CN103454031B - 具有改进的联接器的过程流体压力测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种过程压力测量系统。该系统包括被配置为连接到过程并具有远程密封隔膜的远程密封组件，远程密封隔膜具有适于接触过程流体的第一侧面和适于接触基本上不可压缩的填充流体的第二侧面。第一毛细管被连接到远程密封件并填充有基本上不可压缩的填充流体。第一联接器连接到第一毛细管。过程流体压力变送器具有可操作地连接到压力入口的压力传感器。第二毛细管连接到过程流体压力变送器。第二毛细管填充有基本上不可压缩的填充流体。第二联接器连接到第二毛细管并连接到第一联接器，以提供从远程密封隔膜到过程流体压力变送器的压力入口的流体连通。第一和第二联接器中的至少一个的尺寸形成为穿过过程安全壳屏蔽装置中的贯穿孔。提供一种连接用于过程压力测量的两个封闭流体系统的方法。还提供一种远程过程密封组件。

Description

具有改进的联接器的过程流体压力测量系统

技术领域

本发明涉及工业过程中的过程流体的监控，并且更具体地，涉及过程流体压力测量系统。

背景技术

压力变送器用于远程监控过程流体的压力。远程密封件或远程隔膜组件，通常用来将压力变送器与危险测量环境隔开，或者用于将压力变送器与不方便地定位的过程流体连接在一起。例如，远程密封件往往用于腐蚀性或高温过程流体。在这些情况中，具有隔膜组件和毛细管的远程密封件可以用来将压力变送器连接到过程流体，同时压力变送器定位在安全距离之外。毛细管可以延伸几十米以连接压力变送器与过程流体。远程密封件与过程流体通过薄的弹性隔膜液压地连通，薄的弹性隔膜用来隔离过程流体与在毛细管中使用的填充流体。当隔膜弯曲时，不可压缩的填充流体通过毛细管将压力变化转到位于压力变送器中的压力传感器的隔膜。压力变送器隔膜的偏转通过类似的方法传递到设置在变送器内的过程传感器，过程传感器产生与过程流体的压力相关的信号。

远程密封液压系统通常在工厂填充有基本上不可压缩的流体，具有精确量的填充流体并且然后被密封。系统的性能与填充流体的精确液位相关，并且随着任何油泄漏或在填充流体中存在空气而退化。对于苛刻的应用，诸如高温或高过程真空运行，专门的工厂生产方法用来从填充流体中移除空气并且永久地密封液压系统。对于一些不太苛刻的应用，微小量的填充流体损失是可以接受的。

在美国专利No.7,258,017中提出远程过程密封联接器技术的一个最新发展，其名称为IndustrialProcessPressureTransmitterwithFieldRepairableRemoteSeals(具有现场能够修理的远程密封件的工业过程压力变送器)。该专利描述了通过断开和再连接远程过程密封件到过程压力变送器而在现场维修远程密封件的能力。虽然‘017专利的快速连接密封件非常有用，并且在现场提供重要优势，但事实上，存在这种联接器可能无法完全满足所有应用的需求的一些情况。例如，远程密封件通常通过屏蔽装置(barrier)或安全壳(containment)结构与过程流体压力变送器分开，如在核过程测量和控制的背景中。这些应用可能提出用于贯穿通过安全壳结构的贯穿孔的最大尺寸以确保过程被限制。安全壳结构内的窄的贯穿孔可能限制运送远程密封件到安装位置的能力。例如，一个特定的安全壳应用允许贯穿孔的直径不大于19毫米，这基本上禁止通过贯穿孔运送远程密封组件。

发明内容

提供一种过程压力测量系统。该系统包括远程密封组件，远程密封组件被配置为连接到过程并且具有远程密封隔膜，远程密封隔膜具有适于接触过程流体的第一侧面和适于接触基本上不可压缩的填充流体的第二侧面。第一毛细管被连接到远程密封件并且填充有所述基本上不可压缩的填充流体。第一联接器连接到第一毛细管。过程流体压力变送器具有可操作地连接到压力入口的压力传感器。第二毛细管连接到过程流体压力变送器。第二毛细管填充有所述基本上不可压缩的填充流体。第二联接器连接到第二毛细管并且连接到第一联接器，以提供从远程密封隔膜到过程流体压力变送器的压力入口的流体连通。第一联接器和第二联接器中的至少一个的尺寸形成为穿过在过程安全壳屏蔽装置中的贯穿孔。提供一种连接用于过程压力测量的两个封闭流体系统的方法。还提供一种远程过程密封组件。

附图说明

图1是根据本发明实施例的过程控制系统的示意视图。

图2是根据本发明实施例中的毛细管连接系统的示意视图。

图3是根据本发明实施例的过程压力连接系统的示意性剖视图。

图4A-4D是说明根据本发明实施例的连接在一起的一对连接器的各个阶段的示意性剖视图。

具体实施方式

图1显示根据本发明实施例的过程控制系统10，其中具有联接器38B的毛细管16穿过小于联接器38B的孔42。系统10包括远程密封件12、压力变送器14、毛细管16、容器18、过程流体20和过程控制电路22。压力变送器14包括变送器壳体28，壳体28容纳传感器隔膜30、压力传感器32、变送器电路34和过程隔膜35。远程密封件12传送过程流体20的压力到过程变送器14，由此传感器32和变送器电路34产生压力读数，压力读数通过控制回路36传送到过程控制电路。联接器38A和38B将远程密封件12、压力变送器14和毛细管16彼此连接，使得可以容易地并且流体损失可以忽略不计地连接它们。

远程密封件12通过隔膜26与容纳在容器18中的过程流体20流体连通，并且通过毛细管16和通道17与压力变送器14流体连通，毛细管16和通道17中装满填充流体。填充流体是基本上不可压缩的液压流体，用于将由过程流体20施加到隔膜26的流体压力传递至压力变送器14。通常情况下，液压流体包括硅油、甘油和水、丙二醇和水，或基本上不可压缩的任何其它流体，而且可以包含有其他添加剂。因此，压力变送器14检测由过程流体20通过液压填充流体施加到隔膜26的流体压力。过程流体20可以是，例如，腐蚀性的或极热的过程流体，使得压力变送器14不能够接触过程流体20或不能接近过程流体20工作。因此，远程密封件12和毛细管16被用于延伸压力变送器14的范围。远程密封件12通常使用法兰螺栓连接到容器18。

过程流体20的压力变化通过毛细管16的填充流体液压地传送到过程隔膜35。这种压力然后通过定位在过程隔膜35和传感器隔膜30之间的第二填充流体传送到压力传感器32。传感器隔膜30响应于过程流体20的压力变化的偏转被用来使用传感器32确定在容器18中的过程流体20的压力。传感器32可以是，例如，基于电容的压力传感器，其中压力传感器32的电容作为过程流体20的压力的函数变化，或者传感器32可以以其他已知的传感原理操作，如压阻应变仪技术。压力传感器32基于传感器隔膜30的偏转产生压力信号，该压力信号指示过程流体20的压力。变送器壳体28内的变送器电路34产生是由传感器32检测的压力的函数的输出信号，并且在控制回路36之上将压力信号传送到过程控制电路22，以使过程流体20的检测压力可以被远程地监控。过程控制回路36可以是4-20mA控制回路、有线数字连通网络、根据IEC62591的诸如无线HART网络之类的无线网络、或任何其他合适的通信系统。在其它实施例中，过程变送器14可以包括本地压力指示器，如液晶显示器。

如图1所示，系统10能够容纳在附图标记40中示意性地图示的过程屏障装置或安全壳结构，该过程屏障装置或安全壳结构允许从中穿过的贯穿孔42，贯穿孔42具有小于远程密封件12的直径但是大于联接器38A和38B中的至少一个的最大直径。根据本发明的一些实施例，设置了毛细管系统，该毛细管系统具有多段，其中每段是工厂填充的。然而，所述多段可以在运行之前在现场连接在一起。在一些实施例中，每段用隔膜密封，该隔膜在联接器38A和38B之间的连接形成时被刺穿，从而使两个工厂填充系统形成一个新的封闭系统。在形成连接以后，来自每段的填充流体变成相同封闭系统的一部分。因此，优选地，两段包含相同的填充流体。

本发明的实施例大体上提供高质量的、可重复的连接，同时避免潜在的问题。在连接过程中，潜在的问题通常会发生在进行连接的瞬间。这些问题包括填充流体从毛细血管中的损失或空气进入填充系统，这以后可能会导致性能和/或可靠性问题。此外，在形成连接以后，该连接需要保持高质量密封。例如，对于核应用，这种联接器必须忍受包括辐射测试、浸没测试、饱和蒸汽条件和振动活动的恶劣条件。

图2是根据本发明实施例的毛细管连接系统的示意图。系统50包括联接器38A及38B，其中每个联接器38A和38B连接到毛细管16。优选地，每个联接器38A、38B还连接到对应的过程元件，如远程密封件或过程压力变送器。此外，在生产过程中，各个联接器、毛细管16和过程元件填充有基本上不可压缩的填充流体并且被密封，使得在系统中不存在空气。在过程元件安装在过程处时，联接器38A和38B在现场连接在一起。如图2的实施例所示，联接器38B通常具有比联接器38A小的直径，并且因而联接器38B一般地被选择以穿过过程屏蔽装置或安全壳壁。优选地，联接器38B具有外螺纹52，外螺纹52的尺寸形成为并且被配置为接合联接器38A的内螺纹54。此外，联接器38B包括表面56，表面56包括一个或多个扳手平面(wrenchflat)，扳手平面被配置为接收扳手，以给予足够扭矩到联接器38B以将联接器密封在一起。本领域技术人员将理解，本发明实施例可以多种不同尺寸的联接器用于预填充系统，并且然后在过程屏蔽装置的位置处被组装。因此，只要两个联接器中的一个的尺寸形成为穿过过程屏蔽装置，对另一个联接器的尺寸没有任何物理限制。这提供灵活性并且可以为最终用户提供更容易的产品选择。

图3是根据本发明实施例的系统50的示意性剖视图。每个联接器38A和38B优选地分别包括隔膜60、62，隔膜60、62被配置为在两个联接器连接在一起时被刺穿，或者以其它方式被刺穿。每个隔膜60，62优选地在焊点(weld)64、66处分别地被焊接到其对应的联接器。焊接隔膜的利用提供高品质、坚固密封件，一旦被刺穿，其将不会再次形成。这考虑封闭流体系统分段的制造。此外，制成的封闭系统可以被控制，从而没有空气或其它不期望的气体存在于流体中。每个隔膜60、62优选地由0.001英寸厚的金属(如不锈钢)制成。如图3所示，联接器38A和38B中的至少一个包括被配置为在两个联接器在一起时刺穿隔膜的结构68。在图3所示的实施例中，结构68是与隔膜62稍微间隔远离的尖点形式。

每个联接器因而与其对应的系统过程元件，如远程密封件12或现场设备14，一起形成封闭流体系统。具体来说，联接器38A形成封闭流体系统，该封闭流体系统具有从接近隔膜62的位置70延伸通过毛细管16到达远程密封件12的填充流体。同样地，填充流体还存在于隔膜62附近，延伸通过毛细管16到达压力变送器14。

联接器38A和38B中的至少一个优选地包括用于在两个联接器连接在一起时抑制或以其它方式防止空气或其它气体的引入的部件。如在图3的实施例中图示，径向弹性O形圈72设置在表面76中的槽74内。此外，联接器38B还包括被配置为支持永久密封的O形圈，如围绕过程表面76设置的金属O形圈78。当两个联接器完全地连接在一起时，金属O形圈78支承在联接器38A的表面80上。

现在关于显示被连接在一起的联接器的各个阶段的图4A-4D描述联接器38A和38B的操作。

图4A是说明联接器38A和38B开始连接在一起的示意性剖视图。具体来说，表面76在内表面77内滑动，并且隔膜62尚未接触隔膜60。

图4B是根据本发明实施例的进一步接合的联接器38A和38B的示意性剖视图。在图4B中，联接器38B已经插入到隔膜62现在直接地支承在隔膜60上的程度。此外，如在图4B中可以看出，O形圈72现在已经与联接器38A的内表面77接触。通过确保O形圈72在隔膜60、62被刺穿之前接触表面77，联接器38A、38B的实际结构确保将最小化填充流体泄漏。此外，将空气或其它不期望气体引入基本上不可压缩的填充流体的可能性被最小化或至少降低。

图4C是根据本发明实施例的进一步接合的联接器38A和38B的示意性剖视图。如图4C所示，联接器38B已经被接合到外螺纹52现在开始与内螺纹54接合的程度。此外，已经通过刺穿结构68或以其他方式刺穿隔膜62、64。虽然隔膜已经被刺穿，但任何填充流体泄漏被最小化，因为O形圈72现在完全地接合表面78，从而形成流体密封。

图4D是根据本发明实施例的进一步接合的联接器38A和38B的示意剖视图。具体来说，联接器38B现在与联接器38A接合到金属O形圈78接触表面80的程度。在最后组装时，金属O形圈78被挤压在联接器38B和联接器38A的表面之间，从而形成永久流体密封。一旦两个联接器连接在一起，如通过图4A-4D所示，产生单个封闭系统，其中非常少的(如果有的话)空气或不期望的气体进入系统。

本发明的实施例大体上提供特征，其中可以使用隔膜密封每个过程段，隔膜在连接形成在两段之间时被刺穿，从而使两个被填充系统一起形成一个新的封闭系统。在连接形成以后，来自每段的填充流体变成相同封闭系统的一部分。本发明的实施例基本上减少在连接过程中将会出现问题的机会。具体来说，由本发明的实施例解决的问题包括填充流体从毛细管中的损失，或者空气或到其他不期望的气体引入填充系统，这以后可能造成性能和可靠性问题。此外，在形成连接以后，本发明实施例保持高品质密封，对于核应用，该高品质密封能够忍受包括辐射测试、淹没测试、饱和蒸汽条件和振动活动的恶劣条件。此外，由于O形圈72在隔膜被切断之前接合，因此可以防止油损失，并且可以将远程密封件的油填充恒量值的任何变化最小化到很小的值。如在此所使用，“油填充恒量”意指远程密封隔膜表示的远程密封系统内的油填充的量的位置。如果在此所述的联接机构有效地运作，这个值或者在远程密封系统内的油量的变化将是可以忽略不计的。此外，径向O型环72允许封闭系统，同时允许组件一起滑动以同时刺穿隔膜。隔膜优选地由尖锐配合部件切断，尖锐配合部件被机械加工到至少一个段中并且优选地被机械加工到每一段中。当隔膜被刺穿时，两个填充系统被带到一起。隔膜刺穿结构68大致被配置为一贯的高品质的方式刺穿隔膜。穿刺隔膜所需要的作用力的大小可能取决于隔膜厚度、隔膜直径、前缘的几何形状以及最初穿刺的位置。据认为，包含薄的隔膜的结构将确保隔膜被刺穿。填充流体被允许在毛细管组件内运动也可以有利于这个过程。

本发明实施例通常能够反复地穿刺隔膜，而没有引起隔膜的片段破裂并且进入填充流体系统。在隔膜中所进行的刺穿或切割还必须以毛细管系统内的作为结果产生的任何限制可以忽略不计的方式，以及以最后的毛细管系统的时间响应不受联接器连接影响的方式进行。此外，因此必须以隔膜不干扰毛细管系统内的填充流体的流动的方式切割隔膜。

虽然已经关于优选实施例描述了本发明，本领域技术人员将认识到，在没有背离发明的精神和范围的情况下可以在形式和细节上进行改变。

Claims (14)

1.一种远程过程密封组件，包括：

被配置为连接到过程的远程密封件，该远程密封件具有远程密封隔膜，远程密封隔膜具有适于接触过程流体的第一侧面和适于接触基本上不可压缩的填充流体的第二侧面；

连接到远程密封件的毛细管，毛细管填充有所述基本上不可压缩的填充流体；和

连接到毛细管的联接器，联接器包括能够在联接器配合到协作联接器时破碎的隔膜，和隔膜刺穿结构，该隔膜刺穿结构被构造为在联接器配合到协作联接器时刺穿联接器的隔膜和协作联接器的另一个隔膜。

2.根据权利要求1所述的远程过程密封组件，其中联接器隔膜焊接到联接器。

3.根据权利要求1所述的远程过程密封组件，其中隔膜刺穿结构包括靠近联接器隔膜的尖点。

4.根据权利要求3所述的远程过程密封组件，其中所述尖点靠近联接器隔膜的中心定位。

5.一种过程压力测量系统，包括：

被配置为连接到过程的远程密封组件，远程密封件具有远程密封隔膜，远程密封隔膜具有适于接触过程流体的第一侧面和适于接触基本上不可压缩的填充流体的第二侧面；

连接到远程密封件的第一毛细管，第一毛细管填充有所述基本上不可压缩的填充流体；

连接到第一毛细管的第一联接器；

过程流体压力变送器，具有可操作地连接到压力入口的压力传感器；

连接到过程流体压力变送器的第二毛细管，第二毛细管填充有所述基本上不可压缩的填充流体；

第二联接器，连接到第二毛细管并且连接到第一联接器，以提供从远程密封隔膜到过程流体压力变送器的压力入口的流体连通，以形成封闭流体系统，使得没有空气或其它不期望的气体存在于封闭流体系统内的所述基本上不可压缩的填充流体中；并且

其中第一联接器和第二联接器中的至少一个的尺寸形成为穿过在过程安全壳屏蔽装置中的贯穿孔。

6.根据权利要求5所述的过程压力测量系统，其中第一联接器和第二联接器中的另一个的尺寸形成为使得它不能穿过所述贯穿孔。

7.根据权利要求5所述的过程压力测量系统，还包括设置在第一联接器和第二联接器之间的金属O形圈。

8.一种连接用于过程压力测量的两个封闭流体系统的方法，该方法包括下述步骤：

提供第一封闭流体系统，第一封闭流体系统包括能够连接到过程的远程密封组件，第一封闭流体系统包括具有第一联接器隔膜的第一联接器；

提供第二封闭流体系统，第二封闭流体系统包括过程压力变送器，过程压力变送器具有位于其中的压力传感器，第二封闭流体系统包括具有第二联接器隔膜的第二联接器；

使第一联接器隔膜和第二联接器隔膜彼此接触；

在封闭空间内刺穿第一联接器隔膜和第二联接器隔膜，以形成另一个封闭流体系统，使得没有空气或其它不期望的气体存在于所述另一个封闭流体系统内的流体中；

与刺穿第一联接器隔膜和第二联接器隔膜一起，在第一联接器和第二联接器之间形成密封。

9.根据权利要求8所述的方法，其中在第一联接器隔膜和第二联接器隔膜被刺穿之前，所述封闭空间在第一联接器隔膜和第二联接器隔膜周围形成。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述封闭空间由第一联接器和第二联接器中的一个的外圆柱形表面与第一联接器和第二联接器中的另一个的内圆柱形表面合作形成。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括使用径向的弹性O形圈将外圆柱形表面和内圆柱形表面密封在一起。

12.根据权利要求8所述的方法，其中在第一联接器和第二联接器之间形成密封的步骤包括压缩第一联接器和第二联接器之间的金属O形圈。

13.根据权利要求8所述的方法，其中刺穿第一联接器隔膜和第二联接器隔膜的步骤包括推动第一联接器隔膜和第二联接器隔膜靠在设置在第一联接器和第二联接器中的一个中的隔膜刺穿结构上。

14.根据权利要求8所述的方法，其中使第一联接器隔膜和第二联接器隔膜彼此接触的步骤包括使第一联接器和第二联接器的中的至少一个穿过过程安全壳屏蔽装置的贯穿孔。