CN104515642A - 压力隔离歧管 - Google Patents

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Abstract

一种隔离歧管，包括歧管本体、位于歧管本体的第一端处的过程连接件、位于歧管本体的第二端处的压力变送器连接件、穿过歧管本体的通路、隔离阀和压力限制装置。过程连接件用于将隔离歧管流体地连接至包含过程流体的过程容器或管道。压力变送器连接件用于将隔离歧管流体地连接至压力变送器。通路将过程连接件流体地连接至压力变送器连接件。隔离阀可操作以选择性地阻隔通路以将过程连接件与压力变送器连接件隔离。压力限制装置在隔离阀和压力变送器连接件之间流体地连接至通路。隔离歧管优选地可以包括位于通路内以增加通路的流阻抗的压力波阻尼器。

Description

压力隔离歧管
技术领域
本发明一般地涉及用于工业过程的隔离歧管。特别地，本发明涉及用于压力变送器的隔离歧管。
背景技术
压力变送器用于监控工业过程中使用的过程流体的压力。压力变送器包括产生作为过程流体的压力的函数的电输出的压力传感器，如输水管线、化学罐等。每个压力变送器还包括变送器电子元件，其用于接收和处理传感器的电输出，使得变送器和过程参数可以被本地或远程地监控。本地监控的变送器包括显示器，如LCD屏，其在过程变送器位置处显示电输出。远程监控的变送器包括在有线控制或监控回路或无线网络上将电输出传输至诸如控制室之类的中央监控位置的电子元件。照这样配置，可以通过在控制回路中包括自动开关、阀、泵或其它类似部件，从控制室调整过程参数。
压力变送器可以通过隔离歧管连接至将被监控的过程。歧管中的隔离阀(火隔断阀)可以关闭以将压力变送器与过程隔离，用于压力变送器的维修(如，校准)或拆除。隔离歧管还可以包括用于在维修或拆除压力变送器之前释放歧管中的任何压力的排出口。典型地，排出口包括可操作以选择性地打开或密封排出口的排放螺钉或排出阀。包括隔离阀和排出口的隔离歧管也可以被称为阻隔和排出歧管。
发明内容
本发明的一种实施例是一种隔离歧管，包括歧管本体、位于歧管本体的第一端处的过程连接件、位于歧管本体的第二端处的压力变送器连接件、穿过歧管本体的通路、隔离阀和压力限制装置。过程连接件用于将隔离歧管流体地连接至包含过程流体的过程容器或管道。压力变送器连接件用于将隔离歧管流体地连接至压力变送器。通路将过程连接件流体地连接至压力变送器连接件。隔离阀可操作以选择性地阻隔通路以将过程连接件与压力变送器连接件隔离。压力限制装置在隔离阀和压力变送器连接件之间流体地连接至通路。
本发明的另一种实施例是一种包括压力变送器和隔离歧管的压力测量系统。隔离歧管将压力变送器流体地连接至包含过程流体的过程容器或管道。隔离歧管包括歧管本体、位于歧管本体的第一端处的过程连接件、位于歧管本体的第二端处的压力变送器连接件、穿过歧管本体的通路、隔离阀和压力限制装置。过程连接件用于将隔离歧管流体地连接至过程容器或管道。压力变送器连接件用于将隔离歧管流体地连接至压力变送器。通路将过程连接件流体地连接至压力变送器连接件。隔离阀可操作以选择性地阻隔通路以将过程连接件与压力变送器连接件隔离。压力限制装置在隔离阀和压力变送器连接件之间流体地连接至通路。
本发明的又一个实施例是一种隔离歧管，包括歧管本体、位于歧管本体的第一端处的过程连接件、位于歧管本体的第二端处的压力变送器连接件、穿过歧管本体的通路、隔离阀、排出口和压力限制装置。过程连接件用于将隔离歧管流体地连接至包含过程流体的过程容器或管道。压力变送器连接件用于将隔离歧管流体地连接至压力变送器。通路将过程连接件流体地连接至压力变送器连接件。隔离阀可操作以选择性地阻隔通路以将过程连接件与压力变送器连接件隔离。排出口在隔离阀和压力变送器连接件之间流体地连接至通路。压力限制装置在隔离阀和压力变送器连接件之间流体地连接至通路。
附图说明
图1是其中使用实现本发明的隔离歧管的过程控制或监控系统的示意图。
图2是隔离歧管的透视图，图示本发明的实施例。
图3是图2中示出的隔离歧管的示意图。
具体实施方式
压力变送器通常被设计以承受远超过变送器的工作范围的过压。例如，被设计以测量高达150psi的压力变送器能够在不损坏的情况下承受高达1,500psi的过压条件。待监控的过程被认真地设计和控制，使得不应当发生超过过程变送器的过压极限的情况。然而，可能会出现使压力变送器经历远超过过程变送器的过压能力的过程现象。一种现象发生在与过程变送器接触的过程流体被密封或捕获且随后经历增加密封的过程流体的体积的温度变化时。该体积变化可能是由于过程流体在温度增加时的膨胀或过程流体随着温度降低而固化(如，水冻成冰)时的膨胀引起的。这种体积变化可以导致超过压力变送器的过压极限的压力增加。这对于由隔离歧管连接至过程的压力变送器来说是特别大的问题。一旦隔离阀关闭，则隔离歧管在排出过程流体之前经历大的温度变化，被捕获的过程流体可能膨胀并且损坏压力变送器。
本发明的实施例采用包括位于隔离阀和压力变送器连接件质之间的压力限制装置的隔离歧管克服上述问题。压力限制装置通过在被捕获的过程流体超过所连接的压力变送器的过压极限之前自动提供被捕获的过程流体可以在其中膨胀的体积而限制隔离阀中的压力。压力限制装置例如是体积膨胀补偿器或减压阀。
可能使压力变送器经历超过过程变送器的过程或过压能力的设计的另一种现象是流体锤。这是由例如通过快速地打开和关闭阀引起的过程流体流的突然停止或启动形成的压力脉冲。典型地，源自流体锤的压力脉冲仅持续数毫秒，但压力脉冲的大小可能超过所连接的压力变送器的过压极限。此外，流体锤还可能引起会在流体中形成破坏性冲击波的气穴现象。
除了解决捕获流体问题之外，本发明的一些实施例还通过在隔离歧管内包括压力波阻尼器克服流体锤问题。压力波阻尼器增加通过隔离歧管的流阻抗，降低压力脉冲可以通过隔离歧管到达压力变送器的速率，因此减小压力脉冲的大小。压力波阻尼器例如可以是用于通过过程流体的由烧结金属制成的多孔过滤介质或具有小直径孔的喷嘴。
实现本发明的隔离歧管容易安装和使用，并且为所连接的压力变送器自动提供避免被捕获在隔离歧管内的过程流体的体积膨胀的过压保护。通过包括压力波阻尼器，还自动为压力变送器提供避免流体锤的附加保护。
图1是其中使用实现本发明的隔离歧管的过程控制或监控系统的示意图。过程控制或监控系统10包括隔离歧管12、压力变送器14、脉冲管线16、支撑件18、控制或监控回路20、控制室22和过程容器24。虽然过程容器24被图示为罐，但它也可以是包含过程流体的多种过程容器或管道中的任一种，包括：过程管道、储存罐、热交换器、锅炉、分裂蒸馏塔、炉或反应器。在该实施例中，隔离歧管12通过脉冲管线16流体地连接至过程容器24，并流体地连接至压力变送器14。压力变送器14由支撑件18保持在合适的位置中，如图所示，支撑件18可以连接至过程容器24。控制或监控回路20将压力变送器14连接至控制室22。压力变送器14包括压力传感器和变送器电路，变送器电路用于基于过程流体的检测压力产生电信号。压力变送器14还包括其它电气元件，其用于在控制或监控回路20上将电信号传送至控制室22或诸如LCD屏的本地显示器，或控制室22和本地显示器二者。如参照图2讨论的那样，隔离歧管12包括压力限制装置，压力限制装置通过自动提供被捕获的过程流体在其中可以膨胀的体积来限制隔离歧管中的压力。
在一个实施例中，压力变送器14是用于在4-20mA回路上运行的二线式变送器。在这种实施例中，控制或监控回路20包括用于从控制室22给过程变送器14供电的一对电线。控制或监控回路20还使得控制室22能够传输数据至压力变送器14和从压力变送器14接收数据。控制或监控回路20上的通信可以是下述形式：在4mA和20mA之间变化的模拟电流电平、其中在4-20mA电流上调制数字信息的通信协议或数字总线上的Fieldbus或Profibus通信协议。在其它实施例中，压力变送器14在采用诸如无线HART(IEC62951)之类的无线协议的无线网络上与控制室22通信。
图2是隔离歧管12的透视图，其图示本发明的实施例。隔离歧管12包括歧管本体30、过程连接件32、压力变送器连接件34、隔离阀36、排出阀38和压力限制装置42。图3是图2中示出的隔离歧管的示意图。如图3所示，隔离歧管12还包括排出口40和通路44。
一起考虑图2和3，过程连接件32位于歧管本体30的第一端处，压力变送器连接件34位于歧管本体30的第二端处，并且通路44将过程连接件32流体连通至过程变送器连接件34。根据该实施例，隔离阀36可以被操作以选择性地阻隔通路44以将压力变送器连接件34与过程连接件32隔离。压力限制装置42在隔离阀36和过程变送器连接件34之间流体地连接至通路44。排出口40在隔离阀36和过程变送器连接件34之间流体地连接至通路44。排出阀38流体地连接至排出口40并且可操作以选择性地打开排出口40。
一起考虑图1，2和3，在操作中，排出阀38被操作以关闭排出口40。隔离阀36被操作以打开通路44，使得压力变送器14通过脉冲管线16和隔离歧管12中的通路44检测过程容器24的过程压力。压力限制装置42流体地连接至通路44，但通常在正常操作期间不启动，因为过程容器24的过程压力通常被控制为使得它远低于压力变送器14的过压极限。
当希望取出损坏的压力变送器14时，隔离阀36被操作以阻隔通路44。这将过程连接件32与过程变送器连接件34隔离，因此将压力变送器14与脉冲管线16和过程容器24隔离。通过操作排出阀38打开排出口40，可以释放通路44内的过程流体压力。
在一些情况中，例如，由于排出阀38因疏忽未被操作以打开排出口40，或者排出口40包括因疏忽未被去除的塞子(未示出)，过程流体可能被捕获在通路44内。被如此捕获在通路44内的过程流体的体积例如由于温度变化而增加，导致被捕获的过程流体的压力增加。当压力增加到压力变送器14的工作范围之外时，但在达到压力变送器14的过压极限之前，压力限制装置42自动操作以防止被捕获的过程流体压力进一步增加。压力限制装置42通过在被捕获的过程流体超过压力变送器14的过压极限之前自动提供被捕获的过程流体可以在其中膨胀的体积而限制隔离阀中的压力。
压力限制装置42例如可以是体积膨胀补偿器，其提供被捕获的过程流体在其中可以抵抗已知压力膨胀的控制体积。体积膨胀补偿器本质上是包含在将过程流体与大量加压惰性气体隔开的柔性隔膜内的压力保护结构。通过调整或填充惰性气体体积至目标压力，体积膨胀补偿器能够适应过程流体的在过程流体压力增加在目标水平以上时的增加体积。柔性隔膜被选择，使得其不与过程流体反应，并且能够在预期的温度范围内保持弹性。这种装置是商业上可获得的，并且也可以称为热膨胀补偿器。
可替换地，压力限制装置42可以是减压阀，并且被捕获的过程流体可以膨胀到隔离歧管12周围的非控制体积中，或者膨胀到连接至减压阀的出流的控制体积中。在任何情况中，压力限制装置42被校准以在达到压力变送器14的过压极限之前自动提供压力释放，因此保护压力变送器14免受由于隔离歧管12内被捕获的过程流体的膨胀引起的损坏。
如上所述，除了被捕获的过程流体问题，可能使压力变送器经历超过过程变送器14的过压能力的压力的另一个现象是流体锤。压力限制装置42通过吸收损坏性的压力脉冲的一些影响还可以为过程变送器14避免流体锤提供一定的保护。然而，源自流体锤的压力脉冲仅持续数毫秒，并且压力限制装置42的自动操作可能不能在这样短的时间周期内做出反应。
图3的实施例通过包括用于减少流体锤的损坏影响的压力波阻尼器46进一步保护过程变送器14。如图3所示，隔离歧管12优选地包括位于通路44内的压力波阻尼器46。压力波阻尼器46增加通过隔离歧管12的流阻抗，降低压力脉冲可以通过通路44的速率和减小压力脉冲的大小。压力波阻尼器46增加通过通路44的流阻抗，降低压力脉冲可以通过隔离歧管12到达压力变送器14的速率，因此减小压力脉冲的大小。压力波阻尼器46例如可以是将过程流体流限制到具有小于通路44的直径的孔口的由烧结金属制成的多孔过滤介质或喷嘴。
如图3所示，压力波阻尼器46设置在通路44的位于过程连接件32和隔离阀36之间的部分中。虽然该位置便于组装隔离歧管12以包括压力波阻尼器46，但将会理解，本发明的实施例包括具有位于通路44内的任何位置处的压力波阻尼器46的实施例，只要压力波阻尼器46增加过程连接件32和压力变送器连接件34之间的流阻抗。
虽然上述实施例被图示用于联机压力变送器中使用的隔离歧管，但本领域技术人员将会理解，本发明包括用于压差变送器的隔离歧管实施例。此外，虽然上述实施例被示出具有排出阀(有时称为两阀配置)，但将会理解，本发明包含包括代替排出阀的排放螺钉的实施例(有时称为阻隔-排出结构)。
本发明的实施例通过在隔离阀和压力变送器之间的隔离歧管中包括压力限制装置而克服了由于所连接的隔离歧管内捕获的体积的膨胀引起的对压力变送器的损坏的问题。压力限制装置通过在被捕获的过程流体超过所连接的压力变送器的过压极限之前自动提供被捕获的过程流体可以在其中膨胀的体积而限制隔离阀中的压力。实现本发明的隔离歧管容易安装和使用，因此不需要附加的训练或动作来提供对由被捕获的过程流体引起的损坏的保护。
本发明的一些实施例还通过在隔离歧管内包括压力波阻尼器而防止由于流体锤对过程变送器的损坏。压力波阻尼器增加通过隔离歧管的流阻抗，降低压力脉冲可以通过隔离歧管到达压力变送器的速率，因此减小压力脉冲的大小。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但本领域技术人员将会理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可以进行多种变化，并且可以用等同物替换其元件。此外，在不偏离本发明的范围的情况下，可以进行多种修改，以使特定情况或材料适合本发明的教导。因此，意图是本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入随附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种隔离歧管，包括：
歧管本体；
位于歧管本体的第一端处的过程连接件，用于将隔离歧管流体地连接至包含过程流体的过程容器或管道；
位于歧管本体的第二端处的压力变送器连接件，用于将隔离歧管流体地连接至压力变送器；
穿过歧管本体的通路，用于将过程连接件流体地连接至压力变送器连接件；
隔离阀，可操作以选择性地阻隔通路以将过程连接件与压力变送器连接件隔离；和
压力限制装置，在隔离阀和压力变送器连接件之间流体地连接至所述通路。
2.根据权利要求1所述的隔离歧管，还包括：
位于通路内以增加通路的流阻抗的压力波阻尼器。
3.根据权利要求2所述的隔离歧管，其中压力波阻尼器包括由烧结金属制成的多孔过滤介质。
4.根据权利要求2所述的隔离歧管，其中压力波阻尼器包括将过程流体流限制到具有小于所述通路的直径的孔口的喷嘴。
5.根据权利要求1所述的隔离歧管，还包括：
在隔离阀和压力变送器连接件之间流体地连接至所述通路的排出口。
6.根据权利要求5所述的隔离歧管，还包括：
流体地连接至排出口并且可操作以选择性地打开排出口的排放螺钉。
7.根据权利要求5所述的隔离歧管，还包括：
流体地连接至排出口并且可操作以选择性地打开排出口的排出阀。
8.根据权利要求1所述的隔离歧管，其中压力限制装置是体积膨胀补偿器。
9.根据权利要求1所述的隔离歧管，其中压力限制装置是减压阀。
10.一种压力测量系统，包括：
压力变送器；和
将压力变送器流体地连接至包含过程流体的过程容器或管道的隔离歧管，该隔离歧管包括：
歧管本体；
位于歧管本体的第一端处的过程连接件，用于将隔离歧管流体地连接至过程容器或管道；
位于歧管本体的第二端处的压力变送器连接件，用于将隔离歧管流体地连接至压力变送器；
穿过歧管本体的通路，将过程连接件流体地连接至压力变送器连接件；
隔离阀，可操作以选择性地阻隔通路以将过程连接件与压力变送器连接件隔离；和
压力限制装置，在隔离阀和压力变送器连接件之间流体地连接至所述通路。
11.根据权利要求10所述的压力测量系统，其中隔离歧管还包括：
位于所述通路内以增加通路的流阻抗的压力波阻尼器。
12.根据权利要求10所述的压力测量系统，其中隔离歧管还包括：
在隔离阀和压力变送器连接件之间流体地连接至所述通路的排出口。
13.根据权利要求12所述的压力测量系统，其中隔离歧管还包括：
流体地连接至排出口并且可操作以选择性地打开排出口的排放螺钉。
14.根据权利要求12所述的压力测量系统，其中隔离歧管还包括：
流体地连接至排出口并且可操作以选择性地打开排出口的排出阀。
15.根据权利要求10所述的压力测量系统，其中压力限制装置是体积膨胀补偿器。
16.根据权利要求10所述的压力测量系统，其中压力限制装置是减压阀。
17.一种隔离歧管，包括：
歧管本体；
位于歧管本体的第一端处的过程连接件，用于将隔离歧管流体地连接至包含过程流体的过程容器或管道；
位于歧管本体的第二端处的压力变送器连接件，用于将隔离歧管流体地连接至压力变送器；
穿过歧管本体的通路，用于将过程连接件流体地连接至压力变送器连接件；
隔离阀，可操作以选择性地阻隔所述通路以将过程连接件与压力变送器连接件隔离；
排出口，在隔离阀和压力变送器连接件之间流体地连接到所述通路；和
压力限制装置，在隔离阀和压力变送器连接件之间流体地连接至所述通路。
18.根据权利要求17所述的隔离歧管，还包括：
位于所述通路内以增加通路的流阻抗的压力波阻尼器。
19.根据权利要求17所述的隔离歧管，还包括下述两种部件中的至少一种：
流体地连接至排出口并且可操作以选择性地打开排出口的排放螺钉；和
流体地连接至排出口并且可操作以选择性地打开排出口的排出阀。
20.根据权利要求17所述的隔离歧管，其中压力限制装置是体积膨胀补偿器和减压阀中的至少一种。
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