温度和分界液位。
如上所述，如果多流体系统中的两种产品的密度已知，则来自变送器的压差输出可以成比例地表示分界液位。考虑到不同的流体具有不同的密度，并且不同的应用通常将具有不同尺寸的罐，根据本发明的一种实施方式，保护管226和下部隔离器214与上部隔离器216和法兰210隔开。一旦已经确定具体的应用，则可以选择或者形成尺寸合适的保护管226，并连接至下部隔离膜214。此外，适合长度的填充流体导管可以用来将流体通道218连接至上部隔离器216的流体通道232。
图4为根据本发明的实施方式的环形隔离膜300的透视图。隔膜300包括基本为固体的内芯或鼓302，可弯曲膜材料带304沿着周边306、308围绕内芯或鼓302焊接。填充流体通道310从入口312延伸到靠近带304的孔314。虽然优选地，芯体302的侧壁316基本为平坦的以最小化内部油体积，但特别期望的是可以在侧壁316上加工或形成合适的形状，如凹入或凸起形状。如果环形隔离膜300为上部隔离膜，则垂直穿过芯体302的第二通道318(以虚影示出)可以用来传递来自下部隔离膜的填充流体。然而，如果环形隔离膜300为下部隔膜，则不使用第二通道318，并且可以被阻塞。因此，期望的是，通常在所有的隔离膜中形成这种垂直通道，可以标准化这种环形隔膜的制造，但仅在顶部隔膜中使用它们。
本发明的各实施方式具有多个优点。具体地，机械结构允许排液器类型的设备直接改进。此外，使用标准压力变送器允许规模经济。而且，远程密封技术被证明能够承受容器内的相对高的压力。而且，外部环形密封形状提供了显著增加的隔膜面积，同时保持管状包装。而且，本发明的各实施方式一般适应与隔膜组件之间的距离相关的设计变化。
虽然已经参照本发明的优选实施方式描述了本发明，但本领域技术人员将会认识到，在不背离本发明的精神和范围的前提下可以在形式和细节方面进行改变。
Claims (15)
1.一种构造为测量容器中的至少一种过程流体的液位的过程流体液位测量系统，该容器具有安装在其上的罐，该系统包括：
构造为设置在所述罐内的至少一个环形隔离器，所述至少一个环形隔离器具有带状隔离膜；和
可操作地连接至所述至少一个环形隔离器的压差变送器，该变送器构造为至少部分地基于相对于所述至少一个环形隔离器测量的压力产生液位输出。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个环形隔离器包括一对环形隔离器，每个环形隔离器连接至所述压差变送器的对应的端口。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，该对环形隔离器相互隔开已知的距离，并且其中，所述压差变送器采用所述已知的距离来计算所述液位输出。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述液位输出表示所述罐中的两种过程流体的分界面。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括：在所述罐内设置在所述环形隔离器周围的保护管。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述保护管包括多个孔隙。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括：构造为接收温度传感器的热电偶套管，并且其中，所述压差变送器构造为基于所述温度传感器的特性提供温度输出。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述压差变送器安装在所述罐的顶部上。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述带状隔离膜通过一对周边焊缝焊接至鼓状芯体上。
10.一种用于将容器罐内的过程流体压力传递至过程流体压力变送器的环形隔离器，该隔离器包括：
具有侧壁的鼓状芯体；
带状隔离膜，具有连接至所述鼓状芯体的第一和第二边缘区域；
第一填充流体通道，从所述鼓状芯体的所述侧壁延伸至所述鼓状芯体的顶表面；并且
其中，所述带状隔离膜构造为响应于所述罐内的过程流体压力而弯曲。
11.根据权利要求10所述的隔离器，其中，所述第一填充流体通道连接至靠近所述鼓状芯体的所述顶表面的内螺纹端口。
12.根据权利要求10所述的隔离器，还包括：从所述鼓状芯体的侧壁表面的下部延伸至所述鼓状芯体的顶表面的第二填充流体通道。
13.根据权利要求12所述的隔离器，还包括：靠近第二填充流体的第二带状隔离膜，其中，所述第二带状隔离膜定位为离所述鼓状芯体已知的距离。
14.根据权利要求10所述的隔离器，其中，所述带状隔离膜通过一对周边焊缝焊接至所述鼓状芯体。
15.根据权利要求10所述的隔离器，还包括：从所述鼓状芯体的底表面延伸至所述鼓状芯体的顶表面的第二填充流体通道。
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