CN103930753B - 用于液位回路控制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了用于液位回路控制的示例性方法和装置。所公开的示例性方法包括：经由传感器确定罐中的液体的第一压强，经由涡轮流量计测量该罐中的液体的第二压强，确定该第一压强是否处于距该第二压强的指定范围偏差之内以确定该涡轮流量计的操作状态，并且基于该涡轮流量计的该状态发射用于指示该涡轮流量计需要被服务的诊断消息。

Description

用于液位回路控制的方法和装置

技术领域

本文的公开整体涉及控制系统并且更具体地涉及用于液位回路控制的方法和装置。

背景技术

天然气井场(例如非关联井场)通常包括分离器以将天然气与液体分离。这些液体可以包括例如水、油和泥浆。分离器通过使得将液体和/或水蒸气和气体收集到分离器内部的相应的收集室中，使得能够将所开采的天然气与液体和/或水蒸气分离。液体收集室中的液体输送到液体存储罐，以稍后将油与泥浆和水分离。气体收集罐中的气体通常被输送到天然气处理站或者到天然气收集罐。

分离器的液体收集罐中的液体液位通常必须维持在低阈值液位与高阈值液位之间。如果液体液位下降到低阈值液位之下，则天然气可能进入液体存储罐并且可能被排放到大气中，这可能是潜在的危险事件。如果液体液位超过高阈值液位，则液体可能进入天然气管道并且在管道在导致阻塞和/或破裂。

发明内容

描述了用于液位回路控制的示例性方法和装置。一种示例性方法包括经由传感器确定罐中的液体的第一压强，并且经由涡轮流量计确定该罐中的液体的第二压强。该示例性方法还包括确定该第一压强与该第二压强的偏差是否处于指定范围之内以确定该涡轮流量计的操作状态，并且基于该涡轮流量计的状态发送用于指示该涡轮流量计需要被服务的诊断消息。

公开的一种示例性装置包括比较器，该比较器用于确定与罐中的液体的体积相对应的第一压强输出和与罐中的液体的体积相对应的第二压强输出之间的偏差是否处于指定范围之内以确定涡轮流量计的操作状态，该第一压强输出是从该罐中的压强传感器发送的并且该第二压强输出对应于来自该涡轮流量计的输出。该装置进一步包括接口，该接口用于基于该涡轮流量计的操作状态发送用于指示该涡轮流量计需要被服务的诊断消息。

附图说明

图1是包括示例性排放阀和示例性控制器的示例性天然气井场的图。

图2是图1的示例性排放阀的电动致动器的图。

图3显示了图1的示例性天然气井场，其具有包括接触开关的示例性排放阀。

图4显示了结合图1和3的控制器来操作的示例性液体液位处理器的图。

图5、6和7是用于表示可被执行以实现图1、3和4的示例性液体液位处理器和/或系统的示例性过程的流程图。

图8是可用于实现本文所述的示例性方法和装置的示例性处理器系统的方框图。

具体实施方式

虽然下文描述除了其他组件之外还包括在硬件上执行的软件和/或固件的示例性方法和装置，但是应该注意到该系统仅仅是示例性的并且不应该被视为用于限制。例如，可以设想任意或所有这些硬件、软件和固件组件可以唯一地在硬件中、唯一地在软件中或在硬件和软件的组合中实现。因此，虽然下文描述了结合天然气井场所述的示例性方法和装置，但是示例性方法和装置可用于任意应用将气体与液体分离。

天然气井场从地下天然储藏提取未提纯的天然气。从地面提取的天然气处于液体、泥浆和气体的流体混合物中。其中一个首要步骤是提纯天然气以将任意液体、泥浆和/或水蒸气与气体分离以使得所提取的气体能够进一步被提炼成甲烷和其他碳氢化合物副产品。已知的井场使用分离器将液体和/或水蒸气与天然气分离。分离器是被分割成液体收集室(例如液体收集罐)和气体收集室(例如气体收集罐)的罐。许多分离器还包括折流板，折流板凝结水蒸气并且将液体导向到液体收集室中。

在许多实例中，分离器经由管道直接连接到天然气井或钻孔。从钻孔提取的液体与气体的混合物被导向到分离器中，分离器然后通过使得液体能够在液体收集室中的分离器的底部凝结并且使得气体能够在分离器的顶部收集来被动地将气体与液体分离。液体收集室中的液体被输送到液体存储罐，以稍后将油与水分离。气体收集室中的气体被输送到处理设施或者气体存储罐并且传输到天然气处理设施。

液体管道通常由排放阀控制，以维持液体在分离器的液体收集室中处于指定的液位。如果液体下降到低于特定液位，则气体可能进入液体管道和液体存储罐，而液体管道和液体存储罐通常是通风的。因此，到达液体存储罐的任意气体可能渗漏并且到达大气，这可能导致潜在的爆炸性环境并且可能导致政府罚款。另外，如果分离器中的液体超过特定液位，则液体可能进入气体管道。在该情况中，如果液体冻结则液体可能潜在地堵塞管道或者使管道破裂。因此，用于控制液体液位的排放阀的控制是分离器以及对应的天然气井场的操作的重要方面。

通常，为了方便起见，排放阀由所收集的气体的压强来带动，因为天然气在井场是随处可得的。然而，在正常的排放阀操作期间，一些气体必须被排放到大气中。这种气体排放浪费了本来可以销售的天然资源。此外，井场处的气体质量是不一致的，这可能导致一些影响排放阀的操作的杂质或颗粒。

在许多已知的井场中，液位开关用于限定液体收集罐中的阈值液位。当液体液位达到液位开关时，开关将液体已达到特定液位的指令和/或指示(例如信号)发送到控制器。响应于该指示，控制器指示排放阀打开一段时间以降低收集罐中的液体的液位。排放阀的打开通常是对于感测到特定液体液位的反应，因为液体也不是均匀地从天然气井产生的。例如在一些时间期间，可能从井中提取相对大量的液体，而在其他时间期间，提取相对少量的液体。

另外，在许多已知的天然气井场中，涡轮流量计用于确定从液体收集室流向液体存储罐的液体的速度。涡轮流量计通常位于流体管道内部。在一些实例中，涡轮流量计可能变得粘连或者变得难以旋转，这导致不准确的流速输出。在一些实例中，来自涡轮流量计的不准确的流速输出导致由排放阀控制器不准确地确定液体收集室中的液体液位，因而导致液体超过或者减退到低于指定阈值。在这些情况中，技术人员可能必须去往分离器以手动地确定液体收集室中的液体液位并且修理涡轮流量计。在一些当前实例中，操作员可以基于设置的调度表(例如每两天)以及/或者从安装在液体存储罐中的分离的液位检测装置(例如液位检测器)接收的反馈，清空液体存储罐。然而，该方法可能是高成本的并且/或者当技术人员去往井场以清空液体存储罐的时候导致液体存储罐溢出并且/或者充不满。

为了维持分离器的液体收集室中的液体液位，液位开关必须相对地响应于改变的液体液位。然而，已知液位开关的响应时间可能基于液体粘性、温度、压强和/或组分而从数秒变化到数分钟。另外，液位开关不能检测液体的压强。此外，许多已知的排放阀控制系统利用具有相对慢的响应时间的阀。这些慢的响应时间可能导致来自液体收集室的液体的延迟的释放，从而将分离器暴露于液体过流中。这些已知的问题还可能导致液体比所估计更快地从收集室排干，因而使得气体能够进入液体存储罐。

本文公开的示例性方法、装置和制品通过相对快速地对液体液位的改变进行响应的全面的电动井口控制系统，提供对分离器的液体液位回路控制。本文公开的示例性方法、装置和制品可以在例如液体收集室和/或液体管道中实现压强传感器，以使得能够基于液体的压强估计流经排放阀的液体的体积。在一些实例中，压强传感器可以与排放阀集成。液体体积的估计可用于检查来自涡轮流量计的输出并且/或者可以提供分离器中的流体液位的更多信心。

本文公开的示例性方法、装置和制品将来自示例性压强传感器与涡轮流量计的压强输出进行比较，以确定涡轮流量计的操作状态。具体而言，如果来自涡轮流量计的压强输出与示例性压强传感器的偏差未处于预定范围内，则本文公开的示例性方法、装置和制品发送用于指示涡轮流量计需要服务的诊断消息。因此，通过本文公开的示例性方法、装置和制品实现的压强传感器降低了技术人员对分离器的访问并且提高了液体液位不超过预定阈值的信心。

本文公开的示例性方法、装置和制品还使用示例性压强传感器代替液位开关。在许多实例中，本文公开的示例性方法、装置和制品所利用的压强传感器提供周期性的液体压强输出，该液体压强输出被排放阀控制器用于确定何时接近预先确定的阈值。这样，示例性压强传感器可用于预测液体液位以抢先打开并且/或者关闭排放阀，而不是使用公知的液位开关对液体液位进行反应。另外，示例性压强传感器可以比已知的液位开关消耗相对更少的功率。此外，在压强传感器与排放阀集成的实例中，本文公开的示例性方法、装置和制品降低了耦接到分离器的电线的数量。

本文公开的示例性方法、装置和制品还包括具有电动致动器的排放阀，该电动致动器可以由排放阀控制器基于液体收集室中的液体压强和/或气体收集室中的气体压强进行调节。这样，可以基于分离器中的检测压强来修改阀元件的行程而无需重新校准(例如调整)排放阀。通过利用排放阀中的电动致动器，可以通过指定阀元件要打开多少以控制从分离器释放的液体的体积，来实现相对更高分辨率的阀控制。因此，示例性排放阀中的电动致动器对来自分离器的液体流动提供相对容易并且快速的改变，而无需停止天然气提取过程。此外，电动致动器被配置为具有相对低功率使用并且不使用天然气，从而消除了用于通风和控制排放阀的天然气浪费使用。

图1显示了根据本公开的教导构造以提供液体液位回路控制的天然气井场100。示例性天然气井场100包括被分割成液体收集室104和气体收集室106的分离器102。示例性液体收集室104经由堰板108在分离器102中分割。示例性分离器102包括折流板110，以将经由入口管道112进入分离器102的液体导向到液体收集室104中。示例性折流板110还助于水蒸气凝结为水滴，水滴掉落到液体收集室104中。

示例性入口管道112耦接到天然气钻孔和/或钻孔中的管道。入口管道112将从地面提取的气体与液体的混合物导向到示例性分离器102中。该混合物可以例如包括碳氢化合物气体(例如甲烷)、非碳氢化合物气体(例如水蒸气)、碳氢化合物液体(例如油)和非碳氢化合物液体(例如泥浆、钻探泥浆、水等等)。虽然在图1中显示了单个入口管道112，但是在其他实例中，分离器102可以包括来自其他天然气井的多个入口管道的连接。

示例性分离器102包括液位开关114和116，以指示液体收集室114内的液体何时达到特定体积(例如沿堰板108的液位或高度)。示例性液位开关114和116包括用于检测液体何时达到指定高度的任意类型的机械、电和/或机电开关和/或传感器。在所示实例中，液位开关114指示液体何时达到高阈值118并且液位开关116指示液体何时到达低阈值120。液位开关114和116沿堰板108的定位设置了阈值118和120。在一些实例中，开关114和116集成到下文所述的、机械地耦接到控制器122的平衡浮子或浮板中。在该实例中，液体中的平衡浮子的浮力和产生的移动被传输到控制器122。控制器122可用于设置阈值118和120和/或阈值118和120之间的差值间隙。

当液体达到阈值118和/或120时，相应的液位开关114和/或116向控制器122发送指示。该指示向控制器122通知液体收集室104中的液体已经达到指定阈值。示例性液位开关114和116经由配线(未显示)可通信地耦接到控制器122。在其他实例中，液位开关114和116可以无线可通信地耦接到控制器122。

所示实例的示例性控制器122(例如Fisher 电动液位控制器)包括液体液位处理器123。示例性液体液位处理器123从例如液位开关114和116接收流体体积和/或液体液位的指示，以确定何时打开和/或关闭排放阀124。示例性液体液位处理器123还基于分离器102内的情况，调节排放阀124中的阀元件125(例如阀杆)的行程。

示例性控制器122控制排放阀124以管理经过管道126到液体存储罐128的液体流动。在该实例中，排放阀124可以是具有致动器130的Fisher D3或D4阀。在一些实例中，致动器130是easy-Drive^TM电动致动器、具有反馈位置的气动致动器、水力制动器和电动致动器等等。示例性电动致动器130经由配线可通信地耦接到控制器122。来自控制器122和/或液体液位处理器123的控制信号(例如输入信号)可以例如包括4-20mA信号、0-10VDC信号和/或数字命令等等。控制信号指定或对应于示例性排放阀124的阀状态。控制信号可以例如使得排放阀124的阀元件125打开、关闭或处于一些中间位置。在一些实例中，控制器122可以使用数字数据通信协议(如高速可寻址远程传感器(HART)协议)与排放阀124的控制器和/或电动致动器130通信。

图1的示例性控制器122经由有线和/或无线通信路径可通信地耦接到命令中心129。示例性命令中心129可以远离控制器122，以使得控制人员能够从单个位置管理多个天然气井场。命令中心129监视控制器122，以识别排放阀124和/或分离器102具有的任意问题。示例性命令中心129还可以指示控制器122打开和/或关闭排放阀124。另外，示例性命令中心129可以使得分离器102、排放阀124和/或控制器离线以便维护、维修和/或替换。此外，命令中心129可以派送技术人员以纠正由控制器122和/或液体液位处理器123检测到的分离器102的问题。

在图2中相对更详细地显示了图1的示例性电动致动器130。电动致动器130可以例如以1.5瓦特的静态功率牵引操作在12或24伏特直流电流(Vdc)上。与其他公知的排放阀相比降低的功率牵引使得示例性排放阀124能够以相对低的功耗操作分离器102。此外，示例性电动致动器130使得能够经由电流而不是天然气来操作排放阀124，从而降低了操作分离器102所需要的天然资源。

图1和2的示例性电动致动器130包括Fisher 液体流速调节器132，其使得控制器122和/或液体液位处理器123能够指定经过排放阀124的最大液体流速。流速调节器132可以由电动致动器130改变以增加或减少排放阀124的阀元件125的行程，从而改变排放阀124的最大打开位置。电动致动器130通过降低流速调节器132以增大阀元件125的行程长度来提高经过排放阀的最大液体流量。类似地，电动致动器130通过升高流速调节器132以减小阀元件125的行程长度来降低经过排放阀124的最大液体流量。这样，示例性控制器122可以控制经过排放阀124的流体流量而无需对于分离器102中的不同的压强和/或条件重新校准和/或调整电动致动器130。

回到图1，从流体收集室104到液体存储罐128的管道126包括涡轮流量计136。示例性涡轮流量计136基于导致涡轮旋转的液体的速度，测量流经管道126的液体的速度(例如流速)。涡轮流量计136包括任意类型的电、机械和/或机电流量计。示例性涡轮流量计136经由有线和/或无线通信链路可通信地耦接(未显示)到控制器122。

在一些实例中，将液体收集室104中的液体的液体体积(和/或液体液位)与由涡轮流量计136测量的流速关联，从而使得控制器122的液体液位处理器123能够基于测量的涡轮流量计136的旋转加速度来推断流体液位。示例性液体液位处理器123还可以使用涡轮流量计136来确定在到存储罐128的液体释放期间已经有多少液体+过了排放阀124。基于释放的液体的量，液体液位处理器123可以确定多少液体剩余在液体收集室104中，以确定何时关闭排放阀124。这样，涡轮流量计136将附加的液体液位数据连同来自液位开关114和116的液体液位指示一起提供给液体液位处理器123。

在一些实例中，涡轮流量计136可能变得堵塞、粘连或旋转降低。在这些情况中，涡轮流量计136可能无法接收准确的流速信息来确定多少液体已流经排放阀124。在许多已知实例中，液体液位处理器123必须依赖低液位开关116来指示液体液位何时达到低阈值120。然而，基于与排放阀124关联的相对慢的响应时间和/或关联致动器的相对慢的移动，液体液位可能越过阈值120直到实际液体液位接近管道126的液位。虽然示例性液体液位处理器123可以相对快速地指示电动致动器130关闭排放阀，但是该延迟可能导致一些气体进入管道126。

为了提供涡轮流量计136的诊断检查，图1的示例性分离器102包括压强传感器138。示例性压强传感器138可以包括能够检测液体的压强(P_LIQUID)的任意电、机械和/或机电压强传感器。示例性压强传感器138经由有线和/或无线通信链路可通信地耦接到(未显示)控制器122的液体液位处理器123。在所示实例中，压强传感器138被显示为在液体收集室104中。在其他实例中，压强传感器138可以位于管道126中和/或与排放阀124集成。在压强传感器138与排放阀124集成的实例中，压强传感器138可以经由控制器和/或电动致动器130与控制器122通信。

示例性压强传感器138与液体液位处理器123校准，使得液体压强输出对应于收集室104中的液体的体积、室104中的液体液位和/或流经排放阀124的液体的速度。此外，液体压强输出可以与经过管道126的液体的已知流速关联。因此，压强输出使得示例性液体液位处理器123能够通过将来自压强传感器138的压强读数与和由涡轮流量计136报告的流速相对应的转换后的压强进行比较，来确定涡轮流量计136的操作状态。如果液体液位处理器123确定来自涡轮流量计136的压强读数与来自压强传感器138的压强读数之间的偏差在指定范围之外，则示例性液体液位处理器123向命令中心129发送诊断消息，以指示涡轮流量计136需要被服务。当涡轮流量计136不可操作时，液体液位处理器123可以使用来自压强传感器138的压强输出来控制排放阀124。例如，液体液位处理器123可以确定当液体压强接近指定阈值时，要打开或关闭排放阀124。

在其他实例中，可以将来自压强传感器138的压强输出与经过管道126的液体的流速进行关联并且与由涡轮流量计136指示的流速进行比较。示例性控制器122还可以使用来自压强传感器138的压强输出来经由流速调节器132调节阀元件125的最大行程。例如，当由压强传感器138检测到相对高的压强时，控制器122可以指示流速调节器132增加阀元件125的行程的量以增加经过排放阀124的最大流量。

图1的示例性分离器102还包括将气体收集室106耦接到气体存储罐142的管道140。示例性气体收集室106使得来自钻孔的流体混合物中的气体与液体分离。收集室106中的气体的压强(例如P_AIR)将气体压迫到相对较低压强的存储罐142。可替换地，管道140可以将气体导向到压缩器，压缩器将气体输送到处理设施。

图1中显示的示例性天然气井场100显示了单级分离器102。在其他实例中，分离器102、控制器122、排放阀124等等可以实现在不关联的天然气井场和/或油井场中。此外，可以使用多级分离器来实现示例性天然气井场100。在这些可替换的实例中，分离器102可以从流体混合物中提取高压气体并且将低压气体与液体的混合物输送到第二分离器，第二分离器使得低压气体能够与液体分离。多级分离器中的每一个可以具有由例如控制器122控制的排放阀(例如与排放阀124类似或相同)。此外，高压分离器可以具有用于将较重的水和/或碳氢化合物释放到一个存储罐中的管道以及用于将油气流体混合物释放到低压分离器的分离管道。在这些实例中，液体液位处理器123可以控制和/或协调多个排放阀的打开/关闭，以将多个分离器的液体液位维持在指定阈值之内。

图3显示了图1的示例性天然气井场100，其具有包括接触传感器302的示例性排放阀124。示例性接触传感器302感测图1和2的示例性阀元件125的位置。示例性接触传感器302提供阀元件125的位置信息给电动致动器130，以便例如液体液位处理器123中的反馈控制回路控制经过排放阀124的流体流动。示例性液体液位处理器123使用阀元件125的报告位置来精确地控制排放阀124被打开的量，从而提供准确的液体液位控制。示例性接触传感器302可以包括任意电、机械和/或机电接触传感器和/或开关。

所示实例还包括电动液位开关303，以测量液体收集室104中的液体液位。示例性电动液位开关303可以包括这样一种类型的电动开关，其基于液体在杆上施加的位移力来检测液体液位。电动液位开关303可以经由任意类型的磁和/或感应传感器来感测杆的移动。示例性电动液位开关303发送消息和/或信号给控制器122以指示液体液位。电动液位开关303经由任意有线和/或无线通信链路可通信地耦接到控制器122。

图3的示例性电动液位开关303与压强传感器138被示例性液体液位处理器123结合地使用，以确定液体收集室104中的液体体积和流经排放阀124的液体的体积。在该示出的实例中，压强传感器138、电动液位开关303和/或接触传感器302代替图1的液位开关114和116以及涡轮流量计136，从而降低了操作分离器102的功耗。此外，所示实例显示了位于管道126中的压强传感器138。在其他实例中，压强传感器138可以与排放阀124集成。在其他实例中，分离器102可以包括空气传感器以确定气体收集室106中的气体的压强。

在图3中，天然气井场100是经由由太阳能收集系统304所收集的太阳能来操作的远程场。收集系统304可以包括任意数量和/或类型的用于将来自太阳的光能转换成电流的太阳能面板和架构。在其他实例中，天然气井场100可以由一个或多个风力涡轮供电。

功率控制器306存储由太阳能收集系统304收集的能量。功率控制器306可以包括任意数量和/或类型的用于为控制器122、压强传感器138和/或排放阀124存储能量的电池。在该实例中，控制器122可以操作排放阀124而无需来自图1的命令中心129的任何监管，因为天然气井场100是远程的。可替换地，控制器122可以无线可通信地耦接到命令中心129。

图3的示例性功率控制器306包括用于管理来自收集系统304的能量存储和到控制器122、压强传感器138和/或排放阀124的能量分配的算法、例程和/或功能。示例性液体液位处理器123还可以被配置为通过降低排放阀124打开/关闭的次数来降低功耗。例如，低阈值120可以被设置为更接近管道126的液位，因为压强传感器138、电动致动器130和/或液体液位处理器123对于所检测到的液体液位具有相对快速并且更准确的响应。

在所示实例中，示例性接触传感器302、电动液位开关303和压强传感器138与低功率电动致动器130和示例性控制器122的结合利用提供了使用远程可持续能量来操作示例性分离器102的相对低功率的系统。因此，示例性液体液位处理器123控制分离器102内的液体液位而无需由技术人员和/或过程人员一直监管。该降低的监管降低了运行天然气井场100的成本。

图4显示了图1和3的示例性液体液位处理器123的图。示例性液体液位处理器123结合示例性控制器122一起操作。例如，液体液位处理器123可以使用控制器122中的通信功能与命令中心129通信。另外，控制器122可以管理液体液位处理器123的功率。在其他实例中，液体液位处理器123可以是分离的并且可通信地耦接到控制器122。在这些其他实例中，液体液位处理器123可以由服务器、计算机、智能电话、计算器等等主控。

为了接收来自图1的液位传感器114和116的指示，示例性液体液位处理器123包括高液体液位接收器402和低液体液位接收器404。示例性高液体液位接收器402从液位传感器114接收液体收集室104中的液体液位已经达到高阈值118的指示。示例性低液体液位接收器404从液位传感器116接收该液体液位已经达到低阈值120的指示。

示例性接收器402和404将来自液位传感器114和116的指示转换成可被例如比较器406读取的数字和/或模拟数据。例如，当液体液位达到相应的阈值118和120时，液位开关114和116可以输出离散电压。接收器402和404将离散电压转换成用于比较器406的对应的数字信号和/或对应的模拟信号。在一些实例中，接收器402和404可以将接收的指示排队，直到比较器406可用于处理该数据。

为了接收来自涡轮流量计136和压强传感器138的输出，图4的示例性液体液位处理器123包括压强接收器408。示例性压强接收器408接收来自设备136和138的输出并且将其处理成与比较器406兼容的格式。例如，压强接收器408将来自压强传感器138的模拟信号转换成对应的数字信号。示例性压强接收器408还例如将来自涡轮流量计136的模拟流速转换成数字信号。

可替换地，示例性压强接收器408可以被配置为针对HART通信协议。在这些实例中，压强接收器408接收来自涡轮流量计136和压强传感器138的HART输出消息并且将该HART消息转换成与比较器406兼容的格式。然而，在其他实例中，接收的输出消息可能是Modbus输出、通信协议输出等等。在这些实例中，压强接收器408发送消息以请求来自涡轮流量计136和/或压强传感器138的输出数据。

所示实例的示例性压强接收器408还接收来自分离器102、电动液位开关303中的任意压强传感器的数据和/或来自排放阀124的电动致动器130的数据。例如，在压强传感器138与排放阀124集成的实例中，压强接收器408接收来自电动致动器130和/或排放阀124的控制器的压强数据。在排放阀124包括图3的接触传感器302的其他实例中，示例性压强接收器408接收阀元件125的位置数据。

为了控制排放阀124并且确定涡轮流量计136的操作状态，图4的示例性液体液位处理器123包括比较器406。示例性比较器406经由相应的接收器402、404和408，接收来自压强传感器138的压强输出和来自液位传感器114和116的液体液位指示。示例性比较器406还经由图3的接触传感器302接收来自涡轮流量计136的流速信息和/或阀元件125的位置。

为了确定涡轮流量计136的操作状态，示例性比较器406指示液体分析器410访问包括关联信息的数据库412。比较器406使用该信息将流速转换成液体的体积和/或液体的压强。示例性数据库412可以由EEPROM、RAM、ROM和/或任意其他类型的存储器来实现。

在转换了来自涡轮流量计136的流速之后，比较器406将体积和/或压强与所报告的压强和/或从压强传感器138所转换的体积进行比较。示例性比较器406确定涡轮流量计136与压强传感器138的输出之间的差异是否在指定偏差范围之外。基于偏差的量，比较器406确定涡轮流量计136的操作状态。例如，如果偏差的量相对适中，则比较器406可以确定涡轮流量计136由于碎屑和/或生锈而降低旋转。另外，如果偏差的量相对大，则比较器406可以确定涡轮流量计136无法转动和/或损坏。可替换地，如果偏差的量相对小并且在指定偏差之内，则比较器406可以确定涡轮流量计136如预期操作。

基于所确定的涡轮流量计136的操作状态，示例性比较器406指示接口414发送诊断消息给例如命令中心129以指示所检测到的问题。响应于该消息，命令中心129可以派遣技术人员解决涡轮流量计136的问题和/或发送指令给涡轮流量计136以解决所检测到的问题。示例性比较器406也可以将所确定的涡轮流量计的操作状态存储到数据库412中。

所示实例的示例性比较器406基于来自压强传感器138、涡轮流量计136、液位传感器114和116和/或气体传感器的信息确定阀元件125的最大打开程度。在排放阀124不包括接触传感器302时，比较器406确定阀元件125的最大行程(例如最大打开量)，以限制可以经过排放阀124的液体的量。在这些实例中，排放阀124可能不具有准确的反馈控制而部分地打开阀元件125。为了设置最大行程，示例性比较器406发送指令给电动致动器130，以经由流速调节器132修改阀元件125的最大打开程度。因此，通过设置阀元件125的最大行程，比较器406指示电动致动器130将阀元件125相对快速地打开到所设置的最大行程，而无需排放阀124监视阀元件125的行程。

可替换地，当排放阀124包括接触传感器302时，示例性比较器406基于要从液体收集室104释放的液体的量，确定阀元件125要打开多少。在这些实例中，比较器406指示致动器驱动器416发送消息和/或信号给控制器和/或电动致动器130，以将阀元件125打开指定的量。

图4的示例性比较器406使用来自压强传感器138、涡轮流量计136、液位传感器114和116和/或气体传感器的信息，确定排放阀124要打开多少液体和/或时间量。例如，比较器406从压强传感器138接收液体液位接近高阈值118的指示。比较器406然后经由液体分析器410访问数据库412，以基于气体收集室106中的气体的当前压强、排放阀124可以打开的最大量和/或经过排放阀124的液体流速，确定应该释放的液体的量。然后示例性比较器406指示致动器驱动器416发送指令给排放阀124，以打开阀元件125以开始液体释放。在达到所确定的释放液体的时间和/或所确定的释放液体的量之后，示例性比较器406指示致动器驱动器416关闭排放阀124。在其他实例中，比较器406可以基于来自涡轮流量计136的最近的流体流速和/或来自压强传感器138的液体压强，精化它的时间和/或体积计算。

示例性比较器406还可以将液体概况数据存储在数据库412中。液体概况数据包括基于检测到的液体压强、气体压强和/或经过管道126的液体流速来描述分离器102中的液体液位如何改变的特征。示例性液体分析器410可以使用存储的数据来创建、修改和/或精化液体收集室104中的液体液位、液体压强、气体压强和/或经过管道126的液体流速之间的关联。例如，当气体压强是2.5个大气压时，液体分析器410可以确定特定液体压强对应于液体收集罐104是半满的。液体分析器410还可以基于阀元件125打开的量，调节概况信息。此外，例如当排放阀124、涡轮流量计136、压强传感器138、液位开关114和116、管道126和/或液体收集室104的部件被替换和/或修改时，液体分析器410可以重新调整(例如重新校准)概况信息。

为了与排放阀124对接，示例性液体液位处理器123包括致动器驱动器416。示例性致动器驱动器416接收来自比较器406的消息并且发送指令和/或信号给排放阀124和/或电动致动器130的控制器。在排放阀124兼容过程控制通信协议(例如HART、Profibus和/或Foundation Fieldbus)的实例中，致动器驱动器416创建合适的消息并且将该消息发送到排放阀124。在其他实例中，致动器驱动器416可以提供功率以驱动电动致动器130以使得阀元件125打开/关闭。

虽然图4中已示出了用于实现示例性液体液位处理器123的示例性方式，但是图4中示出的元件、过程和/或设备中的一个或多个可以组合、划分、重组、省略、排除和/或用任意其他方式实现。此外，图4的示例性接收器402、404和408、示例性比较器406、示例性液体分析器410、示例性数据库412、示例性接口414、示例性致动器驱动器416和/或更一般性而言示例性液体液位处理器123可以由硬件、软件、固件和/或硬件、软件和/或固件的任意组合来实现。因此，例如，示例性接收器402、404和408、示例性比较器406、示例性液体分析器410、示例性数据库412、示例性接口414、示例性致动器驱动器416和/或更一般性而言示例性液体液位处理器123可以由一个或多个电路、可编程处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)和/或现场可编程门阵列(FPLD)等等来实现。

当本专利的任意装置权利要求被理解为覆盖纯软件和/或固件实现时，示例性接收器402、404和408、示例性比较器406、示例性液体分析器410、示例性数据库412、示例性接口414和/或示例性致动器驱动器416中的至少一个在这里被明确定义为包括用于存储软件和/或固件的有形的计算机可读介质，如存储器、DVD、CD、蓝光盘等等。此外，图4的液体液位处理器123可以除了图4中所示的那些元件、过程和/或设备之外另外或改为包括一个或多个元件、过程和/或设备和/或可以包括多于一个所示元件、过程和设备中的任意一个或全部。

图5、6和7中显示了用于实现图1、3和4的液体液位处理器123的示例性过程的流程图。在该实例中，可以将过程实现为由处理器(如上文结合图8所述的示例性过程系统P10中所示的处理器P12)执行的程序。可以将程序实现为机器可读指令或存储在计算机可读介质(如CD、软盘、硬盘驱动器、DVD、蓝光盘或与处理器P12关联的存储器)上的软件，但是整个程序和/或它的一部分可以可替换地由除了处理器P12之外的设备执行和/或实现在固件或专用硬件中。此外，虽然参考图5、6和7中所示的流程图描述了示例性程序，但是可以可替换地使用用于实现示例性液体液位处理器123的许多其他方法。例如，可以改变方框的执行次序和/或可以改变、消除或组合所述的方框中的一些。

如上所述，可以使用存储在有形计算机可读存储介质(如硬盘驱动器、闪存、ROM、CD、DVD、蓝光盘、高速缓冲存储器、RAM和/或用于将信息存储任意时长(例如延长的时间段、永久地、短时、临时缓存和/或信息高速缓冲存储)的任意其他存储介质)上的编码指令(例如计算机可读指令)来实现图5、6和7的示例性过程。如本文所使用的，术语有形计算机可读介质被明确定义为包括任意类型的计算机可读存储设备而不包括传播信号。另外或可替换地，可以使用存储在非暂态计算机可读介质(如硬盘驱动器、闪存、只读存储器、压缩盘、数字多用途盘、高速缓冲存储器、随机访问存储器和/或用于将信息存储任意时长(例如延长的时间段、永久地、短时、临时缓存和/或信息高速缓冲存储)的任意其他存储介质)上的编码指令(例如计算机可读指令)来实现图5、6和7的示例性过程。如本文所使用的，术语非暂态计算机可读介质被明确定义为包括任意类型的计算机可读介质但不包括传播信号。

图5的示例性过程500始于图1、3和4的液体液位处理器123确定分离器102的高阈值118(例如高液体液位)和低阈值120(例如低液体液位)(方框502)。示例性液体液位处理器123可以从操作员接收阈值118和120和/或基于管道126和140的液位确定阈值118和120。图4的示例性比较器406然后确定是否从液位传感器114接收到高液体液位警告(例如指示)(方框504)。

如果未接收到指示，则示例性比较器406请求和/或接收分离器内的气体的压强(方框506)。示例性比较器406接下来基于气体压强和/或液体的液位，确定排放阀124是否应该打开(方框508)。如果比较器406将不打开排放阀124，则示例性比较器406继续监视高液体液位的指示(方框504)。

如果比较器406接收到高液体液位的指示(方框504)和/或确定要打开排放阀124(方框508)，则比较器406然后确定排放阀124要打开的量(方框510)。排放阀124要打开的量可以包括经由流速调节器132设置阀元件125的最大行程和/或使用来自图3的示例性接触传感器302的反馈来确定阀元件125移动的量。示例性比较器406然后发送消息到致动器驱动器416，以将排放阀124打开所确定的量(和/或设置阀元件125的最大行程)(方框512)。

在打开排放阀124之后，示例性比较器406测量液体流经排放阀124的时间和/或量(方框514)。比较器406还可以将来自涡轮流量计136的输出与来自压强传感器的输出进行比较，以确定涡轮流量计136的操作状态。比较器406然后确定是否达到时间阈值和/或液体释放阈值，以便不允许气体进入管道126(方框516)。如果未达到阈值，则示例性比较器406确定是否从液位传感器116接收到低液体液位警告(方框518)。如果未接收到指示，则示例性比较器406继续测量排放阀124打开的时间以及流经阀124的流体的量(方框514)。

如果已经达到液体流经排放阀124的时间阈值和/或量阈值(方框516)，或者接收到低液体液位指示(方框518)，则示例性比较器406发送消息给致动器驱动器416以关闭排放阀124(方框520)。示例性比较器406和/或液体分析器410然后将排放阀124打开的时间量、排放阀124打开的量、流经排放阀124的液体的量、在排放阀124打开之前的起始液体液位和/或当排放阀关闭时的结束液体液位存储到数据库412中(方框522)。示例性液体分析器410可以使用该信息，以基于排放阀124打开的量来修改和/或调节任意压强-体积关联数据和/或任意液体释放模型。示例性比较器406和/或液体液位处理器123然后返回去确定是否从液位传感器114接收到高液体液位指示(方框504)。

图6的示例性过程600使用图1和3的示例性压强传感器138代替液位开关114和116和/或涡轮流量计136，以确定液体收集室104中的液体的量。示例性过程600始于当图1、3和4的示例性液体液位处理器123将液体收集室104中的压强与液体体积关联时(方框602)。示例性比较器406然后确定由压强传感器138测量的液体压强是否高于指定阈值(方框604)。

如果液体压强高于阈值，则示例性比较器406确定打开图1和3的排放阀124的量(和/或设置阀元件125的最大行程的量)(方框606)。示例性比较器406然后发送消息给致动器驱动器416，以将排放阀打开所确定的量(和/或设置阀元件125的最大行程)(方框608)。

在打开排放阀124之后，示例性比较器406通过确定由压强传感器138测量的压强减少的量，来测量液体流经排放阀124的时间和/或量(方框610)。比较器406然后确定是否已经达到时间阈值和/或液体释放阈值，以便不允许气体进入管道126(方框612)。如果尚未达到阈值，则示例性比较器406确定由压强传感器138报告的液体压强是否低于用于指示液体液位接近管道126的液位的阈值(方框614)。如果液体液位没有处于和/或接近该阈值，则示例性比较器406继续经由压强传感器138测量排放阀124打开的时间和/或流经阀124的流体的量(方框610)。

如果已经达到液体流经排放阀124的时间阈值和/或量阈值(方框612)或液体的压强指示液体接近低阈值120(方框614)，则示例性比较器406发送消息给致动器驱动器416，以关闭排放阀124(方框616)。示例性比较器406和/或液体分析器410然后将排放阀124打开的时间量、排放阀124打开的量、流经排放阀124的液体的量(例如液体压强的差)、在排放阀124打开之前的起始液体液位(例如起始液体压强)和/或当排放阀关闭时的结束液体液位(例如结束液体压强)存储到数据库412中(方框618)。示例性液体分析器410可以使用该信息，以基于排放阀124打开的量来修改和/或调节任意压强-体积关联数据和/或任意液体释放模型。示例性比较器406和/或液体液位处理器123然后返回去经由压强传感器138确定液体的压强是否指示液体液位接近和/或处于高阈值118(反馈604)。

图7的示例性过程700确定涡轮流量计136的操作状态。示例性过程700始于当图4的示例性比较器406和/或压强接收器408从用于测量图1和3的分离器102内的液体的压强的压强传感器138接收到第一压强读数时(方框702)。示例性比较器406和/或示例性压强接收器408然后接收来自涡轮流量计136的液体流速(方框704)。示例性比较器406接下来使用存储在例如数据库412中的关联数据将流速转换成第二压强读数(方框706)。

示例性比较器406然后将第一压强读数与第二压强读数进行比较以确定差值(方框708)。如果压强读数之间的差值处于指定偏差之内，则比较器406确定涡轮流量计136处于正常操作状态。示例性比较器406和/或压强接收器408然后返回去接收压强读数和流速数据，以监视涡轮流量计136的操作状态(方框702-708)。

如果压强之间的差值超过指定偏差，则示例性比较器406访问数据库412，以基于偏差的量确定涡轮流量计136的操作状态(方框712)。例如，相对小的偏差可以指示涡轮流量计136以由于正常磨损或生锈而降低旋转。另外，相对大的偏差可以指示涡轮流量计136由于碎片阻塞而无法旋转。

示例性比较器406接下来基于所确定的操作状态，经由接口414发送诊断消息给例如命令中心129，以指示涡轮流量计136需要服务(方框714)。在涡轮流量计136被服务之前，示例性比较器406可以使用来自压强传感器138的压强输出来操作排放阀124。这样，压强传感器138作为备份，直到涡轮流量计136被服务为止。在涡轮流量计被服务之后，示例性比较器406和/或压强接收器408返回去将来自压强传感器138的输出与涡轮流量计136的输出进行比较(方框702-708)。在其他实例中，比较器406可以在流量计136被服务之前继续将来自压强传感器138的输出与涡轮流量计136的输出进行比较，以确定偏差是否平息。

图8是可用于实现本文所述的示例性方法和装置的示例性处理器系统P10的方框图。例如，与示例性处理器系统P10类似或相同的处理器系统可以用于实现图1、3和4的示例性接收器402、404和408、示例性比较器406、示例性液体分析器410、示例性数据库412、示例性接口414、示例性致动器驱动器416和/或更一般性而言示例性液体液位处理器123。虽然在下文中将示例性处理器系统P10描述为包括多个外围设备、接口、芯片、存储器等等，但是可以从用于实现示例性接收器402、404和408、示例性比较器406、示例性液体分析器410、示例性数据库412、示例性接口414、示例性致动器驱动器416和/或更一般性而言示例性液体液位处理器123中的一个或多个的其他示例性处理器系统中省略这些元件中的一个或多个。

如图8中所示，处理器系统P10包括耦接到互连总线P14的处理器P12。处理器P12包括寄存器组或寄存器空间P16，寄存器组或寄存器空间P16在图8中被描述为整个位于片上但是可以可替换地整个或部分地位于片外并且经由专用电气连接和/或经由互连总线P14直接耦接到处理器P12。处理器P12可以是任意合适的处理器、处理单元或微处理器。虽然在图8中未显示，但是系统P10可以是多处理器系统并且因此可以包括一个或多个与处理器P12相同或类似并且可通信地耦接到互连总线P14的附加处理器。

图8的处理器P12耦接到芯片集P18，芯片集P18包括存储器控制器P20和外围输入/输出(I/O)控制器P22。如我们公知的，芯片集典型地提供I/O和存储器管理功能以及可被耦接到芯片集P18的一个或多个处理器访问或使用的多个通用和/或专用寄存器、定时器等等。存储器控制器P20执行用于使得处理器P12(或如果存在多个处理器则使得多个处理器)能够访问系统存储器P24和大规模存储器P25的功能。

系统存储器P24可以包括任意希望类型的易失性和/或非易失性存储器，如静态随机访问存储器(SRAM)、动态随机访问存储器(DRAM)、闪存、只读存储器(ROM)等等。大规模存储器P25可以包括任意希望类型的大规模存储设备。例如，如果示例性处理器系统P10用于实现数据库412(图4)，则大规模存储器P25可以包括硬盘驱动器、光驱动器、磁带存储设备等等。可替换地，如果示例性处理器系统P10用于实现数据库412，则大规模存储器P25可以包括固态存储器(例如闪存、RAM存储器等等)、磁存储器(例如硬盘驱动器)或适用于数据库412中的大规模存储的其他类型的存储器。

外围I/O控制器P22执行用于使得处理器P12能够经由外围I/O总线P32与外围输入/输出(I/O)设备P26和P28和网络接口P30通信的功能。I/O设备P26和P28可以是任意希望类型的I/O设备，如键盘、显示器(例如液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CTR)显示器等等)、导航设备(例如鼠标、跟踪球、电容性触摸板、操作杆等等)等等。网络接口P30可以是例如使得处理器系统P10能够与另一个处理器系统进行通信的以太网设备、异步传输模式(ATM)设备、802.11设备、DSL调制解调器、线缆调制解调器、蜂窝调制解调器等等。

虽然在图8中将存储器控制器P20和I/O控制器P22描述为芯片集P18内部的分离的功能块，但是由这些块执行的功能可以集成到单个半导体电路中或者可以使用两个或更多个分离的集成电路来实现。

由运行在计算机处理器上的一个或多个软件和/或固件程序实现上述示例性方法和/或装置中的至少一些。然而，包括但不限于专用集成电路、可编程逻辑阵列和其他硬件设备的专用硬件实现可以类似地被构造为整体地或部分地实现上述示例性方法和/或装置中的一些或全部。此外，包括但不限于分布式处理或组件/对象分布式处理、并行处理或虚拟机处理的可替换的软件实现也可以被构造为实现上述示例性方法和/或装置。

应该注意到，上述示例性软件和/或固件实现可以存储在有形存储介质上，如磁介质(例如磁盘或磁带)；磁光或光介质(如光盘)；或固态介质(如存储卡或封装一个或多个只读(非易失性)存储器、随机访问存储器或其他可重写(易失性)存储器的其他包装。另外，本文所述的示例性软件和/或固件可以存储在如上文所述的那些有形的存储介质或后续的存储介质上。虽然在以上说明中参考特定标准和协议描述了示例性组件和功能，但是可以理解本专利的范围不限于该标准和协议。

另外，虽然本专利公开了包括执行在硬件上的软件或固件的示例性方法和装置，但是应该注意到该系统仅仅是说明性的并且不应该被理解为用于限制。例如，可以设想这些硬件和软件组件中的任意一个或全部可以唯一地实现在硬件中，唯一地实现在软件中，唯一地实现在固件中或者实现在硬件、固件和/或软件的一些组合中。因此，虽然以上说明书描述了示例性方法、系统和制造物，但是这些实例不是用于实现该系统、方法和制造物的唯一方式。因此，虽然本文描述了特定示例性方法、系统和制造物，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖字面上或者在等同教导之下确切地落入所附权利要求的范围内的所有方法、系统和制造物。

Claims (20)

1.一种用于液位回路控制的方法，包括：

经由压强传感器确定罐中的液体的第一压强；

经由涡轮流量计确定所述罐中的液体的第二压强；

确定所述第一压强与所述第二压强的偏差是否处于指定范围之内以确定所述涡轮流量计的操作状态；并且

基于所述涡轮流量计的状态发送用于指示所述涡轮流量计需要被服务的诊断消息。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

基于所述第一压强或所述第二压强确定所述罐中的液体的体积；并且

当所述液体的体积超过预先确定的阈值时打开阀以从所述罐中释放所述液体的一部分。

3.如权利要求2所述的方法，其中，释放所述液体的一部分以防止所述液体从所述罐中溢出并且进入本来用于气体的管道中。

4.如权利要求2所述的方法，还包括：基于所述体积确定所述阀要打开的量。

5.如权利要求2所述的方法，还包括：基于所述体积确定所述阀要打开的时间长度和所述阀要打开的量。

6.如权利要求2所述的方法，还包括：

基于所述第一压强或所述第二压强确定所述液体的第二体积；并且

关闭所述阀以防止所述罐内部的液体下降到第二预先确定的阈值之下。

7.如权利要求6所述的方法，其中关闭所述阀以防止所述罐内部的液体下降到第二预先确定的阈值之下防止气体进入本来用于液体的管道并且排放到外部环境中。

8.如权利要求1所述的方法，还包括：

测量所述罐内部的气体的第三压强；并且

基于所述气体的所述第三压强和所述液体的所述第一压强确定所述液体的体积。

9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，还包括：从液位传感器接收所述液体处于所述罐内部的液位上的指示；并且

基于所述罐内部的液体的液位确定所述第一压强。

10.一种用于液位回路控制的装置，所述装置包括：

比较器，所述比较器用于确定与罐中的液体的体积相对应的第一压强输出和与罐中的液体的体积相对应的第二压强输出之间的偏差是否处于指定范围之内以确定涡轮流量计的操作状态，所述第一压强输出是从所述罐中的压强传感器发送的并且所述第二压强输出对应于来自所述涡轮流量计的输出；以及

接口，所述接口用于基于所述涡轮流量计的操作状态发送用于指示所述涡轮流量计需要被服务的诊断消息。

11.如权利要求10所述的装置，其中，来自所述涡轮流量计的所述第二压强输出是流出所述罐的液体的一部分的流速，并且所述比较器将所述流速转换成所述第二压强。

12.如权利要求10所述的装置，还包括致动器驱动器，当所述液体的体积超过预先确定的阈值时，所述致动器驱动器指示排放阀的电动致动器打开阀元件以从所述罐中释放所述液体的一部分。

13.如权利要求12所述的装置，其中：

所述比较器基于所述液体的体积确定所述阀元件的最大打开程度；并且

所述致动器驱动器指示所述电动致动器将流速调节器调节到所述阀元件的所确定的最大打开程度。

14.如权利要求12所述的装置，其中，所述比较器基于所述液体的体积和所述罐中的气体的压强，确定所述排放阀要打开的时间长度。

15.如权利要求12所述的装置，其中：

所述比较器基于与第三压强对应的、来自所述涡轮流量计的第三压强输出，确定所述液体的第二体积；并且

所述致动器驱动器指示所述电动致动器关闭所述排放阀以防止所述罐内的液体下降到第二预先确定的阈值之下。

16.如权利要求12-15中任一项所述的装置，其中，所述罐是用于将提取自钻孔的液体与天然气分离的分离器。

17.一种有形的机器可访问介质，其具有存储在其上的指令，当所述指令被执行时使得机器至少：

经由压强传感器确定罐中的液体的第一压强；

经由涡轮流量计确定所述罐中的液体的第二压强；

确定所述第一压强与所述第二压强的偏差是否处于指定范围之内以确定所述涡轮流量计的操作状态；并且

基于所述涡轮流量计的所述状态发送用于指示所述涡轮流量计需要被服务的诊断消息。

18.如权利要求17所述的有形的机器可访问介质，其中，当机器可访问指令被执行时使得机器：

基于所述第一压强或所述第二压强确定所述罐中的液体的体积；并且

当所述液体的体积超过预先确定的阈值时打开阀以从所述罐中释放所述液体的一部分。

19.如权利要求18所述的有形的机器可访问介质，其中，当机器可访问指令被执行时使得机器：基于所述液体的体积确定所述阀要打开的时间长度和所述阀要打开的量。

20.如权利要求18所述的有形的机器可访问介质，其中，当机器可访问指令被执行时使得机器：

基于所述第一压强或所述第二压强确定所述液体的第二体积；并且

关闭所述阀以防止所述罐内部的所述液体下降到第二预先确定的阈值之下，以防止气体进入本来用于所述液体的管道。