CN104272075A - 具有带散热片的共面过程流体法兰的过程流体流量变送器 - Google Patents

Abstract

提供一种过程流体压力测量系统(10)。该系统包括过程流体压力变送器(12)，该变送器(12)具有在其底部表面上被布置为相互共面的一对过程流体端口。过程流体压力变送器(12)被构造为测量在该对过程流体端口之间的压差，并且通过过程通信回路提供所测量的压差的指示。过程流体法兰(18)具有被构造为安装到过程流体压力变送器(12)的表面的第一表面(36)、与第一表面(36)相反的第二表面(34)，以及在第一和第二表面(36、34)之间延伸的至少一个侧向侧壁(37)。紧邻侧向侧壁(37)布置多个散热片(32)。

Description

具有带散热片的共面过程流体法兰的过程流体流量变送器

技术领域

过程监视和控制系统用于监视和控制工业过程的操作。工业过程用于制造以产生各种产品，例如精炼油、药物、纸、食品等。在大规模的实施例中，这些过程必须被监视和控制以便在它们的期望参数内工作。

背景技术

“变送器”已成为用于描述耦接到过程设备并且用于感测过程变量的装置的术语。示例的过程变量包括压力、温度、流量和其它。通常，变送器位于远程位置(即，在“现场”)，并且将感测的过程变量变送到中央定位的控制室。使用各种技术来变送过程变量，包括有线通信和无线通信。一种常见的有线通信技术使用被称为双线过程控制回路的东西，其中将单对线用于承载信息并且提供电力给变送器。用于变送信息的一种已确立的技术是通过在4mA和20mA之间控制经由过程控制回路的电流水平。在4-20mA范围内的电流值可被映射到过程变量的对应值。

一种类型的变送器是压力变送器。大体上，压力变送器是测量过程的流体的压力的任何类型的变送器。(术语流体包括气体、蒸汽和液体及其混合物。)压力变送器可被用于直接测量压力(包括压差、绝对压力或表压力)。另外，使用已知技术，基于在两个位置之间的过程流体中的压力差，压力变送器可以用于测量过程流体的流量。

典型地，压力变送器包括经由隔离系统耦接到过程流体的压力的压力传感器。隔离系统可包括例如与过程流体物理接触的隔离膜和在隔离膜和压力传感器之间延伸的隔离填充流体。填充流体优选包括基本上不能压缩的流体，例如油。因为过程流体在隔离膜上施加压力，所以施加的压力中的变化被传送跨越膜，穿过隔离流体并且到达压力传感器。这样的隔离系统防止压力传感器的精密部件被直接暴露到过程流体。

在一些过程环境中，过程流体可能经历相对高的温度。然而，变送器通常具有185-250°F的最大工作温度。甚至在变送器能够经得起高温的情况下，温度极端仍然能够引起压力测量中的错误。在具有超出压力变送器的最大工作温度的温度的过程中，变送器本身必须被定位为远离过程流体并且使用长毛细管耦接到过程流体。毛细管可延伸很多英尺，并且在管中承载隔离流体。管的一端经由隔离膜安装到过程，管的另一端耦接到压力变送器。在蒸汽流量测量应用中，该长的毛细管和隔离膜统称为“远程密封”或“水夹套”。

尽管远程密封装置仍然提供有效的压力测量，但是存在一些折衷。当“水夹套”被不正确地利用和安装时，可将误差引入实际压力测量中。在特定的气候下，这些水夹套也要求附加的防结冰保护措施。因此，提供可被采用到较高温度下的直接安装过程流体压力测量系统将对于可能不希望针对它们的高温应用切换到远程密封系统的用户来说是有利的。

发明内容

提供一种过程流体压力测量系统。该系统包括过程流体压力变送器，该变送器具有在其底部表面上被布置为相互共面的一对过程流体端口。过程流体压力变送器被构造为测量该对过程流体端口之间的压差，并且通过过程通信回路提供所测量的压差的指示。过程流体法兰具有被构造为安装到过程流体压力变送器的底部表面的第一表面、与第一表面相反的第二表面，以及在第一和第二表面之间延伸的至少一个侧向侧壁。紧邻侧向表面布置多个散热片。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的被安装到过程流体管的直接安装的过程流体压力测量系统的示意图。

图2是根据本发明的实施例的直接安装的过程流体压力测量系统的示意图。

图3是根据本发明的实施例的共面过程流体法兰的示意性透视图。

图4是根据本发明的另一实施例的直接安装的过程流体压力测量系统的示意性分解图。

具体实施方式

过程流体压力变送器通常被直接安装到过程流体流量元件之上，该元件例如是孔板或平均皮托管，例如可从Chanhassen，MN的Emerson Process Management获得的初级流量元件。初级流量元件被布置在过程流体流(例如蒸汽)内。在高温应用中，过程流体的温度可能使过程流体压力变送器的填充流体变得过热并且损坏过程流体压力变送器的传感器。这可能在185-250°F和更高的过程流体温度下发生。该问题在过程流体压力变送器附近存在很少的空气循环或不存在空气循环的情况下或在过程流体压力变送器附近(例如接近天花板)的环境温度通常高的情况下变得更糟。尽管可以将过程流体压力变送器直接安装在过程流体流量元件之下，但是存在很多这样的布置不是优选的原因。特别是，过程管的底部通常是任何浓缩物、其它不期望的液体、颗粒或其它污染物将沉淀的地方。这样的液体和污染物将流到过程流体压力测量系统的脉冲线(impulse line)内。基于压力和/或温度，该液体可能结冰并且损坏系统，或者污染物将堆积并且阻塞压力传感器，使其变得不精确或无效。此外，直接安装在过程流体流量元件之下可能造成与地面或地板的清洁有关的问题。因此，重要的是提供可被直接安装在过程流体流量元件或管之上并且能够在比之前更高的温度下工作的过程流体压力测量系统。

图1是根据本发明的实施例的被安装到过程流体管的直接安装的过程流体压力测量系统的示意图。系统10包括凭借一对脉冲线16和共面过程流体法兰18耦接到过程流体管14的过程流体压力变送器12耦接。变送器12包括电子器件隔间20和压力传感器模块22。压力传感器模块22包括压差传感器，压差传感器具有随着在其底部表面23(图2中示出)上的一对隔离膜处施加的压差而变化的诸如电容的电气特性。压力传感器模块22还包括用于测量该电气特性并且提供隔间20内的变送器电子器件的测量结果的指示的电路。变送器电子器件接收来自压力传感器模块22的测量信息并且产生指示在过程控制回路上传送的过程变量的过程变量信息。过程变量信息的传送可经由有线过程控制回路，经由无线过程控制回路或两者发生。在一个实施例中，变送器12可以是可从Emerson Process Management获得的在商业名称型号3051SFC下售卖的商业上可获得的压力变送器。在一些实施例中，变送器12具有能够适应185°F-250°F的最大工作温度的在压力传感器模块22或电子器件隔间20中的电路。该同一电路还能够监测在压力传感器模块22内的实际温度。

过程流体管14传送在可能处于过程流体压力变送器12的最大工作温度处或之上的温度下的过程流体(例如过热的蒸汽)。通常，为了感测在管14内流动的过程流体的流速或其它流量相关的量，将过程流体流量元件引入该流内。例如，可将平均皮托管初级流量元件插入管14内，以提供与流量相关的一对过程流体压力。在平均皮托管初级流量元件的情况下，第一过程流体压力可以指示管14内的流动压力，并且第二过程流体压力可指示管14内的静态压力。然后，使用伯努利法则和管直径的知识，可计算流体流量。替代地，可将孔板引入到管14，建立局部化的流动收缩。在该实施例中，第一压力过程流体压力与上游流体压力相关，并且第二过程流体压力与在孔板之后的下游压力相关。使用已知的公式，可使用这些压力计算过程流体流量。

在上面两个实施例中，必须将一对过程流体压力从管引入到过程流体压力变送器。此外，如上所述，过程流体可处于过程流体压力变送器的最大工作温度处或之上。尽管一些先前工作已物理地将直接安装的压力变送器与过程分开(参见Steven M.Behm的被转让给本发明的受让人的美国专利7497123)，但是仍然需要提供压力变送器紧密物理靠近过程情况下的直接安装的过程压力感测解决方案。在接近过程流体压力变送器的空间有限的应用中，格外需要上述解决方案。

如图1中所示的，过程流体压力变送器12经由共面过程流体法兰18耦接到过程流体管14。特别是，使用被布置在压力传感器模块22的近端角部附近的四个螺栓将变送器12的压力传感器模块22栓接到过程流体法兰18的表面36。优选使用o型环，将接近压力传感器模块22的底表面的一对隔离膜被流体密封到过程流体法兰18中的一对过程流体压力端口。附加地，通过任何适当连接技术将脉冲线16耦接到过程流体法兰18的底部表面34。表面34和36大体是平行的并且相反。至少一个侧向侧壁37在表面34和36之间延伸。在图1示出的实施例中，法兰18包括四个侧向侧壁，然后本发明的实施例可使用少至一个的侧向侧壁来实现。例如，在过程流体法兰是圆形的实施例中，提供了仅单个侧向侧壁。

可将阀歧管耦接到法兰18的表面34以提供多个阀24、26和28以执行歧管功能。例如，阀24和26可以是隔离阀，其中这样的阀可以是闭合的以将压力传感器模块22与过程隔开，以便替换压力传感器模块22。附加地，阀28可以是均衡阀，以允许在一对过程流体端口之间的流体连通。

为了减小来自过程流体的被呈现到压力传感器模块22的表面23的热量，过程流体法兰18包括多个散热片32。散热片32通常与压力传感器模块22的表面23垂直地延伸，并且优选延伸过程流体法兰18的表面34、36之间的整个距离。附加地，优选的是，散热片32被设置在过程流体法兰18的所有四个侧向侧壁上。然而，本发明的实施例可利用若干变型来实现。例如，法兰18的一侧或多侧不需要具有散热片32；在给定侧上的散热片的数量可以变化；散热片的长度和/或宽度可以变化等。散热片32帮助提供附加的表面面积，在该表面面积处，传导自过程流体的热量可通过对流和辐射被转移到周围环境中，而不是被传导到压力传感器模块22的隔离膜。假定过程流体可以处于400°F或更高并且周围环境可以处于室温或稍微更高，则过程流体法兰18的热传递效率是显著的。

图2是根据本发明的实施例的直接安装的过程流体压力测量系统的一部分的示意图。图2更详细示出过程流体压力变送器12和共面过程流体法兰18。例如，图2示出具有穿过其中的多个孔35的若干散热片32，以便增大每个散热片32的热传递能力。如示出的，每个散热片32优选在法兰18的表面34和36之间延伸。此外，相邻的散热片优选经由向散热片32提供附加的强度的圆角或弯曲部分37接合共面过程流体法兰18。

图3是根据本发明的实施例的共面过程流体法兰的示意性透视图。共面过程流体法兰18包括被布置为耦接到具有一对共面隔离膜的过程流体压力变送器的一对过程流体端口40、42。附加地，法兰18包括被按尺寸制作以穿过安装螺栓(未示出)的多个安装孔。如图3所示，孔35大体横向穿过散热片32延伸以允许空气穿过散热片32。此外，在一些实施例中，孔35可以相互对齐，以便于制造。最后，散热片32的表面抛光可被选择为增大热传递，例如通过使散热片32的表面抛光比过程流体压力变送器12所安装的表面46的表面抛光粗糙。

图4是根据本发明的另一实施例的直接安装的过程流体压力测量系统的示意性分解图。过程压力变送器12耦接到共面过程流体法兰100，法兰100可以是包括如上文参考图1-3描述的带散热片的共面过程流体法兰的任何适当的共面过程流体法兰。法兰100优选包括排放出口以允许过程流体根据期望被排放和/或排出。共面过程流体法兰100优选耦接到多阀歧管102，歧管102被构造作为用于过程流体法兰100和过程流体压力变送器12的直接安装变送器连接件。歧管102经由构件106耦接到来自初级流量元件104的一对过程流体压力入口。构件106从歧管102延伸到初级元件104并且将来自初级流量元件104的每个端口的过程流体传送到歧管102。构件106还耦接到顶板108，顶板108优选是“压力保持/结构化”构件。顶板108具有一对端部110、112，其中每个端部具有用于驱动杆114的相应安装件。驱动杆114、116接合组件118内的协同驱动器，使得初级流量元件104以及过程压力变送器12可被升高并且离开组件118。根据本发明的实施例，顶板108包括若干垂直散热片120，散热片120将构件106中的来自过程流体的热量传递到环境。以该方式，来自过程流体的至少一些热量未被传导到过程压力变送器12，由此减小过程流体压力变送器电子器件及其隔离流体所暴露于的温度。附加地，本发明的实施例可包括顶板108和具有散热片的过程流体法兰100，以便进一步增大在高温应用中从过程流体压力变送器流出的热量。

尽管本发明的一些实施例具有与歧管整体制造的散热片，但是清楚地设想到，散热片可以是被固定到法兰或顶板的热传递组件的部分。这样的热传递组件可被栓接、被夹到或以其它方式固定到歧管上，以便提供附加的热传递。因此本发明的至少一些实施例可包括耦接到带散热片的热传递组件的已知共面过程流体法兰，以便允许较高温度工作。

尽管参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到可以在形式和细节中做出改变，而不背离本发明的精神和范围。

Claims (19)

1.一种过程流体压力测量系统，包括：

过程流体压力变送器，其具有在其表面上被布置为相互共面的一对过程流体端口，所述过程流体压力变送器被构造为测量所述一对过程流体端口之间的压差，并且通过过程通信回路提供所测量的压差的指示；

过程流体法兰，其具有被构造为安装到所述过程流体压力变送器的底部表面的第一表面，与所述第一表面相反或相对的第二表面，以及在所述第一和第二表面之间延伸的侧向侧壁；并且

其中，紧邻所述侧向侧壁布置多个散热片。

2.如权利要求1所述的过程流体压力测量系统，其中，所述第二表面被安装到阀歧管，所述阀歧管传送来自初级流量元件的一对端口的过程流体。

3.如权利要求2所述的过程流体压力测量系统，其中，所述初级流量元件是平均皮托管初级流量元件。

4.如权利要求2所述的过程流体压力测量系统，其中，所述初级流量元件是孔板。

5.如权利要求1所述的过程流体压力测量系统，其中，每个散热片从所述第一表面完整地延伸到所述第二表面。

6.如权利要求5所述的过程流体压力测量系统，其中，每个散热片在与所述过程流体压力变送器的表面垂直的方向上延伸。

7.如权利要求6所述的过程流体压力测量系统，其中，至少一个散热片包括横向地延伸穿过其中的孔。

8.一种用于将过程压力变送器耦接到过程的过程流体法兰，所述过程流体法兰包括：

被构造为安装到所述过程流体压力变送器的第一表面，所述第一表面具有被构造为将过程流体引到所述过程流体压力变送器的相应隔离膜的一对过程流体端口；

与所述第一表面相反或相对的第二表面，所述第二表面具有耦接到相应的过程流体端口的一对入口，其中所述入口被构造为接收过程流体；

在所述第一和第二表面之间延伸的至少一个侧向侧壁；以及

被布置为紧邻所述至少一个侧向侧壁的多个散热片。

9.如权利要求8所述的过程流体法兰，其中，所述至少一个侧向侧壁包括四个侧向侧壁。

10.如权利要求9所述的过程流体法兰，其中，每个散热片从所述第一表面完整地延伸到所述第二表面。

11.如权利要求8所述的过程流体法兰，其中，每个散热片在与所述过程流体压力变送器的底部表面垂直的方向上延伸。

12.如权利要求8所述的过程流体法兰，其中，每个散热片与所述过程流体法兰成整体。

13.如权利要求8所述的过程流体法兰，其中，所述散热片与所述至少一个侧向侧壁是单独的但是所述散热片耦接到所述至少一个侧向侧壁。

14.如权利要求8所述的过程流体法兰，其中，至少一个散热片包括横向地延伸穿过其中的孔。

15.一种用于将过程流体压力变送器安装到过程的组件，所述组件包括：

初级流量元件，其能够插入到过程流体管并且提供多个过程流体端口；

阀歧管；

耦接到所述阀歧管的顶板；

过程流体构件，其具有耦接到所述初级流量元件的第一端和耦接到所述顶板的第二端，所述过程流体构件被构造为将过程流体从第一端传送到第二端；并且

其中，所述顶板热耦接到所述过程流体构件并且包括多个散热片以将传导自所述过程流体构件的热量传递到周围环境。

16.如权利要求15所述的组件，还包括被安装到所述阀歧管的过程流体法兰，所述过程流体法兰具有多个排放出口以排除过程流体。

17.如权利要求16所述的组件，还包括过程流体压差变送器，所述过程流体压差变送器耦接到所述过程流体法兰以测量在所述多个过程流体端口之间的压差，并且通过过程通信回路提供所测量的压差的指示。

18.如权利要求17所述的组件，其中，所述过程流体法兰包括若干散热片。

19.如权利要求15所述的组件，其中，至少一个散热片包括横向地延伸穿过其中的孔。