CN118159820A - 用于测量高温腐蚀性液体的压力和流速的设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于测量腐蚀性或高温工艺液体的压力的设备包括经由竖直管与工艺液体连通的压力传感器。注入竖直管中的缓冲气体在期望的高度处形成液体/气体界面。缓冲气体供应然后被隔离或调节，以使竖直管内的缓冲气体压力保持与工艺液体压力相等。压力传感器通过测量竖直管内的缓冲气体压力来间接测量工艺液体压力，同时保持对工艺液体进行化学和热保护。在实施例中，来自位于阀上游和下游的一对气体缓冲压力传感器的压力测量值与工艺液体温度的测量值相组合以确定通过阀的工艺液体的流速。
Description
发明人：
保罗杰弗里帕里什
迈克尔P.纳尔逊
政府利益声明
已经根据合同号DE-NA0003525结合政府资助做出了本发明的部分，并且可以对政府具有某些权利。
相关申请
本申请要求于2021年9月27日提交的美国专利申请第17/485,670号的权益，出于所有的目的其通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本发明涉及用于控制液体流动的设备，并且更具体地涉及用于测量高温和/或腐蚀性液体的压力和/或流速的设备。
背景技术
当控制工艺液体的流动时，通常希望测量和监测液体的温度、压力和/或流速。通常，工艺液体的温度可以通过将温度传感器施加到导热屏障的外侧来测量，该导热屏障具有与工艺液体接触的内侧。该方法适用于高温和/或腐蚀性工艺液体。
然而，如果流动的工艺液体处于高温和/或高腐蚀性，那么大多数常规传感器将不适合于测量工艺液体的压力和流速。
因此，所需要的是能够测量流动的高温和/或腐蚀性工艺液体的压力和/或流速的设备和方法。
发明内容
本发明是一种用于测量高温和/或腐蚀性工艺液体的压力(并且在实施例中还有流速)的设备和方法。这通过将压力传感器经由竖直管连接到工艺液体管道来实现，并且通过在竖直管中建立(并且在实施例中也调节)缓冲气体柱来实现，该缓冲气体柱将压力传感器与工艺液体的任何腐蚀作用隔离。此外，虽然竖直管中的缓冲气体柱的温度接近工艺液体的温度，但是缓冲气体的低得多的热容和导热性保护压力传感器不被工艺液体的高温损坏。
在实施例中，通过使用由如上所述的竖直管连接的气体缓冲压力传感器测量该阀的上游和下游两者的压力来确定工艺液体通过阀的流速。此外，例如在阀本身内测量工艺液体的温度。根据这些测量值，流速可以根据已知的公式来确定。例如，可以应用在US 5,251,148中教导的方法，其中出于所有目的将US 5,251,148以其整体并入本文。
本发明的第一总体方面是压力测量设备，压力测量设备配置成能在保护工艺液体压力传感器免受腐蚀性和/或高温工艺液体损坏的同时测量工艺液体的压力。该压力测量设备包括：工艺液体压力传感器，该工艺液体压力传感器经由竖直管与工艺液体管道流体连通；界面液位传感装置，该界面液位传感装置配置成确定竖直管内的液体/气体界面的液位；缓冲气体递送管线，该缓冲气体递送管线与竖直管气体连通；以及缓冲气体压力调节器，该缓冲气体压力调节器配置成调节缓冲气体递送管线中的缓冲气体的压力和/或体积。
在实施例中，界面液位传感装置是超声波液位传感器。
上述实施例中的任何实施例还可以包括缓冲气体隔离阀，该缓冲气体隔离阀配置成将缓冲气体压力调节器与竖直管隔离。
在上述实施例中的任何实施例中，缓冲气体隔离阀可以是常闭阀。
上述实施例中的任何实施例还可以包括与工艺液体压力传感器和界面液位传感装置信号连通的控制器。
在上述实施例中的任何实施例中，控制器能控制缓冲气体压力调节器。在这些实施例的一些实施例中，控制器配置成控制缓冲气体压力调节器以将竖直管中的液体/气体界面调整至指定高度。
上述实施例中的任何实施例还可以包括与缓冲气体递送管线气体连通的缓冲气体压力传感器。
上述实施例中的任何实施例还可以包括与缓冲气体递送管线热连通的缓冲气体温度传感器。
上述实施例中的任何实施例还可以包括缓冲气体加热器，该缓冲气体加热器配置成在缓冲气体位于缓冲气体递送管线中之前加热缓冲气体或者与缓冲气体位于缓冲气体递送管线中同时加热缓冲气体。
本发明的第二总体方面是一种流量测量设备，该流量测量设备配置成使得能测量通过阀的腐蚀性和/或高温工艺液体的流量。该流量测量设备包括根据第一总体方面的压力测量设备、工艺液体温度传感器以及控制器；压力测量设备包括第一工艺液体压力传感器和第二工艺液体压力传感器，第一工艺液体压力传感器经由第一竖直管与位于阀的上游侧上的工艺液体管道流体连通，第二工艺液体压力传感器经由第二竖直管与位于阀的下游侧上的工艺液体管道流体连通，第一界面液位传感装置和第二界面液位传感装置分别与第一竖直管和第二竖直管相关联；工艺液体温度传感器配置成感测工艺液体的温度；控制器与第一工艺液体压力传感器和第二工艺液体压力传感器以及与温度传感器信号连通，控制器配置成根据由工艺液体温度传感器测量的工艺的温度以及分别由第一工艺液体压力传感器和第二工艺液体压力传感器测量的工艺液体的入口压力和出口压力来确定通过阀的工艺液体的流速。
在实施例中，工艺液体温度传感器配置成测量阀内的工艺液体的温度
在上述实施例中的任何实施例中，压力测量设备可以包括第一缓冲气体隔离阀和第二缓冲气体隔离阀，第一缓冲气体隔离阀配置成将缓冲气体压力调节器与第一竖直管隔离，第二缓冲气体隔离阀配置成将缓冲气体压力调节器与第二竖直管隔离。
上述实施例中的任何实施例还可以包括第一缓冲气体温度传感器和第二缓冲气体温度传感器，该第一缓冲气体温度传感器和第二缓冲气体温度传感器分别配置成测量缓冲气体递送管线中分别接近第一竖直管和第二竖直管的位置处的缓冲气体的第一温度和第二温度。
上述实施例中的任何实施例还可以包括第一缓冲气体压力传感器和第二缓冲气体压力传感器，第一缓冲气体压力传感器和第二缓冲气体压力传感器配置成测量缓冲气体递送管线中分别接近第一工艺液体压力传感器和第二工艺液体压力传感器的位置处缓冲气体的压力。
本发明的第三总体方面是一种测量通过阀的腐蚀性和/或高温工艺液体的流量的方法。该方法包括：提供根据第二总体方面的流量测量设备；将缓冲气体注入到第一竖直管和第二竖直管中；使工艺液体流过工艺液体管道并流过阀；调整至少一个缓冲气体压力调节器，以便分别调整第一竖直管内的第一液体/气体界面液位和第二竖直管内的第二液体/气体界面液位；根据由控制器从第一工艺液体压力传感器和第二工艺液体压力传感器以及工艺液体温度传感器接收的压力和温度测量值，由控制器确定通过阀的工艺液体的流速；以及将所确定的工艺液体流速提供给用户。
在实施例中，方法还包括：在调整第一液体/气体界面液位和第二液体/气体界面液位之后，将第一竖直管和第二竖直管与缓冲气体压力调节器隔离。
在上述实施例中的任何实施例中，在确定工艺液体的流速的步骤期间，缓冲气体压力调节器中的至少一个缓冲气体压力调节器可以与竖直管中的至少一个竖直管保持气体连通。
在上述实施例中的任何实施例中，流量测量设备可以仅包括一个缓冲气体压力调节器，并且可以由所述缓冲气体压力调节器同时调整第一液体/气体界面液位和第二液体/气体界面液位。
并且在上述实施例中的任何实施例中，流量测量设备可以仅包括一个缓冲气体压力调节器，并且调整第一液体/气体界面液位和第二液体/气体界面液位可以包括在调整第一竖直管中的液体/气体界面液位的同时将第二竖直管与工艺液体压力调节器隔离，并且在调整第二竖直管中的液体/气体界面液位的同时将第一竖直管与工艺液体压力调节器隔离。
本文描述的特征和优点并非包括全部的，具体地，鉴于附图、说明书、以及权利要求书，许多附加特征和优点对本领域的普通技术人员而言将是明显的。此外，应当注意的是，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和指导性目的而选择的，而不是为了限制本发明主题的范围。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的气体缓冲压力传感器的框图；
图2是示出本发明的方法实施例的流程图；以及
图3是配置成测量通过阀的工艺液体的流速的本发明的实施例的框图。
具体实施方式
本发明是一种用于测量高温和/或腐蚀性工艺液体的压力(并且在实施例中还有流速)的设备和方法。
参考图1，本发明的设备包括至少一个工艺液体压力传感器100，工艺液体压力传感器通过竖直管102连接到配置成输送工艺液体穿过其中的工艺液体管道104。该设备还包括缓冲气体控制系统，缓冲气体控制系统包括缓冲气体递送管线106、缓冲气体压力调节器108和液体/气体过渡液位传感器110(诸如超声波传感器)，缓冲气体递送管线与竖直管102气体连通，液体/气体过渡液位传感器110能够监测竖直管102内的工艺液体与缓冲气体之间的界面112的高度122。在实施例中，缓冲气体为氮气。
在实施例中，缓冲气体控制系统还包括缓冲气体压力传感器114、缓冲气体温度传感器116、缓冲气体加热器118和/或控制器(未示出)，该控制器能够监测液体/气体界面112的高度122和/或由工艺液体压力传感器100测量的竖直管102中的缓冲气体压力。在实施例中，控制器还能够控制缓冲气体压力调节器，并且由此能够调节缓冲气体递送管线106中的缓冲气体的压力和/或体积，以便调整和调节竖直管内的液体/气体界面112的高度122。在这些实施例的一些实施例中，仅在启动阶段期间调节液体气体界面112的高度122，之后缓冲气体调节器108与竖直管102隔离。在其他实施例中，液体/气体界面112的高度122的调节在启动阶段之后的操作阶段期间继续。
参考图2，根据本发明的方法，在启动阶段210期间，将缓冲气体递送管线放置成与竖直管102气体连通，并且将缓冲气体引入到竖直管102中200。
如果尚未存在，则将工艺液体引入到工艺液体管道106中202。使用缓冲气体调节器108调整204缓冲气体的压力和/或体积，直到竖直管102内的缓冲气体与工艺液体之间的界面112建立在期望液体/气体界面高度122处，如由超声波传感器110或其他液体/气体界面测量装置所测量的。在实施例中，在工艺液体开始流过工艺液体管道之前的启动阶段期间，将缓冲气体引入到竖直管中，并且缓冲气体的压力和/或体积初始设定为等于或高于工艺液体的预期压力。这确保了一旦工艺液体开始流过工艺液体管道，工艺液体始终保持在距压力阀的安全距离处，包括在启动阶段210期间。
在图2的实施例中，一旦启动阶段210已经完成，关闭206设置在缓冲气体递送管线106中的“常闭”阀120(在图中标记为“N.C.”)，从而将缓冲气体的来源与竖直管102隔离，使得竖直管102中的缓冲气体的压力此后保持208等于工艺液体的压力，即使工艺液体的压力波动。在其他实施例中，缓冲气体压力调节器108甚至在启动阶段210结束之后仍保持与竖直管102处于气体连通，以便将液体/气体界面112维持在所希望的高度122处。只要界面高度122保持恒定，竖直管102内的缓冲气体压力将等于工艺液体的压力。压力传感器由此能够通过监测竖直管中的缓冲气体的压力来测量和监测208工艺液体的压力，同时通过竖直管102中的缓冲气体保持免受工艺液体的热和化学影响。
在实施例中，启动阶段210还包括将缓冲气体加热至接近工艺液体温度的温度200，以确保竖直管102内的缓冲气体快速达到与工艺液体的温度平衡以及压力平衡。
参考图3，在本发明的实施例中，设备配置成测量通过阀300的工艺液体的流速。根据这些实施例，气体缓冲压力传感器100经由竖直管102附接至阀300上游和下游的工艺液体管道104。此外，提供了能够监测工艺液体的温度的工艺液体温度传感器302。在图3的实施例中，工艺液体温度传感器安装在阀300本身上，并且配置成在工艺液体通过阀300时测量工艺液体的温度。
缓冲气体递送管线106连接至这两个压力传感器100的竖直管102。在图3的实施例中，单个缓冲气体递送管线106连接至两个竖直管，并且单个缓冲气体压力调节器108用于调整两个竖直管102中的缓冲气体压力和/或体积，并且由此在竖直管102中在期望的高度122处建立液体/气体界面112。竖直管102中的液体/气体界面112的高度122可以同时调整，或者常闭隔离阀120可以用于将缓冲气体递送管线106依次与竖直管102中的一个竖直管然后另一个竖直管隔离，使得可以单独地调整和优化液体/气体界面112的高度122。在其他实施例中，使用单独的缓冲气体压力调节器(未示出)来控制竖直管102中的每个竖直管中的液体/气体界面高度。
一旦启动阶段210已经完成并且工艺液体流动通过阀300，则由两个气体缓冲压力传感器100和工艺液体温度传感器302报告的测量值然后可以用于计算通过阀300的工艺液体的流速，使得它可以呈现给用户。在实施例中，计算由控制器或另一个计算装置自动执行，使得流速被基本上实时地报告给用户。
出于说明和描述的目的，已经呈现了本发明的实施例的前述描述。本提交的每页和其所有内容，无论其特征、标识或编号如何，无论在本申请中的形式或位置如何，均视为本申请的实质性部分。本说明书并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。根据本公开，许多修改和变化是可能的。
尽管本申请是以有限数量的形式示出的，但本发明的范围不仅限于这些形式，而是可服从不同变化和修改。本文呈现的公开未明确公开落入本发明的范围之内的特征的所有可能的组合。在不脱离本发明的范围的情况下，本文公开的用于各种实施例的特征通常可以互换和组合成不是自矛盾的任何组合。具体地，除非从属权利要求在逻辑上彼此不兼容，否则在不背离本公开的范围的情况下，在所附从属权利要求中给出的限制可以以任何数量和任何顺序与它们对应的独立权利要求组合。
Claims (20)
1.一种压力测量设备，所述压力测量设备配置成能在保护工艺液体压力传感器免受腐蚀性和/或高温工艺液体损坏的同时测量所述工艺液体的压力，所述压力测量设备包括：
工艺液体压力传感器，所述工艺液体压力传感器经由竖直管与工艺液体管道流体连通；
界面液位传感装置，所述界面液位传感装置配置成确定所述竖直管内的液体/气体界面的液位；
缓冲气体递送管线，所述缓冲气体递送管线与所述竖直管气体连通；以及
缓冲气体压力调节器，所述缓冲气体压力调节器配置成调节所述缓冲气体递送管线中的缓冲气体的压力和/或体积。
2.根据权利要求1所述的压力测量设备，其中，所述界面液位传感装置是超声波液位传感器。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的压力测量设备，还包括缓冲气体隔离阀，所述缓冲气体隔离阀配置成将所述缓冲气体压力调节器与所述竖直管隔离。
4.根据权利要求3所述的压力测量设备，其中，所述缓冲气体隔离阀是常闭阀。
5.根据任一前述权利要求所述的压力测量设备，还包括与所述工艺液体压力传感器和所述界面液位传感装置信号连通的控制器。
6.根据权利要求5所述的压力测量设备，其中，所述控制器能控制所述缓冲气体压力调节器。
7.根据权利要求6所述的压力测量设备，其中，所述控制器配置成控制所述缓冲气体压力调节器以将所述竖直管中的所述液体/气体界面调整至指定高度。
8.根据任一前述权利要求所述的压力测量设备，还包括与所述缓冲气体递送管线气体连通的缓冲气体压力传感器。
9.根据任一前述权利要求所述的压力测量设备，还包括与所述缓冲气体递送管线热连通的缓冲气体温度传感器。
10.根据任一前述权利要求所述的压力测量设备，还包括缓冲气体加热器，所述缓冲气体加热器配置成在所述缓冲气体位于所述缓冲气体递送管线中之前加热所述缓冲气体或者与所述缓冲气体位于所述缓冲气体递送管线中同时加热所述缓冲气体。
11.一种流量测量设备，所述流量测量设备配置成能测量通过阀的腐蚀性和/或高温工艺液体的流量，所述流量测量设备包括：
根据权利要求1所述的压力测量设备，所述压力测量设备包括第一工艺液体压力传感器和第二工艺液体压力传感器，所述第一工艺液体压力传感器经由第一竖直管与位于所述阀的上游侧上的所述工艺液体管道流体连通，所述第二工艺液体压力传感器经由第二竖直管与位于所述阀的下游侧上的所述工艺液体管道流体连通，第一界面液位传感装置和第二界面液位传感装置分别与所述第一竖直管和所述第二竖直管相关联；
工艺液体温度传感器，所述工艺液体温度传感器配置成感测所述工艺液体的温度；以及
控制器，所述控制器与所述第一工艺液体压力传感器和所述第二工艺液体压力传感器以及与所述温度传感器信号连通，所述控制器配置成根据由所述工艺液体温度传感器测量的工艺的温度以及分别由所述第一工艺液体压力传感器和所述第二工艺液体压力传感器测量的所述工艺液体的入口压力和出口压力来确定通过所述阀的所述工艺液体的流速。
12.根据权利要求11所述的流量测量设备，其中，所述工艺液体温度传感器配置成测量所述阀内的所述工艺液体的温度
13.根据权利要求11或权利要求12所述的流量测量设备，其中，所述压力测量设备包括第一缓冲气体隔离阀和第二缓冲气体隔离阀，所述第一缓冲气体隔离阀配置成将所述缓冲气体压力调节器与所述第一竖直管隔离，所述第二缓冲气体隔离阀配置成将所述缓冲气体压力调节器与所述第二竖直管隔离。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的流量测量设备，还包括第一缓冲气体温度传感器和第二缓冲气体温度传感器，所述第一缓冲气体温度传感器和所述第二缓冲气体温度传感器分别配置成测量所述缓冲气体递送管线中分别接近所述第一竖直管和所述第二竖直管的位置处的所述缓冲气体的第一温度和第二温度。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的流量测量设备，还包括第一缓冲气体压力传感器和第二缓冲气体压力传感器，所述第一缓冲气体压力传感器和所述第二缓冲气体压力传感器配置成测量所述缓冲气体递送管线中分别接近所述第一工艺液体压力传感器和所述第二工艺液体压力传感器的位置处的所述缓冲气体的压力。
16.一种测量通过阀的腐蚀性和/或高温工艺液体的流量的方法，所述方法包括：
提供根据权利要求11所述的流量测量设备；
将缓冲气体注入到所述第一竖直管和所述第二竖直管中；
使所述工艺液体流过所述工艺液体管道并且流过所述阀；
调整至少一个缓冲气体压力调节器，以分别调整所述第一竖直管内的第一液体/气体界面液位和所述第二竖直管内的第二液体/气体界面液位；
根据由控制器从所述第一工艺液体压力传感器和所述第二工艺液体压力传感器以及所述工艺液体温度传感器接收的压力和温度测量值，由控制器确定通过所述阀的所述工艺液体的所述流速；以及
将所确定的工艺液体流速提供给用户。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法还包括：在调整所述第一液体/气体界面液位和所述第二液体/气体界面液位之后，将所述第一竖直管和所述第二竖直管与所述缓冲气体压力调节器隔离。
18.根据权利要求16或权利要求17所述的方法，其中，在确定所述工艺液体的所述流速的步骤期间，所述缓冲气体压力调节器中的至少一个缓冲气体压力调节器与所述竖直管中的至少一个竖直管保持气体连通。
19.根据权利要求16-18中任一项所述的方法，其中，所述流量测量设备仅包括一个缓冲气体压力调节器，并且其中，由所述缓冲气体压力调节器同时调整所述第一液体/气体界面液位和所述第二液体/气体界面液位。
20.根据权利要求16-18中任一项所述的方法，其中，所述流量测量设备仅包括一个缓冲气体压力调节器，并且其中，调整所述第一液体/气体界面液位和所述第二液体/气体界面液位包括在调整所述第一竖直管中的所述液体/气体界面液位的同时将所述第二竖直管与所述工艺液体压力调节器隔离，并且在调整所述第二竖直管中的所述液体/气体界面液位的同时将所述第一竖直管与所述工艺液体压力调节器隔离。
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