CN105021236B

CN105021236B - 流量计

Info

Publication number: CN105021236B
Application number: CN201510097964.7A
Authority: CN
Inventors: 康纳德·罗伯特·韦尔哈根; 查德·安德鲁·施特弗; 弗雷德·夏特尔; 迈克·赫林; 达雷尔·科尔曼; 保罗·斯奈德; 乔·雷恩
Original assignee: Dieterich Standard Inc
Current assignee: Dieterich Standard Inc
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2020-06-05
Anticipated expiration: 2035-03-05
Also published as: JP2017511486A; US9459126B2; CN105021236A; JP6435345B2; EP3132233B1; US20150300850A1; WO2015160551A1; EP3132233A1

Abstract

一种流量计包括计量部，所述计量部由单种材料形成并且包括第一内管道部、第二内管道部和被限定在第一内管道部和第二内管道部之间的孔板，其中，孔板具有孔口，该孔口的横截面面积比第一内管道部的横截面面积小。流量计还包括第一管道连接部，所述第一管道连接部被连接到计量部的第一侧并且具有管道法兰；以及第二管道连接部，所述第二管道连接部被连接到计量部的第二侧并且具有第二管道法兰。

Description

流量计

相关申请的交叉引用

本发明基于2014年4月16日提交的美国临时专利申请No.61/980,176并且要求该申请的优先权，该申请的内容通过引用全部纳入此文。

技术领域

下述的实施例涉及过程控制装置。尤其是，这些实施例涉及用在过程环境中的流量计。

背景技术

在过程控制环境中，监测流过过程系统中的多个管道的流体的量是有利的。已经开发多种技术以测量流量，例如，包括机械流量计、基于压力的流量计、光学流量计、涡流流量计、电磁流量计、超声流量计以及科里奥利流量计。

机械流量计将物理元件放在响应于流体流动而移动的流体流中。机械流量计的一个示例是涡轮流量计，在该涡轮流量计中，涡轮转子被设置在流体流的路径中，该流体流将力施加到转子的叶片表面上以使得涡轮转动，转子转动的速度指示流体流动的速度。

在涡流流量计中，阻流体被引入到流体流中，并且在阻流体之后形成漩涡的频率被用作流体流的测量。在一些涡流流量计中，使用测量与涡流相关的压力改变的压力传感器测量涡流。

在超声波流量计中，超声波信号在流体流动的上游和下游方向穿过导管。超声波信号穿过上游和下游的速度之差被用于计算流体流量。

在基于压力的流量计中，沿导管中的一个或多个点的压力被用于确定流体的流量。很多基于压力的流量计在流体流中引入了一个限制并且检测在该限制之前的压力和在该限制之后或之中的压力。基于压力的流量计的一个示例使用带有穿透该板的一个孔或多个孔的孔板。在此流量计中，压差传感器被用于检测孔板之前和之后的压力差。

上述的讨论仅仅提供为用于总体的背景信息并且不旨在用作帮助确定要求保护的主题的范围。要求保护的主题不限于解决背景技术中提及的一些缺点或全部缺点的实施例。

发明内容

一种流量计包括计量部，所述计量部由单种材料形成并且具有第一内管道部、第二内管道部和被限定在第一内管道部和第二内管道部之间的孔板，其中，孔板具有孔口，该孔口的横截面比第一内管道部的横截面小。流量计还包括第一管道连接部，所述第一管道连接部被连接到计量部的第一侧并且具有管道法兰；以及第二管道连接部，所述第二管道连接部被连接到计量部的第二侧并且具有第二管道法兰。

流量计的另一实施例包括计量部，所述计量部由单件材料加工而成以形成第一焊接肩部、第二焊接肩部、在第一焊接肩部处形成开口的第一导管、在第二焊接肩部处形成开口的第二导管以及第一导管和第二导管之间的孔板。

一种方法包括机加工单体材料以形成：第一侧上的第一螺纹孔；与第一侧相反的第二侧上的第二螺纹孔；第三侧上的第一管道部；与第三侧相反的第四侧上的第二管道部；以及第一管道部和第二管道部之间的孔板。

该总结和摘要被提供从而以简化的形式提供概念的选择，该概念在下文的详细说明中将被进一步说明。该总结和摘要不旨在识别要求保护的主题的管件特征部或基本特征部，而是它们旨在用于帮助确定要求保护的主题的范围。

附图说明

图1是流量控制环境的一部分的方框图。

图2是根据一个实施例的流量计的立体图。

图3是图2的流量计的右视图。

图4是图2的流量计的左视图。

图5是图2的流量计的俯视图。

图6是图2的流量计的仰视图。

图7是图2的流量计的主视图。

图8是图2的流量计的后视图。

图9是图2的流量计的剖视图。

图10是示出可以使用图2的流量计测量的用于多个比压的液氮的流量范围的图形。

图11是使用用于液氮的图2的流量计而测量的根据用于0.1367的比压的流量的压差值的图形。

具体实施方式

下述的实施例提供了一种流量计，该流量计能够用于提供低温流体的精确流量测量，该低温流体位于流量计易受振动影响的环境中。该流量计在测量流过诸如直径为一英寸的导管的较小导管的流体流量时以及测量低流量时尤其有效。

同时，在小管线尺寸、低流量、低流动速率、低温环境下不出现故障地测量流体流量是极度困难的。例如，使用压缩在两个法兰之间的孔板的流量计缺乏在小直径导管中测量低流量低温流体而所需的精度。该误差的首要原因认为是由于两个法兰之间的孔板的手工定位导致在导管中的孔板的孔口定位出现偏心。随着管线尺寸减小，该偏心对所测量的压力以及因此所测量的流量变得更加明显。另外，被压缩在两个法兰之间的孔板被垫圈保持在正确位置，该垫圈在被暴露向低温时变得易碎并且最终不能适当地密封。

涡流流量计已经被用于低温环境，但是在尺寸为一英寸的管线中在低流量/低流速的应用中不能提供精确的测量。超声波流量计已经被用在低温环境中，但是已经发现只有在尺寸为四英寸或以上的管线中才是精确的。涡轮流量计包括大量移动部件，该移动部件在低温环境下易出现故障。这些故障典型地是叶片破损或者球轴承组件破裂。

低温流量计由于流量计的低热质量也易于不精确。当计量部的一部分被暴露向诸如洒落在计量部的仅仅一部分上的阳光的局部热源时，此种低热质量导致沿着计量部的不均匀的温度分布。计量部上的不均匀的温度分布可以导致计量部上的不均匀相变，从而导致流量精度的降低。

根据一示例性实施例，图1提供了包括流量计102、压力变送器104和控制室140的过程控制系统100的一部分的方框图。流量计102使用法兰配合件110和112被安装到导管106和108。过程流体流自导管108、流经流量计102流入到导管106中。流量计102包括两个螺纹锐孔(threaded tap)，螺纹锐孔容纳相应的通用毛细管配合件114和116。毛细管配合件114和116将相应的毛细管118和120连接到流量计102。两个螺纹锐孔与相应的机加工在流量计102中的相应的角锐孔流体连通、还与也被机加工到流量计102中的位于孔板的每一侧上的一个角锐孔流体连通。结果，毛细管118与孔板的一侧流体连通，并且毛细管120与孔板的相对侧流体连通。在其他实施例中，通用毛细管配合件114和116包括密封隔膜，该密封隔膜将毛细管118和120中的填充流体与流量计102中的过程流体隔离。

毛细管118包含流体，该流体可以是过程流体或填充流体，该流体将孔板的一侧的过程流体的压力传递到压力变送器104的隔膜124。毛细管120也包含流体，该流体可以是过程流体或填充流体，该流体将孔板的相对侧的过程流体的压力传递到压力变送器104的隔膜122。隔膜122和124的相对侧被连接到相应的填充有填充流体的毛细管126和128。隔膜122和124的响应于毛细管118和120中的流体的压力的偏转导致压力被传递到毛细管126和128中的填充流体。毛细管126的填充流体和毛细管128的填充流体之间的压差被压差传感器130检测到。传感器130向电路元件138提供传感器值，该电路元件138使用传感器值以产生被传递到控制室140的一个或多个过程变量。过程变量可以例如包括静态压力值、压差值、流量、体积流量、质量流量的一个或多个。过程变量可以经由诸如两个导线过程环(twowire process loop)142的有线通信路径而被传递、或者可以使用无线通信路径而被传递到控制室140。

根据多个实施例，图2-9分别提供流量计102的立体图、右视图、左视图、俯视图、仰视图、主视图、后视图和剖视图。流量计102包括计量部200、第一管道连接部202和第二管道连接部204。计量部200包括中心主体206、计量部200的一侧上的第一焊接肩部208和计量部200的相对侧上的第二焊接肩部210。也称为第一管道配合部或第一法兰部的第一管道连接部202在对接焊接部212处被焊接到第一焊接肩部208。也称为第二管道配合部或第二法兰部的第二管道连接部204在对接焊接部214处被焊接到第二焊接肩部210。

如图9所示，计量部200包括也被称为第一导管或第一管道部的第一内管道部214，以及也被称为第二导管或第二管道部的第二内管道部216。第一内管道部214与第二内管道部216通过包括孔口220的孔板218而被分开，该孔口220具有比内管道部214和216的横截面小的横截面。具体地，孔口220的直径226比内管道部214的内径222小并且比内管道部216的内径224小。可以领会到孔板218可以包括单个孔口构造或多个孔口构造。第一内管道部214从焊接肩部208的开口215延伸到孔板218的一侧，并且第二内管道部216从焊接肩部210的开口217延伸到孔板218的另一侧。

第一管道连接部202包括导管228、以及在对接焊接部232处被焊接到导管228的安装法兰或管道法兰230。导管228包括内径234，该内径234在一个实施例中与第一内管道部214的内径222相同。管道法兰230包括具有内径238的内管道部236，该内径238在一个实施例中与导管228的内径234相同。管道法兰230包括密封表面240，当管道法兰230被连接到诸如图1的导管108的导管上的管道法兰时，该密封表面240可以被压缩。导管228具有长度242，该长度242足以在流体到达孔板218之前调整该流体。

第二管道连接部204包括第二管道法兰250和具有内径254的内管道部252，该内径254根据一个实施例与第二内管道部216的内径224相同。管道连接部204也包括密封表面256，当法兰250被连接到诸如图1的导管106的导管上的配合法兰时，该密封表面256可以被压缩以形成密封。管道连接部204不包括诸如第一管道连接部202的导管228的导管，并且结果具有比第一管道连接部202小的长度。因为流体在孔板之后不需要被调整，所以在第二管道连接部204中不需要导管。

计量部200的中心主体206在中心主体206的相对两侧上也包括两个螺纹锐孔(threaded tap)或孔260和262。根据一个实施例，螺纹锐孔或孔260和262的尺寸规定为容纳通用毛细管安装件。角锐孔264(corner tap)被加工在锐孔260的底部266中以提供锐孔260和内管道部214之间的流体连通。类似地，角锐孔266被加工在螺纹锐孔或孔262的底部270中以提供螺纹锐孔262和内管道部216之间的流体连通。根据一个实施例，角锐孔264被直接定位成靠近孔板218，并且角锐孔268被定位成直接靠近孔板218的相对侧。

根据一个实施例，通过选择性地去除材料以形成内管道部214和216、肩部208和210、螺纹孔260和262、角锐孔264和268以及孔板218的孔口220，计量部200由单种材料或单件材料加工而成。注意到通过去除材料以形成内管道部214和216同时保留限定孔板218的计量部200的部分完好无损而形成孔板218。另外，计量部200被加工成使得中心主体206具有大于焊接肩部208和210的外径272和274的外径270(图4)。中心主体206的较大直径提供额外的材料，该材料可以被加工以形成孔260和262。另外，增加的直径向计量部200提供额外的热质量，从而使得计量部200的热质量足够大以确保流过计量部200的单相流。另外，计量部200的质量足够大以抑制惯性振动，该惯性振动与来自于液罐卡车的卸下低温流体有关并且另外影响由压力变送器104中的传感器130所确定的压力读数。根据一个实施例，计量部200具有至少大约5.8磅或2631克的质量。

因为计量部200由单件材料加工而成，所以它不包括在低温环境中将变得易碎的任何弹性垫圈。此外，计量部200不包括在低温条件下易于出现故障的任何移动部件。另外，因为焊接部从导管的外径延伸到内径238、234、232、222、224和254，所以使用对接焊接部212、214和232，降低了焊接故障发生的可能性。

根据一个实施例，所有的流量计102由相同的材料形成，从而流量计的所有的元件在温度下均匀地膨胀和收缩。在多数实施例中，材料可以满足低温需求，从而材料在低至至少-325°F时具有优越的性能。根据一个实施例，“316”不锈钢被用于形成流量计102。根据另一实施例，流量计102由Special Metals Corporation生产的

产品形成，由此保证在氧气的环境下不会燃烧的锋利的边缘。

产品(合金400)是具有低燃烧热的可容易获得的材料。合金400难以点燃并且难以燃烧。铜和许多青铜合金对于氧气环境是更好的材料选择，然而，这些材料性能不满足用于孔技术的要求。最不易点燃的材料是铜合金和镍铜合金。

产品主要由镍和铜组成。此外，上述的材料在氧气环境下也具有最低的燃烧速率。

由于流量计102的大质量、缺少移动部件和垫圈、以及其对接焊接结构，所以它是结实的并且在严酷的环境下表现优良，该严酷环境包括该流量计被放置在用于低温测量的滑道上。另外，因为锐孔和孔被加工在计量部200中，所以通道锐孔的位置对于现场的管道错误不敏感。

流量计102可以被加工成用于多个范围的流体流量，该流体流量包括低流体流量和低流体流速，同时维持相同的内管道直径222和224。尤其是，孔220的直径226可以被改变以提供不同的比压(直径226和直径222的比值)

图10提供了在竖轴1000上示出流量的图形，该流量用于在横轴1002上示出5个不同的比压。对个各个比压，示出了三个独立的用于液氮的压差。图形1004表示2英寸的水的压差值，图形1006表示25英寸的水的压差，并且图形1008表示250英寸的水的压差。五个比压是现存的高温流量计所提供的标准尺寸。图形1004和1008之间的压差范围表示在很多压力变送器中发现的100_∶1的压差调节比。其他变送器可以具有150∶1或200∶1的压差调节比。在该变送器中，可以使用更广泛的压差范围并且因此可以检测更宽范围的流体流量。

图11提供了示出在横轴1102上示出的压差和在竖轴1100上示出的液氮流量的关系的图1104，该液氮流量根据具有0.1367的比压的孔板上的压差1102而确定。在图11中，假定满刻度是1.35USGPM以及最小值是0.05USGPM时考虑到27∶1的单一比压下的流体的整个范围，0.25的压差被认为是用于精确测量的较低极限值。

虽然上述已经说明了用于低温应用的流量计102，但是流量计102可以被用在高压应用中、泄漏点的减少非常重要的应用中、核环境中、高温应用中、具有快速温度循环的应用中、需要海底压力的应用中以及流体流喷射的应用中。另外，虽然单一孔口被示出孔板中，但是在其他实施例中，可以展现多个孔口。另外，虽然锐孔260和262由镗孔或机加工的计量部200形成，但是在其他实施例中，法兰锐孔可以被添加到中心主体206的外部以提供用于将通用毛细管安装件连接到流量计102的装置。

虽然在上述附图中示出了单一尺寸管线，但是流量计102可以由不同尺寸的多个管线组成。

虽然实施例已经示出或者描述为上述的多个单独的实施例，但是各个实施例的一部分可以与上述的其他实施例的全部或一部分组合。

虽然已经以结构特征部和/或方法步骤所特有的语言描述了主题，但是应当理解在所附权利要求中限定的主题没有必要限定于上述的特定特征部或步骤。然而，上述的特定的特征部和步骤被描述为用于执行权利要求的示例形式。

Claims

1.一种用于低温流体的流量计，包括：

计量部，所述计量部由单种材料形成并且包括第一内管道部；第二内管道部以及被限定在第一内管道部和第二内管道部之间的孔板；中心主体；位于中心主体的第一侧的第一焊接肩部和位于中心主体的第二侧的第二焊接肩部，其中，孔板具有孔口，该孔口的横截面面积小于第一内管道部的横截面面积；

第一管道连接部，所述第一管道连接部具有焊接到第一焊接肩部的第一端和包括第一法兰的第二端；以及

第二管道连接部，所述第二管道连接部具有焊接到第二焊接肩部的第一端和包括第二法兰的第二端，

其中，中心主体具有圆柱形外表面，并且中心主体的外径大于第一焊接肩部和第二焊接肩部的外径，使得计量部具有确保单相流体流过计量部的热质量以及计量部具有足够大的质量以抑制与来自于液罐卡车的卸下低温流体有关的惯性振动。

2.根据权利要求1所述的流量计，其中，第一焊接肩部被对接焊接到第一管道连接部，并且第二焊接肩部被对接焊接到第二管道连接部。

3.根据权利要求1所述的流量计，其中，流量计在孔板的第一侧还包括第一螺纹锐孔。

4.根据权利要求3所述的流量计，其中，流量计在孔板的第二侧还包括第二螺纹锐孔。

5.根据权利要求4所述的流量计，其中，第一螺纹锐孔通过第一角锐孔与第一管道部流体连通，并且第二螺纹锐孔通过第二角锐孔与第二管道部流体连通。

6.根据权利要求1所述的流量计，其中，第一法兰部具有比第二法兰部的长度长的长度。

7.根据权利要求1所述的流量计，其中，计量部还包括位于计量部的相反两侧的两个螺纹锐孔。

8.根据权利要求1所述的流量计，其中，第一内管道部在第一焊接肩部处形成开口，第二内管道部在第二焊接肩部处形成开口。

9.一种制造用于低温流体的流量计的方法，包括如下步骤：

加工单件材料以形成：

第一侧上的第一螺纹孔；

与第一侧相反的第二侧上的第二螺纹孔；

第三侧上的第一管道部；

与第三侧相反的第四侧上的第二管道部；

位于第一管道部和第二管道部之间的孔板；中心主体，该中心主体具有第一外半径且第一螺纹孔和第二螺纹孔形成在中心主体中；

第一焊接肩部，第一焊接肩部位于中心主体的一侧且具有比第一外半径小的外半径且围绕第一管道部；以及

第二焊接肩部，第二焊接肩部位于中心主体的另一侧且具有比第一外半径小的外半径，第二焊接肩部围绕第二管道部；

将第一管道配合部焊接到第一焊接肩部，该第一管道配合部在远离第一焊接肩部的端部处包括第一法兰；以及

将第二管道配合部焊接到第二焊接肩部，该第二管道配合部在远离第二焊接肩部的端部处包括第二法兰，

10.根据权利要求9所述的方法，其中，加工单件材料的步骤还包括从第一螺纹孔的底部到第一管道部形成第一角锐孔，并且从第二螺纹孔的底部到第二管道部形成第二角锐孔。