CN102007401B - 测量站的流动状态改变的声波检测 - Google Patents
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Abstract
一种用于有声地检测在流量计管线中的流体流动状态改变的方法。该流动状态改变可以被识别为在正常流动状态中的扰乱。该扰乱可以被纠正以改善流量计的精度。一种系统包括安装在流量计管线中的声音传感器和计算机，该计算机用于从声音传感器收集有声数据，并且将有声数据与基线作比较，以检测在正常流体流动状态中的扰乱。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求在2008年4月17日提交的标题为“Sonic Detection ofFlow State Change For Measurement Stations”的美国临时申请序列No.61/045,794的权益。
背景技术
在已经从大地取走了碳氢化合物之后，流体流(诸如原油或天然气)经由管线从一个位置传输到另一个位置。期望准确地知道在流中流动的流体的量，并且当流体储存交接(change hands)或“转输(custodytransfer)”时需要特定的精度。转输可能发生在流体财政传送测量站或滑撬(skid)处，其可以包括关键传送部件，诸如测量装置或流量计、检验装置、相关管道和阀门以及电控件。流过整个递送管线系统的流体流的测量开始于流量计，流量计可以包括涡轮流量计、正排量计、超声波测量仪、科里奥利流量计或涡流流量计。
流体流通常经历压力、温度和流速的改变。这些改变被表示为流动特性上的改变，并且影响被递送的产品的准确测量。改变流体流的流动特性通常由操作员经由在测量装置上的改变的影响来验证。该验证通过利用检验装置来检验流量计或者在液烃的情况下的通过检验器来进行。对与在滑撬上的测量装置邻近并且与测量装置进行流体交流的校准的检验器进行采样，并且将采样的体积与测量装置的通过体积作比较。如果在比较的体积之间存在统计上重要的差别，则调整测量装置的通过体积以反映检验器所识别的实际流动体积。
然而，除了由仪器感测的上述改变，流动改变也可以以其他方式来表现。因此，本公开的原理针对克服现有工艺的一个或多个局限来保证测量站和转输的精度和可靠性，并且识别出维护问题。
附图说明
为了详细描述示例性实施例，现在将参考附图，在附图中：
图1是根据在此公开的原理的具有流量计测量站的系统；
图2是图1的系统的替代系统的示意图；以及
图3是根据在此公开的原理的方法的流程图。
具体实施方式
在附图和下面的描述中，通常用相同的附图标记来在说明书和附图中标注相同的部分。附图不必是按比例的。可以在尺寸上夸大或以某种程度的示意形式来示出本发明的特定特征，并且为了清楚和简洁，可能没有示出常规元件的一些细节。本公开易于受到不同形式的实施例的影响。在理解了本公开要被视作本公开的原理的例示而不意在将本公开限制为在此图示和描述的内容的情况下，特定实施例被详细描述，并且在附图中被示出。应当充分认识到，可以独立地或以任何适当组合使用下面描述的实施例的不同教导来产生期望的结果。
在下面的讨论中并且在权利要求中，以开放的方式来使用术语“包括”和“包含”，并且因此术语“包括”和“包含”应当被解释为指“包括，但不限于...”。除非另外指定，否则术语“连接”、“接合”、“耦合”、“附连”或描述在元件之间的交互的任何其他术语的任何形式的任何使用并不是指将该交互限于在元件之间的直接交互，并且还可以包括在所述元件之间的间接交互。术语“流体”可以指液体或气体，并且不仅与诸如碳氢化合物的任何特定类型的流体相关。在阅读了下面的实施例的详细描述并且通过参考附图之后，对于本领域的技术人员，上述各个特许以及下面更详细描述的其他特征和特许将是显而易见的。
在管线和测量站中的流动改变可以表现为在管线中可听到的声波。例如，流动改变可能是由于泵的波动和相关谐波、下游背压和流动产品的气化所引起的。可能引起流体有声改变的其他现象包括流体速度改变、流体密度改变、流体粘度改变、温度改变、压力改变、管线中的微粒或沉淀物的改变和水含量改变。管线中的有声改变可以用于提醒操作员采取动作以使测量站返回到正常的流动状态。因此，在测量站处的流动线路中的声音、声波或有声信号的检测以及在此呈现的相关设备和方法可以被用作另一种手段，以提高测量站和产生的转输的精度和可靠性。
本公开描述了经由有声传感器从诸如测量站处的递送线收集声音信号或其他有声信号来检测在流体流中的流动状态的改变。可以将检测到的流动状态改变与先前建立的基线正常流动状态作比较。在一些实施例中，该过程包括识别在测量滑撬处的正常转输期间对干扰状态的改变以及正常状态的流动特性。在特定实施例中，市售的声音分析软件及其相关的高精度数据获取硬件适用于测量滑撬。在其他实施例中，在完成正常状态流动和不稳定状态流动的分析后，计量站人机界面(HMI)将确定和建议系统操作员在活动测量单元或部件的操作参数中进行哪些改变来使流体流返回稳定状态。在一些实施例中，根据命令，HMI可以自动地配置测量单元以使滑撬返回到正常状态的流。
初始参考图1，示出测量系统100。测量站或滑撬102包括测量装置或流量计104和检验器106。流量计104可以是还具有相关的设备和部件114的更大的测量单元的一部分。第一管线108包含第一流体流116，其中，流体流向第一容器或源112，或者从第一容器或源112流出。管线108连接到流量计104。第二管线110包含第二流体流118，其中，流体流向远离滑撬102的第二容器或源，或从远离滑撬102的第二容器或源流出。滑撬102执行转输测量。如上所述，任何流体流的流动特性可以在测量站102的产品递送和操作期间改变，由此对被递送的产品的准确测量产生负作用。
在一个实施例中，首先建立和记录正常流动特性的基线。这在条件被控制并且是理想的情况下，使用测量站或滑撬的同时进行。识别在正常操作期间的流动干扰的区域，测量对应的声频特性，并且将该频率识别为基线。通过利用在流体流动路径中的装置或管线配置的公知压力损失特性来识别在正常操作条件期间的这些流动干扰区域。当配置测量站时，关注在测量站的上游和下游的整个流动过程中的可能的改变。而且，分析泵、存储罐和上游递送线来确定这些线将受流动改变的影响的可能性。该分析将确定在递送线上的声音监听或感测装置的放置。声音感测装置将被置于计量单元的入口上，并且正常流动状态将被识别和记录为基线。
在一些实施例中，再次参考图1，可以将声音传感器置于流量计104的入口120处、检验器106处和测量单元114的后端处。本公开还考虑到其他组合和数目的传感器。例如，参考图2，测量站10的示意性表示包括从容器112接收流体流11的管道15。流体可以流过具有传感器16、18的检验器20，然后流到流量计12，并且最后通过流动控制阀门30、32流出到例如精炼厂。流量计12经由线路14与计算机26进行通信。根据在此描述的原理，有声装置可以被置于系统10中的各种位置处。例如，麦克风36位于流动控制阀门30、32的附近，并且经由线路34被耦合到计算机26。其他麦克风38、40位于系统10中的其他位置处，其中，确定了扰乱、压力损失和流动状态改变将发生，每个麦克风分别经由线42、44与计算机26进行通信。
如上所述的记录的基线保证有声地感测到的任何改变可以被识别为正常或异常的，并且操作员可以基于由测量系统的人机界面(HMI)的推荐来做出决定。在一些实施例中，基于异常的检测的操作员的决定将修改向测量站的入流，或者将重新配置测量站以适应该流动状态改变。在其他实施例中，流动改变在测量站的边界或在测量站的下游变得明显，这会影响流量计并且进而流动产品的总体测量精度。再一次，针对容易受到在设备和管线部件中的压力损失影响的区域来预检查测量站。具有流动状态改变的可能性的区域被装备有声传感器，并且建立其基线频率。因此，创建正常的基线有声流动模式，包括相对于测量站的上游、中游和下游的信息。基线流动模式用于建立优化的有声流动状态，可以根据其来执行精确的产品测量。
管线和测量站系统的总体正常操作可以随着时间而引起对于原始有声流动模式的改变，因此在还改变优化的有声流动状态的同时偏离原始基线。在正常操作期间的这样的改变被识别为正常的，并且被添加到被识别为正常状态的频率组(frequency suite)。这样的改变通常与利用检验器或者通过使流量计在线或离线地运行来改变总体流量计站产品通过量的流量计校准相关联。这些活动中的一些是基于时间的，使得可以在给定的时间段内允许异常流动状态，如果超过该给定的时间段则可以被识别。
在识别了用于整个测量站的正常流动有声状态，包括改变有声特性但是被识别为对于站的准确测量最佳的正常活动之后，然后可以识别、通知表示非最佳的流动状态的有声改变，并且可以向操作员提供推荐，以使流动状态返回到得到总体站测量准确度的最佳流动。不论在测量站的上游、在测量站处还是测量站的下游，都通过传感器位置来识别声改变的位置将指示需要的动作。
在此的实施例允许在测量站处的流动状态改变的声波检测。通过监听装置的策略布置和使用那些装置来识别允许最佳测量的正常流动的声音模式来识别测量站的声音签名。声音模式上的改变可以用于识别可能降低测量单元的精度的流动模式。识别发生中断的位置并且做出决定和动作来使测量站返回到最佳的流动状态将保证测量站进行的可预测和准确测量。
从流量计测量站中和周围收集的声音和声波数据用于实时地调整流量计测量。虽然站的正常操作将产生与流动状态改变和压力损失相关的噪声，但是在此所述的实施例主要适用于识别与站的理想或基线噪声范围相关的“扰乱”，并且纠正它们。因此，在一些实施例中，站的特定噪声特性不如来自理想或基线流动的扰乱和这样的扰乱的位置那么显著。除了如上所述的那些之外，在理想或基线条件的外部发生的压力损失或扰乱可以包括与卸下储藏罐相关联的那些压力损失或扰乱、或者来自将产品的流动改变为另一产品的流动(诸如从煤油到汽油)的那些压力损失或扰乱。而且，流动状态扰乱可以指示耦合到流量计的部件的劣化。
在特定实施例中，测量站被配置用于检测在管道中流动的的不同流体。基于流动的和被测量的产品的类型来调整监听装置。例如，流动几何特性对于每一个站和其周围的设备来说可能是不同的，并且在管道中的产品可能具有影响可以检测到的扰乱的高或低蒸汽压力。在一些实施例中，诸如当高蒸汽压力产品(例如，400psi)正在流动并且被引导通过站和流量计(例如，液态丙烷、丁烷、汽油、苯)时，在站中或站周围安装更多的麦克风来检测扰乱。这是因为与这些产品的基线流动条件相比，这些产品更易挥发，并且将在更多的位置产生更多的扰乱。更低的蒸汽压力产品(例如，10psi)更稳定，并且通常需要更少的麦克风。
在一些实施例中，执行计算来确定压力损失有可能发生的位置。管道和阀门的几何形状将影响该计算。而且，产品的类型将影响该计算。例如，如果原油在管道中流动，则通常知道，空穴仅发生在流动控制阀门的下游。例如，如果汽油在管道中流动，则将存在另外的蒸汽压力影响，引起在除了流量控制阀门之外的位置中的扰乱。相应地放置麦克风。
在检测到扰乱时，计算机、处理器或HMI将向操作员通知扰乱发生及其位置。在一些实施例中，然后在测量站或递送系统的其他部分上施加控制来纠正扰乱。例如，诸如在流量计或检验器上的那些背压控制阀门被调整来增加背压，以稳定与扰乱相关的压力损失。在一些实施例中，储藏罐在测量站的一侧，而精练厂在另一侧，并且还调整与这些部件相关的装置来纠正扰乱。
现在参考图3，在框图200中获得根据在此公开的原理的若干过程实施例。在202，将一个或多个有声传感器耦合到测量站或周围的管道。在204处，在受控的理想条件下，诸如当使用测量站时，操作该测量站，以建立和记录有声流动模式的基线。如上所述，基线可以包括正常的并且可以考虑的压力损失和流动状态改变。在206处，正常地操作测量站以测量在转输期间的产品通过量，并且从一个或多个传感器收集有声数据，并且记录该有声数据以建立实时的有声流动模式。在208处，将实时声流模式与基线作比较，并且在210处，将任何差别识别为对流动状态的扰乱。在212处，基于识别的流动状态中的扰乱来纠正流量计测量。虽然在212处的步骤来涵盖了许多纠正动作，但是示例性实施例可以包括：在214处识别流动状态改变的位置；在216处修改向测量站的入流(或者替代地，向存储容器的出流)，在218处重新配置测量站以适应流动状态的改变，在220处调整压力控制阀门，并且在228处执行维护以纠正部件故障。
仍然参考图3，其他实施例包括，在222处针对不同的流体来调整测量站，诸如通过针对在流体类型中的改变来调节声音传感器。在一些实施例中，该方法包括，在224处识别对于有声数据的正常改变，并且在226处更新或调整基线以包括或反映该正常改变。
虽然本公开容易具有各种修改和替代形式，但是通过在附图和说明书中的示例来示出特定实施例。然而，应当理解，附图和详细描述并不意在将本公开限于所公开的特定形式，而是相反，本发明要覆盖落在本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代。
Claims (20)
1.一种用于有声地检测在流量计管线中的流体流动状态改变的方法，包括：
将至少一个声音传感器置于耦合到所述流量计的管线中；
使用所述声音传感器从在所述管线中的流动的流体收集有声数据；
使用所述有声数据检测在所述流动的流体中的流动状态改变；以及
指示所述流动状态改变。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
确定所述流动状态改变是正常的流体流动状态的扰乱；以及
向操作员警告所述扰乱。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：通过在理想条件下使受控的流体流过所述流量计来建立基线有声模式。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：
通过在正常条件下使所述流体流过所述流量计来产生实时有声模式；
将所述基线有声模式与所述实时有声模式作比较；以及
识别在所述基线有声模式和所述实时有声模式之间的差别，以检测所述流动状态改变。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：
将正常的流动状态改变整合到所述基线有声模式内；以及
将所检测到的流动状态改变识别为所述正常流动状态中的扰乱。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：响应于用第二流体来替换所述流动的流体，调整所述声音传感器、所述有声数据和所述流动状态改变中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：基于所述流动状态改变来纠正所述流量计的测量。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：识别所述流动状态改变的位置。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：修改向所述流量计的入流，以消除所述流动状态改变。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：调整压力控制阀门，以消除所述流动状态改变。
11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：将多个声音传感器置于所述管线中的多个位置。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：识别耦合到所述流量计的部件的劣化。
13.一种用于有声地检测在流量计管线中的流体流动状态改变的方法，包括：
将至少一个声音传感器置于具有流量计的流量计测量站的所述管线中；
通过在理想条件下使受控流体流过所述流量计测量站，利用所述声音传感器记录基线有声模式；
通过在正常条件下使流体流过所述流量计测量站，利用所述声音传感器记录实时有声模式；
将所述基线有声模式与所述实时有声模式作比较；
检测在所述基线有声模式与所述实时有声模式之间的差别，以识别流动状态改变；以及
指示所述流动状态改变。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：使用所述流动状态改变纠正流量计测量，以改善所述流量计的精度。
15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：重新配置所述测量站以适应所述流动状态改变。
16.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
将所述流动状态改变整合到更新的基线有声模式中；
检测在所述更新的基线有声模式和所述实时有声模式之间的差别，以识别在所述流体流动状态中的扰乱。
17.一种用于通过有声地检测流动状态改变来改善流量计的准确度的系统，包括：
安装在包括流量计的流量计测量站的管线上的至少一个声音传感器；
包括流量数据的预定基线的计算机；以及
计算机中的处理器；
其中，所述计算机被耦合到所述声音传感器，以从所述管线接收有声流体流动数据，并且所述处理器被编程来将所述有声流体流动数据与所述预定的基线作比较以检测所述流动状态改变。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述基线在理想条件下使用所述流量计测量站时得到确定。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述计算机进一步适用于基于所述流动状态改变来向操作员警告在所述流体流动状态中的扰乱。
20.根据权利要求17所述的系统，其中，所述计算机进一步适用于使用所述流动状态改变来纠正所述流量计的测量。
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