CN110462346A - 用于使用流量限制器及上游压力测量值和下游压力测量值来产生推断性过程流量测量值的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种方法，该方法包括获得(704)与通过流量限制器(202)的流体相关联的压力测量值，其中压力测量值识别来自流量限制器上游和下游的压力。该方法还包括基于压力测量值生成(706)估计流量测量值。该方法还包括将估计流量测量值和由流体耦接到流量限制器的流量计(210)生成的实际流量测量值进行比较(708)。此外，该方法包括基于比较结果确定(710)是否存在问题。流量限制器可以为流体提供固定限制或可变限制。与流量限制器相关联的总损失系数可以用于生成估计流量测量值。

Description

用于使用流量限制器及上游压力测量值和下游压力测量值来 产生推断性过程流量测量值的装置和方法
相关申请的交叉引用和优先权要求
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求提交于2017年3月23日的美国临时专利申请号62/475,765的优先权。该临时申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本公开整体涉及测量工业过程控制和自动化系统或其他系统中的流体流量。更具体地，本公开涉及用于使用流量限制器及上游压力测量值和下游压力测量值来产生推断性过程流量测量值的装置和方法。
背景技术
流量计在各个行业中用于测量通过管道或其他结构的材料的流量。例如，成百上千个流量计可以用于测量石油和天然气精炼厂、化工厂或其他大型工业设施中的材料的流量。除了别的之外，来自流量计的测量值可以用于帮助控制工业过程，确保人员安全，并防止材料排放到周围环境中。流量计的失效可以造成工业过程的中断，导致安全问题的产生，或者使得环境破坏。
发明内容
本公开提供了用于使用流量限制器及上游压力测量值和下游压力测量值来产生推断性过程流量测量值的装置和方法。
在第一实施方案中，方法包括获得与通过流量限制器的流体相关联的压力测量值，其中压力测量值识别来自流量限制器上游和下游的压力。该方法还包括基于压力测量值生成估计流量测量值。该方法还包括将估计流量测量值和由流体耦接到流量限制器的流量计生成的实际流量测量值进行比较。此外，该方法包括基于比较结果确定是否存在问题。
在第二实施方案中，装置包括至少一个处理设备，该至少一个处理设备被配置为获得与通过流量限制器的流体相关联的压力测量值，其中压力测量值识别来自流量限制器上游和下游的压力。至少一个处理设备还被配置为基于压力测量值生成估计流量测量值。至少一个处理设备被进一步配置为将估计流量测量值和由流体耦接到流量限制器的流量计生成的实际流量测量值进行比较。此外，至少一个处理设备被配置为基于比较结果确定是否存在问题。
在第三实施方案中，非暂态计算机可读介质包含指令，这些指令在被执行时造成至少一个处理设备获得与通过流量限制器的流体相关联的压力测量值，其中压力测量值识别来自流量限制器上游和下游的压力。该介质还包含指令，这些指令在被执行时造成至少一个处理设备基于压力测量值生成估计流量测量值。该介质还包含指令，这些指令在被执行时造成至少一个处理设备将估计流量测量值和由流体耦接到流量限制器的流量计生成的实际流量测量值进行比较。此外，该介质包含指令，这些指令在被执行时造成至少一个处理设备基于比较结果确定是否存在问题。
从以下附图、描述和权利要求中，本领域的技术人员可容易地清楚其他技术特征。
附图说明
为了更完整地理解本公开，现在参考以下结合附图来进行的描述，在附图中：
图1示出了根据本公开的示例性工业过程控制和自动化系统；
图2示出了根据本公开的使用流量限制器及上游压力测量值和下游压力测量值来支持推断性过程流量测量值的示例性系统；
图3示出了根据本公开的用于使用流量限制器及上游压力测量值和下游压力测量值来产生推断性过程流量测量值的示例性设备；
图4示出了根据本公开的用于计算估计流量测量值的示例性方法；
图5和图6示出了根据本公开的通过使用流量限制器及上游压力测量值和下游压力测量值产生推断性过程流量测量值而获得的示例性结果；并且
图7示出了根据本公开的用于使用流量限制器及上游压力测量值和下游压力测量值来产生推断性过程流量测量值的示例性方法。
具体实施方式
图1至图7，下文所讨论，以及用于描述本发明在该专利文献中的原理的各种实施方案仅以例证的方式进行，并且不应理解为限制本发明的范围。本领域的技术人员将理解，本发明的原理可在任何类型的合适布置的设备或系统中来实现。
图1示出了根据本公开的示例性工业过程控制和自动化系统100。如图1所示，系统100包括有利于生产或加工至少一种产品或其他材料的各种部件。例如，系统100可用于有利于对一个或多个工业厂房中的部件的控制。每个工厂表示一个或多个加工设施(或其一个或多个部分)，诸如用于生产至少一种产品或其他材料的一个或多个制造设施。一般来说，每个工厂可实现一个或多个工业过程并且能够单独地或共同地称为过程系统。过程系统通常表示被配置为以某种方式加工一种或多种产品或其他材料的其任何系统或部分。
在图1中，系统100包括一个或多个传感器102a和一个或多个致动器102b。传感器102a和致动器102b表示过程系统中可执行各种各样的功能中的任一种功能的部件。例如，传感器102a可测量过程系统中的各种各样的特性，诸如流量、压力或温度。另外，致动器102b可以改变过程系统中的各种各样的特性，诸如阀开度。传感器102a中的每个传感器包括用于测量过程系统中的一个或多个特性的任何合适的结构。致动器102b中的每个致动器包括用于对在过程系统中的一个或多个条件进行操作或影响的任何合适的结构。
至少一个网络104耦接到传感器102a和致动器102b。网络104有利于与传感器102a和致动器102b的交互。例如，网络104可传输来自传感器102a的测量数据并向致动器102b提供控制信号。网络104可以表示任何合适的网络或网络的组合。作为特定示例，网络104可表示至少一个以太网网络(诸如支持基金会现场总线协议的以太网网络)、电信号网络(诸如HART网络)、气动控制信号网络或任何其他或附加类型的一个或多个网络。
系统100还包括各种控制器106。控制器106可在系统100中使用以执行各种功能以便控制一个或多个工业过程。例如，第一组控制器106可使用来自一个或多个传感器102a的测量值以控制一个或多个致动器102b的操作。第二组控制器106可用于优化由第一组控制器执行的控制逻辑或其他操作。第三组控制器106可用于执行附加功能。因此，控制器106可支持方法的组合，诸如调节控制、高级调节控制、监督控制和高级过程控制。
每个控制器106包括用于控制工业过程的一个或多个方面的任何合适的结构。例如，控制器106中的至少一些控制器可以表示比例积分微分(PID)控制器或多变量控制器，诸如实现模型预测控制或其他高级预测控制的控制器。作为特定示例，每个控制器106可表示运行实时操作系统、WINDOWS操作系统或其他操作系统的计算设备。
至少一个网络108将系统100中的控制器106和其他设备耦接。网络108有利于部件之间的信息传输。网络108可以表示任何合适的网络或网络的组合。作为特定示例，网络108可表示至少一个以太网网络。
操作者对系统100的控制器106和其他部件的访问和交互可经由各种操作者控制台110发生。每个操作者控制台110可用于向操作者提供信息以及从操作者接收信息。例如，每个操作者控制台110可向操作者提供识别工业过程的当前状态的信息，诸如与工业过程相关联的警告、警报或其他状态和各种过程变量的值。每个操作者控制台110也可以接收影响如何控制工业过程的信息，诸如通过接收由控制器106控制的过程变量的设定值或控制模式或接收改变或影响控制器106如何控制工业过程的其他信息。每个操作者控制台110包括用于向操作者显示信息以及与操作者进行交互的任何合适的结构。例如，每个操作者控制台110可表示运行WINDOWS操作系统或其他操作系统的计算设备。
多个操作者控制台110可被分组在一起并在一个或多个控制室112中使用。每个控制室112可包括以任何布置方式的布置的任意数量的操作者控制台110。在一些实施方案中，可使用多个控制室112来控制工业厂房，诸如当每个控制室112包含用于管理工业厂房的分立部分的操作者控制台110。
此处的控制和自动化系统100还包括至少一个历史数据库114和一个或多个服务器116。历史数据库114表示存储关于系统100的各种信息的部件。历史数据库114可例如存储在对一个或多个工业过程的控制期间由各个控制器106所生成的信息。历史数据库114包括用于存储信息和有利于信息检索的任何合适的结构。虽然此处被示为单个部件，但历史数据库114可位于系统100中的其他位置，或多个历史数据库可分布于系统100中的不同位置。
每个服务器116表示执行针对操作者控制台110的用户的应用程序或其他应用程序的计算设备。应用程序可用于支持针对系统100的操作者控制台110、控制器106或其他部件的各种功能。每个服务器116可表示运行WINDOWS操作系统或其他操作系统的计算设备。需注意，虽然被示位于控制和自动化系统100内本地，但服务器116的功能可远离控制和自动化系统100。例如，服务器116的功能可以在经由网关120通信地耦接到控制和自动化系统100的计算云118或远程服务器中来实现。
图1中的传感器102a包括捕获流动材料的测量值的至少一个流量计和捕获流量限制器上游和下游的压力测量值的多个压力传感器。如上所述，流量计的失效可能造成各种问题，诸如安全问题、环境破坏或工业过程中的中断。
根据本公开，来自压力传感器的测量值可以用于验证流量计是否正确操作。例如，控制器106、操作者控制台110、服务器116或计算云118可以使用与流量限制器相关联的模型以及流量限制器的上游和下游捕获的压力测量值来估计通过流量限制器的材料的流量。由流量计生成的实际流量测量值可以与估计流量测量值进行比较，以确定是否存在问题。
通过这种方式，流量计可以具有数字“孪生”，用来帮助校验流量计的流量测量值。如果流量计开始出现问题，则可以识别问题的存在。也可能是流量计可以正确操作，而另一个部件(诸如压力传感器中的一个或多个压力传感器)可能出现问题。还可能需要重新计算、调整或以其他方式更新流量估计算法的模型或一个或多个其他参数，以便流量估计算法更准确地起作用。在任何情况下，都可能发生任何合适的纠正动作，诸如生成警告或警报或者调度维护。如果流量计失效，则可以使用流量计的数字孪生，直到流量计被更换或修理。
因此，这种方法可以帮助减少安全问题、环境破坏和工业过程中的中断。此外，这种方法可以被复制用于与一个或多个工业过程相关联的流量计中的一些或全部流量计。例如，这种方法可以用于工业过程中的所有关键流量计或用于工业过程中的所有流量计。下文提供了关于该方法的附加细节。
作为特定应用示例，该方法可以用于估计环境报告所需的流量测量值。该方法允许在不需要附加仪器的情况下形成用于流量测量值的“二选一”诊断(1oo2D)表决能力。一次测量值可以来自流量计，并且二次测量值可以使用上游压力和下游压力来估计。当测量值之间的不匹配超过阈值时，可以警示用户，并且用户可以选择使用一次测量值或二次测量值，同时调查差异的原因。另一个示例性应用可以包括在交接计量中的使用，其中石油或其他材料在各方之间传递。估计流量测量值可以用作流量计的实际测量值中的过失误差的指标。又其他应用可以包括与关键设备平衡流量计和用作先进控制或优化的输入部的流量计一起使用。
需注意，任何合适的流量限制器都可以在此处与压力测量值一起使用。示例性流量限制器可以包括一个或多个阀、流量孔、孔板或管道配件或它们的任意组合。一般来说，“流量限制器”是指为通路中的流体提供流量限制的任何设备或设备的组合。只要流体在通过设备或设备的组合时的压力中存在可测量响应，此类设备或设备的组合在此处就可以用作流量限制器。还应当注意，各种类型的流量计可以在此处使用，并使用上游压力测量值和下游压力测量值来校验它们的测量值。示例性流量计可以包括机械流量计、基于压力的流量计、光学流量计、开槽流量计、热质量流量计、涡流流量计、声纳流量计、电磁流量计、超声波流量计、科里奥利流量计或激光多普勒流量计。还应当注意，为其捕获上游压力测量值和下游压力测量值的流量限制器可以与流量计分离，或者形成被校验的流量计的一部分。
虽然图1示出了工业过程控制和自动化系统100的一个示例，但是可以对图1进行各种改变。例如，系统100可以包括任意数量的传感器、致动器、控制器、网络、操作者站、控制室、历史数据库、服务器和其他部件。另外，图1中的系统100的组成和布置方式仅用于例证。部件可根据特定需要添加、省略、组合、进一步细分或以任何其他合适的构型放置。此外，特定功能已被描述为由系统100的特定部件执行。这仅用于例证。一般来说，控制系统和自动化系统是高度可配置的，并且可根据特定需要以任何合适的方式来配置。此外，图1示出了可监测至少一个流量计的一个示例操作环境。该功能可以用于任何其他合适的系统，并且该系统不需要用于工业过程控制和自动化。
图2示出了根据本公开的使用流量限制器及上游压力测量值和下游压力测量值来支持推断性过程流量测量值的示例性系统200。为便于解释，系统200可以被描述为在图1的工业过程控制和自动化系统100内使用。然而，系统200可以用于任何其他合适的功能，并且系统200不需要涉及工业过程控制和自动化。
如图2所示，系统200包括流量限制器，在本示例中，流量限制器表示定位在管道204内或以其他方式与该管道相关联的阀202。阀202表示被配置为控制材料的流量的任何合适的结构。管道204表示被配置为传输材料的任何合适的结构。该材料可以包括任何合适的流体，诸如一种或多种液体或气体。系统200还包括致动器206，该致动器可以改变阀202的设置(开度或位置)，以便改变通过管道204的材料的流量。致动器206包括任何合适的结构，用于改变阀或其他结构，以便调节材料的流量。控制器208处理输入数据并为致动器206生成控制信号。因此，控制器208操作来控制致动器206(并且间接控制阀202)，以便控制通过管道204的材料的流量。控制器208包括用于为致动器生成控制信号的任何合适的结构，以便控制材料的流量。
系统200还包括各种传感器210-214。传感器210表示流量计，该流量计被配置为测量通过管道204的材料的流量。传感器210设置在与阀202相同的流动路径中，在阀202和传感器210之间没有流体的添加或分流。因此，传感器210可以生成流过阀202的材料的测量值。传感器210包括用于测量材料的流量的任何合适的结构，诸如一个或多个机械流量计、基于压力的流量计、光学流量计、开槽流量计、热质量流量计、涡流流量计、声纳流量计、电磁流量计、超声波流量计、科里奥利流量计或激光多普勒流量计。
传感器212和214表示压力传感器，该压力传感器被配置为测量在管道214中具体点处的压力。传感器212和214设置在与阀202相同的流动路径中。在一些情况下，传感器212和214可以足够靠近阀202，使得没有显著的压力扰动可以干扰由流体流量和阀202之间的相互作用造成的扰动。在这些情况下，传感器212和214可以生成在阀202的入口和出口处或其附近的压力测量值。在其他情况下，传感器212和214中的每一者可以位于在该位置和阀202之间不进行材料添加或分流的位置。每个传感器212和214包括用于测量压力的任何合适的结构。
向控制器208提供来自传感器210的测量值。控制器208使用来自传感器210的测量值来控制致动器206的操作。例如，控制器208可以使用来自传感器210的测量值来确定通过管道204的材料的实际流量是处于期望的设定值、过高(高于设定值)还是过低(低于设定值)。然后，控制器208可以控制致动器206，以便调节阀202，并且如果需要，则改变通过管道204的流速。
在一些实施方案中，也向控制器208提供来自传感器212和214的测量值。控制器208可以使用来自传感器212和214的压力测量值以及至少一个模型216来估计来自传感器210的流量测量值应该是多少。如果估计流量测量值不同于实际流量测量值(诸如相差阈值量或百分比持续指定的时间量)，则这可能指示存在问题(诸如传感器210或其他部件的问题)，并且控制器208可以生成警告或警报或者采取其他合适的动作。如果传感器210实际上失效，则控制器208可以使用估计流量测量值，直到传感器210被修理或更换。
每个模型216表示阀202的一个或多个特性，这些特性影响或用于计算通过阀202的材料的流量。例如，如下文更详细描述的，流量限制器(诸如阀202)具有用于计算流体离开流量限制器的速度的速度系数(表示为Cv)。速度系数Cv通常基于流量限制器的开度的大小(诸如阀202的位置)而变化。模型216可以用于表示速度系数Cv如何基于流量限制器的开度或位置而变化。这种类型的模型216可以采取各种形式，诸如传递函数、一个或多个线性方程/多项式方程或查找表。然而，应当注意，可以使用与阀202或其他流量限制器相关联的其他值，诸如其总损失系数(其通常用阀的速度系数来表示)。总损失系数可以在模型216中使用。
需注意，该功能也可以通过其他方式来实现。例如，可以向外部监视器218提供(其可以表示本地或远程服务器116或远程计算云118)来自传感器210-214的测量值。外部监视器218可以使用模型216和来自传感器210-214的测量值来验证传感器210和其他部件的正确操作。如果检测到问题，则可以向一个或多个用户发送识别该问题的通知，诸如用于在一个或多个操作者控制台110上显示。作为另一个示例，可以向外部监视器218提供来自传感器212和214的测量值，并且外部监视器218可以使用一个或多个模型216和来自传感器212和214的测量值来估计通过阀202或其他流量限制器的流量测量值。然后，可以向一个或多个操作者控制台110、服务器116或一个或多个其他目的地提供估计流量测量值，用于与从传感器210获得的实际流量测量值进行比较。
还需注意，虽然阀202被示出为在此使用，但这不是必需的。例如，可以使用限制流体流过管道204的任何流量限制器，并且流量限制器上游和下游的压力测量值可以被捕获并用于计算流量测量值。流量限制器通常是指具有固定或可变开口的任何结构，该开口比周围结构窄。结果，流过周围结构的流体进入较窄的开口，在流体的压力和速度中产生改变。其他类型的流量限制器可以包括流量孔、孔板或管道配件。当使用固定流量限制器时，可能不需要致动器206，因为流量限制器的开度不能改变，并且不需要使用控制器208来控制致动器206(尽管控制器208仍然可以用于计算估计流量测量值以及将实际流量测量值和估计流量测量值进行比较)。
尽管图2示出了使用上游压力测量值和下游压力测量值来支持推断性过程流量测量值的系统200的一个示例，但是可以对图2进行各种改变。例如，此处所示的系统200可以用于监测任意数量的流量计。此外，用于监测一个或多个流量计的操作的功能可以以任何其他合适的方式来实现。此外，流量计210可以放置在阀202的任一侧或另一位置，只要流量计210可以测量流过阀202的材料的量。
图3示出了根据本公开的用于使用流量限制器及上游压力测量值和下游压力测量值来产生推断性过程流量测量值的示例性设备300。设备300可以例如表示上面参考图1和图2描述的部件106、110、116、208、218中的任一者。然而，设备300可以在任何其他合适的系统中使用。
如图3中所示，设备300包括至少一个处理器302、至少一个存储设备304、至少一个通信单元306和至少一个输入/输出(I/O)单元308。每个处理器302可以执行指令，诸如可被加载到存储器310的这些指令。这些指令可以实现本专利文件中描述的流量计监测功能。每个处理器302表示任何合适的处理设备，诸如一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或分立电路。
存储器310和持久性存储装置312是存储设备304的示例，该存储设备表示能够存储信息和有利于信息检索的任何结构(诸如数据、程序代码和/或基于临时或永久的其他合适的信息)。存储器310可以表示随机存取存储器或任何其他合适的易失性存储设备或非易失性存储设备。持久性存储装置312可以包含支持数据的更长期存储的一个或多个部件或设备，诸如只读存储器、硬盘、闪存存储器或光盘。
通信单元306支持与其他系统或设备的通信。例如，通信单元306可以包括网络接口卡或无线收发器，该网络接口卡或无线收发器用于通过有线网络或无线网络有利于通信。通信单元306可以通过任何合适的物理通信链路或无线通信链路来支持通信。
I/O单元308允许数据的输入和输出。例如，I/O单元308可以通过键盘、鼠标、小键盘、触摸屏或其他合适的输入设备来为用户输入提供连接。I/O单元308还可以将输出发送至显示器、打印机或其他合适的输出设备。
尽管图3示出了用于使用上游/下游压力测量值来产生推断性过程流量测量值的设备300的一个示例，但是可以对图3进行各种改变。例如，部件可根据特定需要添加、省略、组合、进一步细分或以任何其他合适的构型放置。另外，计算设备可以具有各种各样的配置，并且图3不会将本公开限制于计算设备的任何特定配置。
以下表示使用上游压力测量值和下游压力测量值来估计流过阀的材料的流量测量值的一个具体示例性实施方式。需注意，下面提供的具体细节涉及在具体系统中涉及具体阀的实施方式，并且其他实施方式可以根据需要或期望而变化。还需注意，如上所述，可以使用其他流量限制器(诸如孔板)，并且流量限制器可以是可调的，也可以不是可调的。
伯努利方程与流动流体中的能量守恒有关。例如，在管道204的第一点处的流动流体中的能量应该等于在管道204的第二点处的流动流体中的能量(假设在这两点之间没有能量或流体损失发生)。假设流体在第一点处具有速度V0和压力P0，并且在第二点处具有速度V1和压力P1。伯努利方程表明：
其中，h0和h1表示在两点处流动路径的高度，ρ表示流体的密度，并且g表示重力加速度。另外，Δhf表示沿程水头损失，并且Δhm表示杂项水头损失。此外，KOL是两点之间流体路径的总损失系数(包括流量限制器的影响)，并且V表示通过管道区段的速度。鉴于此，速度的增加(V1>V0)对应于压力的降低(P1<P0)。因此，当流体通过阀开口或其他流量限制器时，流体速度增加，但是流体压力降低。
伯努利方程的一个应用是估计通过孔的材料的流量，并且阀(诸如图2中的阀202)通常可以被认为是具有可调尺寸的孔。孔具有相关联的速度系数Cv(也称为流量系数)，该速度系数表示孔允许流体流过该孔的效率。速度系数Cv基于流过孔的材料而变化。在下面的讨论中，假设气体将通过阀，尽管可以使用任何其他合适的流体。
上述方程(1)和(2)中的沿程水头损失和杂项水头损失通常可以从损失系数的实验相关性中确定。摩擦损失系数用于直管长度。杂项损失系数解释由于物体诸如配件、孔板和阀而导致的作为其开度或位置的函数的能量损失。这些值可以通过实验来确定，并且通常可以从供应商处以表格或其他形式获得。阀的流量系数是其损失系数的量度。以下过程使用历史数据来估计作为阀开度或位置的函数的两个压力测量值之间的损失系数(在可变位置阀的情况下)。一旦损失系数被估计，该过程可以被颠倒，以根据损失系数和压力测量值来估计流量。
使用已知方法，在给定流量(q)、上游比重(SG)、温度(T)、入口绝对压力(pi)和非临界流量的出口压力(po)或亚临界流量的压力恢复系数(FL)的情况下，可以计算阀的Cv值。通过重新布置这些值，可以基于阀的速度系数Cv(除了其他方面)生成计算流量的方程。作为特定示例，气体流的方程式可以表示如下：
其中，dp＝(pi-po)。需注意，这些方程与具体测量单位有关，并且可以使用与其他测量单位有关的其他方程。还需注意，其他方程(诸如用于液体、饱和蒸汽、过热蒸汽或饱和湿蒸汽)很容易推导出来。
一些阀制造商以曲线或表格的形式识别其具体阀的速度系数，作为阀开度(0°-90°或0％-100％)的函数。其他阀制造商可能只提供具体阀的最大速度系数，并指示特性曲线(诸如线性、等百分比等)，因此速度系数Cv需要使用曲线在具体阀位置处计算。又其他阀制造商只提供具有对应于不同阀打开步骤(诸如10％的10个步骤或25％的4个步骤)的其阀的Cv值的表格。因此，具体阀的可用信息可能是有限的。此外，该信息通常不能直接使用，因为这些值通常是针对在具体实验室条件下的阀计算的，并且这些条件通常与阀实际投入使用的确切条件不匹配。在阀安装和投入使用之前，通常也没有办法预测Cv值的改变。
解决这个问题的一种方法是计算不同流量条件下已经投入实际使用的阀的Cv值。例如，可以选择测量的流量被认为有效的长时间段，诸如基于存储在历史数据库114中的数据。在此期间，记录流量测量值、阀位置以及上游压力和下游压力，并且该数据可以用于创建Cv与阀开度的曲线图。例如，上面的方程(3)和(4)可以重新布置以求解Cv，并且记录的数据可以用于计算Cv与阀开度的曲线图。如果只能获得总阀开度范围的一部分(诸如15％至40％)的Cv值，则可以估计总阀开度范围的一个或多个其他部分(诸如0％至15％和40％至100％)的Cv值。在一些实施方案中，范围的下部(诸如0％至15％)可以使用线性方程来估计，而范围的上部(诸如40％至100％)可以使用多项式方程(诸如三次多项式曲线)来估计。在其他实施方案中，可以使用多项式方程(诸如三次多项式曲线)来估计整个范围。在又其他实施方案中，可以创建查找表，其中在表中为尽可能多的阀位置创建期望的曲线形状，然后通过在两个已知点之间的插值获得实际Cv值。
一旦获得Cv与阀开度的曲线图，当前阀位置以及当前上游压力和下游压力可以用于计算通过阀的材料的当前流量。例如，当前阀位置可以用于识别当前Cv值，并且当前Cv值可以用于(以及压力测量值)计算通过阀的材料的当前流量，诸如通过使用上面的方程(3)或(4)。可以将计算的流量与由流量计测量的实际流量进行比较，以确定流量计或其他部件是否可能有问题。计算的流量也可以或替代地用于代替由流量计测量的实际流量。基于此，以下技术可以用于使用上游压力测量值和下游压力测量值来计算推断性过程流量测量值。
图4示出了根据本公开的用于计算估计流量测量值的示例性方法400。为了便于解释，方法400被描述为涉及在图1和图2的系统100、200内使用图3中的设备300。然而，方法400可以涉及在任何合适的系统中使用任何合适的设备。
如图4所示，在步骤402处获得与阀或其他流量限制器的操作相关联的“良好”(已知有效)数据。这可以包括例如处理器302从传感器210-214获得传感器数据。数据可以包括上游压力测量值和下游压力测量值、流量测量值和阀开度(位置)值的历史值。测量值可以表示以相同速率捕获的样本，或者经过统计处理以产生采样相等的数据集的样本。阀开度值可以覆盖阀的操作范围的全部或显著部分(覆盖范围越大越好)。在收集数据的一个或多个时间期间流过阀的流体的特性应该相对恒定。假设温度和成分数据可用于估计密度，方程(3)和(4)(或其他合适的方程)可以用于解释这一点。
在步骤404处，使用数据中的至少一些数据生成速度系数与开度的曲线。这可以包括例如处理器302执行回归或使用曲线拟合算法，以便识别阀202的Cv值和阀202的开度或位置之间的关系。作为特定示例，这可以包括处理器302识别一个或多个传递函数、线性方程/多项式方程或查找表。如上所述，在各种情况下，可能需要生成Cv与开度的曲线，诸如当阀制造商提供的曲线是在可能与阀的实际操作条件不匹配的具体实验室条件下为阀计算的时。然而，如果已经获得了速度系数与开度的合适的曲线，则可以跳过这些步骤。
在步骤406处获得阀的当前阀开度，并且在步骤408处识别阀的当前速度系数值。这可以包括例如处理器302使用Cv与开度的曲线来识别与当前阀开度相关联的Cv值。在步骤410处，当前速度系数用于计算通过阀的材料的估计流量。这可以包括例如处理器302使用当前Cv值和上面的方程(3)或(4)来识别通过阀202的材料的估计流量。
虽然此处未显示，但是除了当前阀开度或位置之外，当前Cv值可能基于其他因素而变化。例如，当前Cv值可能基于流过阀的材料的组成和材料或阀的温度而变化。附加传感器可以用来捕获这些附加值，并且捕获的值可以用来计算或修改当前Cv值。
需注意，在图4所示的方法400中，假设流量限制器是具有可调孔的阀。然而，如上所述，情况不一定是这样。例如，流量限制器可以具有一个或多个固定孔。在这种情况下，可以修改上述算法，因为Cv值可能是已知的，诸如基于历史数据、测试数据或其他数据的分析。然后，已知的Cv值可以用于诸如用上面的方程(3)或(4)的合适的计算。Cv值也可以基于其他因素(诸如材料组成或温度)而变化，因此也可以使用其他测量值来识别当前Cv值。
尽管图4示出了用于计算估计流量测量值的方法400的一个示例，但是可以对图4进行各种改变。例如，虽然示出为一系列步骤，但是图4中的各个步骤可以重叠、并行发生、以不同顺序发生，或者发生任何次数。另外，并非图4所示的步骤中的所有步骤都需要由同一设备执行。例如，一个设备可以用于收集“良好”数据，并生成阀202或其他流量限制器的速度系数与开度的曲线，并且另一个设备可以接收并使用速度系数与开度的曲线来估计流量测量值。此外，如上所述，总损失系数可以用于流量限制器，而不是速度系数。在这些实施方案中，上述相同的方法可以用于识别流量限制器的总损失系数曲线。
图5和图6示出了根据本公开的通过使用流量限制器及上游压力测量值和下游压力测量值产生推断性过程流量测量值而获得的示例性结果。图5示出了示例性曲线图500，该曲线图显示了表示实际流量测量值的线502和表示估计流量测量值的线504。从图5中可以看出，线504紧密地跟踪线502，这指示估计流量测量值(使用上游压力测量值和下游压力测量值生成)大体跟踪实际流量测量值(由流量计生成)。这指示流量计和其他部件的正确操作。
图6示出了示例性曲线图600，该曲线图显示了表示实际流量测量值的线602和表示估计流量测量值的线604。从图6中可以看出，线604并不紧密地跟踪线602，并且实际上与线602显著偏离。这指示估计流量测量值(使用上游压力测量值和下游压力测量值生成)不跟踪实际流量测量值(由流量计生成)。这可以指示流量计、压力传感器、流量估计算法或一个或多个其他部件的操作不正确或有缺陷。因此，使用上述方法可以帮助识别问题，理想地在任何过程中断、安全问题或环境排放发生之前。
尽管图5和图6示出了通过使用上游压力测量值和下游压力测量值产生推断性过程流量测量值而获得的结果的示例，但是可以对图5和图6进行各种改变。例如，这些图中的数据仅表示使用上述方法的一个示例性结果，并且取决于正被监测的具体阀。
图7示出了根据本公开的用于使用流量限制器及上游压力测量值和下游压力测量值来产生推断性过程流量测量值的示例性方法700。为了便于解释，方法700被描述为涉及在图1和图2的系统100、200内使用图3中的设备300。然而，方法700可以涉及在任何合适的系统中使用任何合适的设备。
如图7所示，在步骤702处获得由流量计生成的实际流量测量值，并且在步骤704处获得上游压力测量值和下游压力测量值。这可以包括例如处理器302从一个或多个传感器210获得实际流量测量值。实际流量测量值识别在通路诸如管道204中的材料的至少一个流量。这也可以包括处理器302从传感器212和214获得上游压力测量值和下游压力测量值。实际流量测量值和压力测量值可以在指定的间隔内获得，可以一次获得，或者可以在任何其他合适的时间获得。
在步骤706处，基于上游压力测量值和下游压力测量值生成估计流量测量值。这可以包括例如处理器302使用图4所示的方法400(或至少图4中的步骤406-410)来生成估计流量测量值。在步骤402处的数据收集和在步骤404处的速度系数与开度的曲线的生成不一定作为图7所示过程的一部分发生。相反，这些步骤可以发生在图7所示的过程之前，使得处理器302可以在流量测量值的估计期间获得速度系数与开度的曲线。
在步骤708处将估计流量测量值和实际流量测量值进行比较，并且在步骤710处基于比较结果进行是否存在问题的确定。这可以包括例如处理器302确定估计流量测量值和实际流量测量值之间是否存在不匹配，并且如果存在不匹配，则确定不匹配是否超过阈值。阈值可以表示阈值量、阈值百分比或其他阈值。这也可以包括处理器302确定不匹配是否持续了指定的时间量。指定的时间量可以包括单个实际流量测量值或多个实际流量测量值。
如果在步骤712处确定了不存在问题，则方法700返回到步骤702，以便接收和处理附加流量测量值和压力测量值。否则，可能存在问题(流量计或一些其他部件的问题)，并且在步骤714处可以响应于该问题采取一个或多个动作。这可以包括例如处理器302生成警告或警报以呈现给人员(诸如在一个或多个操作者控制台110上)或调度设备维护。这也可以包括处理器302更新用于生成估计流量测量值的一个或多个参数。这还可以包括处理器302使用估计流量测量值代替实际流量测量值来控制工业过程。也可以发生一个或多个其他或附加动作。
尽管图7示出了用于使用流量限制器及上游压力测量值和下游压力测量值来产生推断性过程流量测量值的方法700的一个示例，但是可以对图7进行各种改变。例如，虽然示出为一系列步骤，但是图7中的各个步骤可以重叠、并行发生、以不同顺序发生，或者发生任何次数。
在一些实施方案中，本专利文献中描述的各种功能由计算机程序来实现或支持，该计算机程序由计算机可读程序代码形成并体现在计算机可读介质中。短语“计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。短语“计算机可读介质”包括能够被计算机访问的任何类型的介质，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘驱动器、压缩盘(CD)、数字视频光盘(DVD)或任何其他类型的存储器。“非暂态”计算机可读介质排除传输瞬时电信号或其他信号的有线通信链路、无线通信链路、光学通信链路或其他通信链路。非暂态计算机可读介质包括可永久地存储数据的介质以及可存储和之后覆写数据的介质，诸如可重写光盘或可擦除存储设备。
阐述贯穿本专利文献中使用的某些字词和短语的定义可能是有利的。术语“应用程序”和“程序”是指适于以合适的计算机代码(包括源代码、目标代码或可执行代码)实现的一个或多个计算机程序、软件部件、指令集、过程、功能、对象、类、实例、相关的数据或其一部分。术语“通信”及其衍生词涵盖直接通信和间接通信两者。术语“包括”和“包含”及其衍生词意指包括但不限于此。术语“或”是包括性的，表示和/或。短语“与…相关联”及其衍生词可以意指包括、包括在…内、与…互连、包含、包含在…内、连接到…或与…连接、耦接到…或与…耦接、可与…通信、与…协作、交错、并置、与…接近、结合到…或与…结合、具有、具有…的性质、具有与…的关系或与…具有关系等。当与项列表一起使用时，短语“…中的至少一个”意指可以使用所列的项中的一个或多个项的不同组合，并且可能仅需要列表中的一个项。例如，“A，B和C中的至少一者”包括以下任何组合：A，B，C，A和B，A和C，B和C，以及A和B和C。
不应将本申请中的描述理解为暗示任何特定元件、步骤或功能是必须包括在权利要求范围内的基本或关键要素。专利保护的主题的范围仅由所允许的权利要求来限定。此外，权利要求都未关于所附权利要求或权利要求要素中的任何一项援引35U.S.C.§112(f)，除非在特定权利要求中明确使用后面是识别功能的分词短语的“用于…的装置”或“用于…的步骤”的确切字词。在权利要求中使用术语诸如(但不限于)“机构”、“模块”、“设备”、“单元”、“部件”、“元件”、“构件”、“装置”、“机器”、“系统”、“处理器”或“控制器”被理解为并旨在指代相关领域的技术人员已知的结构，如权利要求本身特征进一步修改的或增强的，并且并不旨在援引35U.S.C.§112(f)。
虽然本公开已描述了某些实施方案和大体上相关联的方法，但是这些实施方案和方法的变更和置换对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。因此，上文对示例性实施方案的描述不限定或约束本公开。在不脱离如以下权利要求限定的本公开的实质和范围的情况下，其他改变、替换和变更也是可能的。

Claims (15)

1.一种方法，包括：
获得(704)与通过流量限制器(202)的流体相关联的压力测量值，所述压力测量值识别来自所述流量限制器上游和下游的压力；
基于所述压力测量值生成(706)估计流量测量值；
将所述估计流量测量值和由流体耦接到所述流量限制器的流量计(210)生成的实际流量测量值进行比较(708)；以及
基于所述比较结果确定(710)是否存在问题。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述流量限制器为所述流体提供固定限制；
所述流量限制器与总损失系数相关联；并且
生成所述估计流量测量值包括：
识别来自所述流量限制器上游和下游的当前压力测量值；以及
基于所述当前压力测量值和所述总损失系数识别阀的当前估计流量测量值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述流量限制器为所述流体提供可变限制；并且
生成所述估计流量测量值包括：
识别来自所述流量限制器上游和下游的当前压力测量值；
识别(408)由所述流量限制器提供的当前限制的量；
基于所述当前限制的量识别(408)所述流量限制器的当前总损失系数；以及
基于所述当前压力测量值和所述当前总损失系数识别(410)所述流量限制器的当前估计流量测量值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中：
所述流量限制器包括阀(202)；并且
所述当前限制的量包括所述阀的当前开度或位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述阀的所述当前总损失系数是使用速度系数与阀开度或位置的曲线来识别的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定是否存在问题包括：
确定所述估计流量测量值与所述实际流量测量值是否相差阈值量或百分比持续指定的时间量。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括，响应于确定了所述问题存在而执行以下步骤中的至少一个步骤：
生成(714)警告或警报；
调度(714)设备维护；
更新(714)用于生成所述估计流量测量值的一个或多个参数；以及
使用(714)所述估计流量测量值代替所述实际流量测量值来控制工业过程。
8.一种装置，包括：
至少一个处理设备(302)，所述至少一个处理设备被配置为：
获得与通过流量限制器(202)的流体相关联的压力测量值，所述压力测量值识别来自所述流量限制器上游和下游的压力；
基于所述压力测量值生成估计流量测量值；
将所述估计流量测量值和由流体耦接到所述流量限制器的流量计(210)生成的实际流量测量值进行比较；以及
基于所述比较结果确定是否存在问题。
9.根据权利要求8所述的装置，其中：
所述流量限制器为所述流体提供固定限制；
所述流量限制器与总损失系数相关联；并且
为了生成所述估计流量测量值，所述至少一个处理设备被配置为：
识别来自所述流量限制器上游和下游的当前压力测量值；以及
基于所述当前压力测量值和所述总损失系数识别所述阀的当前估计流量测量值。
10.根据权利要求8所述的装置，其中：
所述流量限制器为所述流体提供可变限制；并且
为了生成所述估计流量测量值，所述至少一个处理设备被配置为：
识别来自所述流量限制器上游和下游的当前压力测量值；
识别由所述流量限制器提供的当前限制的量；
基于所述当前限制的量识别所述流量限制器的当前总损失系数；以及
基于所述当前压力测量值和所述当前总损失系数识别所述流量限制器的当前估计流量测量值。
11.根据权利要求10所述的装置，其中：
所述流量限制器包括阀(202)；并且
所述当前限制的量包括所述阀的当前开度或位置。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述至少一个处理设备被配置为使用速度系数与阀开度或位置的曲线来识别所述阀的所述当前总损失系数。
13.根据权利要求8所述的装置，其中，为了确定是否存在所述问题，所述至少一个处理设备被配置为确定所述估计流量测量值与所述实际流量测量值是否相差阈值量或百分比持续指定的时间量。
14.根据权利要求8所述的装置，其中，所述至少一个处理设备被进一步配置为响应于确定了所述问题存在而执行以下步骤中的至少一个步骤：
生成警告或警报；
调度设备维护；
更新用于生成所述估计流量测量值的一个或多个参数；以及
使用所述估计流量测量值代替所述实际流量测量值来控制工业过程。
15.一种非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质包含指令，所述指令在被执行时造成至少一个处理设备(302)执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
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