DE102016108761A1 - Strömungskonditionierer mit einem integrierten Druckmessstutzen - Google Patents
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Abstract
Ein Strömungskonditionierer umfasst eine Platte mit einem Lochmuster und einen die Platte umgebenden Flansch; und mindestens einen Druckmessstutzen, der in den Strömungskonditionierer integriert ist. Der mindestens eine Druckmessstutzen ist an mindestens einer von einer ersten Seite des Strömungskonditionierers, einer zweiten Seite des Strömungskonditionierers, innerhalb eines Lochs oder einer Kombination davon angeordnet.
Description
- Die Anmeldung beansprucht die Priorität der U.S. Provisional-Anmeldung 62/161,358, eingereicht beim U.S. Patent- und Markenamt am 14. Mai 2015, deren Gesamtheit durch Bezugnahme hier eingeschlossen ist.
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strömungskonditionierer, der in Öl-, Gas- und Wasserrohrleitungen verwendet wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Strömungskonditionierer umfassend mindestens einen integrierten Druckmessstutzen und ein Verfahren zur Durchführung von Druckabfallmessungen entlang eins Strömungskonditionierers.
- Hintergrund der Erfindung
- Rohrleitungen werden zum Transport von Fluiden in verschiedenen Industrien, einschließlich der chemischen, Öl- und Gas- und Fertigungs-Industrien verwendet. Diese Industrien verwenden Prozesse, die genaue Messungen von Fluid-Strömungsraten benötigen. Solche Messungen werden an Stellen durchgeführt, die als Messstationen, die eine Vielzahl von verschiedenen Messgeräten verwenden, bekannt sind. Diese Messgeräte funktionieren auf unterschiedliche Weise. Die Messgeräte können den Differenzdruck des Fluids entlang eines Hindernisses, Ultraschallsignal-Laufzeiten, Turbinenschaufelrotationsgeschwindigkeit, Corioliskräfte, oder sogar elektrische und magnetische Felder, die durch Gesamtfluidbewegung erzeugt werden, verwenden. Beinahe alle dieser Messverfahren erfordern die Verwendung einer Fluid-Geschwindigkeitsverteilung, bekannt als ein Geschwindigkeitsströmungsprofil.
- Um genaueste Fluid-Messungen zu erhalten, muss das Strömungsprofil eines in eine Messvorrichtung eintretenden Fluids stabil, nicht rotierend und symmetrisch sein. Diese Art der Geschwindigkeitsverteilung ist als ein voll entwickeltes Strömungsprofil bekannt, und bildet sich naturgemäß in sehr großen Längen eines ununterbrochenen, geraden Rohres. Jedoch sind große Längen von geraden Rohren unpraktisch und äußerst kostspielig. Demzufolge enthalten Messstationen-Rohrleitungen oft Bogen, T-Stücke, Ventile und andere Baugruppen, die das Strömungsprofil zu einer asymmetrischen, unstabilen, und verzerrten Konfiguration verzerren. Dies macht es schwer, die Fluidströmungsrate in einer beständigen präzisen und reproduzierbaren Art und Weise zu messen. Unter diesen Bedingungen werden Strömungskonditionierer zum Korrigieren des Strömungsprofils des Fluids benötigt, so dass es ein voll ausgebildetes Strömungsprofil ausbildet, welches das Durchführen von präzisen, reproduzierbaren Messungen ermöglicht.
- Es existieren verschiedene Typen von Strömungskonditionierern, einschließlich Begradigungsschaufeln, Rohrbündeln und Lochplatten. Diese Strömungskonditionierer sind innerhalb des Rohres stromaufwärts des Strömungsmessers angeordnet. Ein üblicher Lochplatten-Strömungskonditionierer besteht aus einer gelochten Metallplatte, die innerhalb des Rohres orthogonal zum Fluidstrom (d.h. entlang des gesamten Querschnitts des Rohres) angeordnet ist. Die Perforierungen oder Löcher in dem Strömungskonditionierer bewirken, dass das Fluid so umverteilt wird, dass es ein voll ausgebildetes Strömungsprofil bildet. Die Platzierung des Strömungskonditionierers stromaufwärts des Strömungsmessers gewährleistet, dass der Strom voll ausgebildet ist, bevor er das Messgerät erreicht. Dies erlaubt dem Messgerät, die Messungen signifikant präziser und reproduzierbarer durchzuführen.
- Derzeit wird zur Messung des Druckabfalls entlang eines Strömungskonditionierers die Rohrleitung, in welcher der Strömungskonditionierer installiert ist, unmittelbar stromaufwärts oder stromabwärts des Strömungskonditionierer angezapft. Ein separates Lochplattenfitting oder Lochflanschanschluss der Rohrleitung können zur Unterbringung des Strömungskonditionierer verwendet werden.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Ein Strömungskonditionierer gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Platte mit einem Lochmuster und einen die Platte umgebenden Flansch und mindestens einen Druckmessstutzen, der in dem Strömungskonditionierer integriert ist. Der mindestens eine Druckmessstutzen ist an mindestens einer von einer ersten Seite des Strömungskonditionierers, einer zweiten Seite des Strömungskonditionierers, innerhalb eines Lochs oder einer Kombination davon angeordnet.
- Ein Strömungskonditionierer gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zusätzlich zu jeder der vorherigen Ausführungsformen umfasst einen integrierten Druckmessstutzen an einer ersten Seite des Strömungskonditionierers, einen integrierten Druckmessstutzen an einer zweiten Seite des Strömungskonditionierers und einen integrierten Druckmessstutzen innerhalb mindestens eines Lochs.
- Ein Strömungskonditionierer gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zusätzlich zu jeder der vorherigen Ausführungsformen umfasst mindestens einen integrierten Druckmessstutzen, der sich durch den Flansch zu mindestens einem Loch erstreckt.
- Ein Strömungskonditionierer gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zusätzlich zu jeder der vorherigen Ausführungsformen umfasst mindestens einen integrierte Druckmessstutzen, der einen inneren zylindrischen Abschnitt aufweist, der sich einer äußeren Gewindeverbindung anschließt.
- Ein Strömungskonditionierer gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zusätzlich zu jeder der vorherigen Ausführungsformen umfasst eine Manometerleitungsverbindung, die lösbar mit einer äußeren Gewindeverbindung des mindestens einen integrierten Druckmessstutzen verbunden ist.
- Ein Strömungskonditionierer gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zusätzlich zu jeder der vorherigen Ausführungsformen umfasst einen Strömungskonditionierer, der eine abgestufte Konfiguration aufweist.
- Ein Verfahren zur Messung eines Druckabfalls entlang eines Strömungskonditionierers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Messen von Fluiddruck mit mindestens einem integrierten Druckmessstutzen eines Strömungskonditionierers gemäß jeder der vorherigen Ausführungsformen.
- Ein Vorteil des Strömungskonditionierers mit integriertem Druckmessstutzen der vorliegenden Erfindung ist, dass er die problemlose Messung eines Druckabfalls ohne teure Drittgeräte ermöglicht (wie separate Lochplattenfittings oder Lochflanschanschlüsse) und ohne durch einen Druckmessstutzen die Rohrwandung selbst anzapfen zu müssen.
- Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie ein standardisiertes Druckmessstutzen-Layout, welches konstante Messwerte bereitstellt, die mittels Basislinientestdaten, unter Verwendung desselben Korrekturfaktors, in einem Prüflabor überprüft werden können, ermöglicht.
- So wie hier verwendet, sind “wesentlich”, „relativ“, „üblicherweise“, „etwa“ und „ungefähr“ relative Angaben, die zulässige Abweichungen von den so modifizierten Merkmalen angeben sollen. Sie sollen den absoluten Wert oder das Merkmal, welches sie modifizieren, nicht beschränken, sondern sich vielmehr einem solchen physikalischen oder funktionalen Merkmal annähern oder dieses erreichen.
- In der detaillierten Beschreibung bedeuten Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“, „irgendeine Ausführungsform“ oder „in Ausführungsformen“, dass das Merkmal, auf das Bezug genommen wird, durch mindestens eine Ausführungsform der Erfindung umfasst wird. Außerdem beziehen sich getrennte Hinweise auf „eine Ausführungsform“, „irgendeine Ausführungsform“ oder „Ausführungsformen“ nicht zwingend auf dieselbe Ausführungsform; aber ebenso wenig schließen sich solche Ausführungsformen gegenseitig aus, sofern nicht anders angegeben, und außer, dass es den Fachleuten ohne weiteres ersichtlich ist. Somit kann die Erfindung jede Variation von Kombinationen und/oder Integrationen von Ausführungsformen, wie hier beschrieben, umfassen.
- Durch die folgende Beschreibung der Zeichnungen, sollten die Verfahren und Systeme dem Fachmann offensichtlich werden.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1A zeigt eine Frontansicht einer ersten Seite eines Strömungskonditionierers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
1B zeigt eine Querschnittsansicht eines Strömungskonditionierers der1A entlang der Linie A-A. -
1C zeigt eine Querschnittsansicht eines Strömungskonditionierers der1A entlang der Linie B-B. -
1D zeigt eine Detaildarstellung des Details C von1C . -
2A zeigt eine Frontansicht einer ersten Seite eines Strömungskonditionierers gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
2B zeigt eine Querschnittsansicht eines Strömungskonditionierers der2A . -
3 zeigt eine Querschnittsansicht eines abgestuften Strömungskonditionierers mit einem integrierten Druckmessstutzen gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung -
4 ist eine schematische Darstellung eines Strömungskonditionierers in einer Rohrleitung stromaufwärts eines Strömungsmessers gemäß der vorliegenden Erfindung. - Durch die folgende Beschreibung der Zeichnungen, sollten die Verfahren und Systeme dem Fachmann offensichtlich werden.
- Detaillierte Beschreibung der Erfindung
- Der Strömungskonditionierer gemäß der vorliegenden Erfindung kann zur Durchflussmessung und Strömungsdiagnose, zum Beispiel in Öl-, Gas- und Wasserrohrleitungen, verwendet werden. Der Strömungskonditionierer umfasst mindestens einen Druckmessstutzen, der in dem Strömungskonditionierer selbst integriert ist. Somit kann der mindestens eine Druckmessstutzen aus demselben Material wie der Strömungskonditionierer gefertigt und ein physischer Teil des Strömungskonditionierer sein. Der mindestens eine Druckmessstutzen ist nicht separat an dem Strömungskonditionierer angebracht oder mit diesem verbunden, zum Beispiel mittels einer Schweiß- oder Klebeverbindung, und der Strömungskonditionierer umfasst nicht irgendwelche Rohrbündel. Der mindestens eine Druckmessstutzen ermöglicht Druckabfallmessungen, die verwendet werden, um die operative Leistung des Strömungskonditionierers festzustellen.
- Wie in
1A gezeigt umfasst eine Strömungskonditionierer100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Platte105 mit einem Lochmuster110 , zum Beispiel, einem radialen Lochmuster oder Anordnung. Das Lochmuster kann ein zentrales Loch in einem Zentrum des Strömungskonditionierers umfassen, umgeben von mindestens einem konzentrischen Ring (z.B. 2–5 konzentrische Ringe) von Löchern. Die Löcher können von jeder geometrischen Form, z. B. einer kreisförmigen Form, sein. - Geeignete Strömungskonditionierer, die mindestens einen integrierten Druckmessstutzen aufweisen können, umfassen CPA, TBR, CPA 50E, und 55E/65E Strömungskonditionierer, die bei Canada Pipeline Accessories, Inc. aus Calgary, Kanada erhältlich sind, sind aber nicht auf diese beschränkt. Geeignete Strömungskonditionierer können integrierte Schaufeln oder eine abgestufte Konfiguration, wie in den
U.S. Patenten 9,334,886 9,297,489 WO 2014/04191 A1 WO 2014/110673 A1 WO 2014/186883 A1 - Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Strömungskonditionierer mindestens einen Druckmessstutzen. In bestimmten Ausführungsformen, kann (1) ein integrierter Druckmessstutzen auf einer ersten (z.b. stromaufwärts) Seite des Strömungskonditionierers; (2) ein integrierter Druckmessstutzen auf einer zweiten (z.b. stromabwärts) Seite des Strömungskonditionierers; (3) ein integrierter Druckmessstutzen innerhalb eines Loches (z.B. einem „Lochhals“) oder (4) jeder Kombination von solch integrierten Druckmessstutzen. Ein Druckmessstutzen innerhalb eines Lochhalses meint einen Punkt innerhalb eines Loches (z.B. einen Punkt innerhalb einer Fluidlänge, die durch das Loch definiert ist). Der mindestens eine Druckmessstutzen kann verwendet werden, um einen Druckabfall vor, während oder nach einem Fluidmessverfahren zu messen.
- In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, kann sich der mindestens eine integrierte Druckmessstutzen
115 durch einen Strömungskonditioniererflansch120 erstrecken (z.B. durchgebohrt sein), wie in1A –D gezeigt. Der Strömungskonditioniererflansch120 umgibt und ist in einer Strömungskonditioniererplatte105 umfassend eine Lochmuster110 integriert. ´ - Wie in
1B gezeigt, kann sich der Druckmessstutzen115 durch den Flansch120 zu einem Loch zu einem Halsanschluss erstrecken. Wie in1C gezeigt, können zwei integrierte Druckmessstutzen vorhanden sein, wobei jeder Druckmessstucken115 sich auf einer Ecke des Strömungskonditionierers, unmittelbar vor oder nach einem Loch (z.B. auf oder nahe einer ersten Seite des Strömungskonditionierers und auf oder nahe einer zweiten Seite des Strömungskonditionierers) befindet. In einer bestimmten Ausführungsform kann der mindestens eine integrierte Druckmessstutzen115 einen inneren zylindrischen Abschnitt125 umfassen, dass eine äußere Gewindeverbindung130 abfängt oder sich dieser anschließt. - Der mindestens eine Druckmessstutzen ermöglicht die Messung von Fluiddruck an verschiedenen Punkten auf der Oberfläche des Strömungskonditionierers (z.B. der Stromaufwärts-Seite, der Stromabwärts-Seite) und/oder innerhalb eines oder mehrerer Löcher. Die Fluiddruckmessungen oder Ablesungen können von dem Strömungskonditionierer unter Verwendung von Verbindungen auf dem Strömungskonditioniererflansch weitergeleitet werden. Die Verbindungen auf dem Flansch können so gefertigt sein, um den National Pipe Thread (NPT) oder anderen Industrie-Standartverbindungen zu entsprechen. In einer bestimmten Ausführungsform können Manometerleitungsverbindungen auf einem Strömungskonditioniererflansch gerfertigt sein, z.B. kann eine Manometerleitungsverbindungen
135 lösbar mit einer Gewindeverbindung130 des mindestens einen Druckmessstutzen verbunden sein, wie in1C gezeigt. - Wie in
2A gezeigt, kann sich ein integrierter Druckmessstutzen115 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch den Flansch120 zwischen den Löchern erstrecken. Der zylindrische Abschnitt125 des integrierten Druckmessstutzen kann dann konfiguriert sein (z.B. gekrümmt in einem Winkel wie in2B gezeigt), um einen Punkt auf der Oberfläche des Strömungskonditionierers zu erreichen. - Wie in
3 gezeigt, kann ein Strömungskonditionierer eine abgestufte Konfiguration aufweisen. Mindestens ein integrierter Druckmessstutzen erstreckt sich durch den Strömungskonditioniererflansch zu einem Loch. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann mindestens ein Strömungskonditionierer konfiguriert sein, um Fluiddruck auf einer ersten Seite des Strömungskonditionierers und/oder einer zweiten Seite des Strömungskonditionierers zu messen. - Bei der Verwendung, wie in
4 gezeigt, ist der Strömungskonditionierer100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stromaufwärts eines Durchflussmessers in einem Fluidstromrohr einer Rohranordnung platziert. Der erste Abschnitt der Rohranordnung hat eine Rohrlänge UL1 und der zweite Abschnitt der Rohranordnung hat eine Rohrlänge UL2. Die kombinierten Längen des ersten Abschnitts der Rohranordnung, UL1, und des zweiten Abschnitts der Rohranordnung, UL2, wird als UL3 dargestellt. - Der Strömungskonditionierer erzeugt einen Fluiddruckabfall, der unter Verwendung des mindestens einen Druckmessstutzens gemessen wird. In einer bestimmten Ausführungsform werden Drücke auf mindestens einem von einer Stromaufwärts-Seite, einer Stromabwärts-Seite oder einem Lochhals gesammelt und über den Strömungskonditioniererflansch und Verbindungen zu einem Strömungscomputer übermittelt. Die Drücke werden dann verglichen, um den Strom entlang des Strömungskonditionierers zu berechnen.
- Der Strömungskonditionierer mit einem integrierten Druckmessstutzen der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Messung eines Druckabfalls ohne teure Drittgeräte (wie Lochplattenfittings oder Lochflanschanschlüsse (OFU), zum Beispiel, diejenigen, die von DANIEL® erhältlich sind), und ohne durch einen Druckmessstutzen die Rohrwandung selbst anzapfen zu müssen. Daher müssen keine zusätzlichen Modifikationen an den Rohrleitungen vorgenommen werden. Ein Kunde muss keine Ausrüstung kaufen und sie für andere Verwendungen modifizieren (z.B ein Lochplattenfitting enthaltend einen Strömungskonditionierer).
- Derzeit ist die Lage der Messstutzen hinsichtlich eines Strömungskonditionierer nicht einheitlich Dementsprechend müssen die Druckdaten gemessen und einem Korrekturfaktor unterzogen werden. Demgegenüber ermöglicht der Strömungskonditionierer gemäß der vorliegenden Erfindung für ein standardisiertes Messstutzen-Layout (Größe und Lage der Messstutzen), das konstante Messwerte bereitstellt ermöglicht, die mittels Basislinientestdaten in einem Prüflabor überprüft werden können, die Verwendung von desselben Korrekturfaktors.
- Obwohl die vorliegende Erfindung in Form von besonderen beispielhaften und alternativen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Alternative Ausführungsformen, Beispiele und Modifikationen, die durch die Erfindung umfasst sind, können durch Fachleute gefertigt werden, insbesondere angesichts der vorhergehenden Lehren.
- Diese Fachleute werden verstehen, dass verschiedene Anpassungen und Modifikationen der oben beschriebenen beispielhaften und alternativen Ausführungsformen konfiguriert sein können, ohne den Umfang und den Sinn der Erfindung zu verlassen. Daher wird davon ausgegangen, dass die Erfindung, anders als ausdrücklich hier beschrieben, innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche ausgeführt werden kann.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- US 9334886 [0030]
- US 9297489 [0030]
- WO 2014/04191 A1 [0030]
- WO 2014/110673 A1 [0030]
- WO 2014/186883 A1 [0030]
Claims (15)
- Ein Strömungskonditionierer umfassend: eine Platte mit einem Lochmuster und einen die Platte umgebenden Flansch; und mindestens einen Druckmessstutzen, der in den Strömungskonditionierer integriert ist, wobei der mindestens eine Druckmessstutzen an mindestens einer von einer ersten Seite des Strömungskonditionierers, einer zweiten Seite des Strömungskonditionierers, innerhalb eines Lochs oder einer Kombination davon angeordnet ist.
- Ein Strömungskonditionierer nach Anspruch 1 umfassend einen integrierten Druckmessstutzen an einer ersten Seite des Strömungskonditionierers, einen integrierten Druckmessstutzen an einer zweiten Seite des Strömungskonditionierers und einen integrierten Druckmessstutzen innerhalb mindestens eines Lochs.
- Ein Strömungskonditionierer nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine integrierte Druckmessstutzen sich durch den Flansch zu mindestens einem Loch erstreckt.
- Ein Strömungskonditionierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend zwei integrierte Druckmessstutzen, wobei jeder integrierte Druckmessstutzen an einer Ecke der Strömungskonditioniererplatte unmittelbar vor oder nach einem Loch angeordnet ist.
- Ein Strömungskonditionierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine integrierte Druckmessstutzen einen inneren zylindrischen Abschnitt, der sich einer äußeren Gewindeverbindung anschließt, umfasst.
- Ein Strömungskonditionierer nach Anspruch 5, weiter umfassend eine Manometerleitungsverbindung, die lösbar mit einer äußeren Gewindeverbindung verbunden ist.
- Ein Strömungskonditionierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lochmuster einen inneren Ring von Löchern und mindestens einen äußeren Ring von Löchern umfasst.
- Ein Strömungskonditionierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strömungskonditionierer eine abgestufte Konfiguration aufweist.
- Ein Strömungskonditionierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der mindestens eine integrierte Druckmessstutzen zwischen den Löchern erstreckt und in einem Winkel gekrümmt ist, dass er an eine Oberfläche des Strömungskonditionierers anschließt.
- Ein Strömungskonditionierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strömungskonditionierer kein Rohrbündel aufweist.
- Ein Strömungskonditionierer mit einem integriertem Druckmessstutzen umfassend: eine Platte mit einer Mehrzahl von Löchern und einen die Platte umgebenden Flansch; und mindestens einen Druckmessstutzen, der in den Strömungskonditionierer integriert ist, wobei der mindestens eine Druckmessstutzen an einer Oberfläche, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer ersten Seite des Strömungskonditionierers, einer zweiten Seiten des Strömungskonditionierers, einem Lochhals und einer Kombination davon, angeordnet ist.
- Eine Rohranordnung zur Strömungsmessung umfassend: ein Fluidströmungsrohr; ein Strömungskonditionierer nach Anspruch 1, der in dem Fluidströmungsrohr in einer im Wesentlichen senkrechten Ausrichtung zur Achse des Fluidströmungsrohrs angeordnet ist.
- Eine Rohranordnung nach Anspruch 12, wobei dort das Fluidströmungsrohr kein Lochplattenfitting oder Lochflanschanschluss für den Strömungskonditionierer enthält.
- Ein Verfahren zum Messen eines Druckabfalls entlang eines Strömungskonditionierers, das das Messen von Fluiddruck mit dem mindestens einen integrierten Druckmessstutzen eines Strömungskonditionierers nach Anspruch 1 umfasst.
- Ein Verfahren nach Anspruch 14, das weiter das Übertragen der Messungen mittels einer Manometerleitungsverbindung auf dem Flansch, die lösbar mit dem mindestens einen integriertem Druckmessstutzen verbunden ist, umfasst
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