DE69002194T2 - Durchflussmesser. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Durchflußmesser, und insbesondere Nebenstrom-Durchflußmesser oder sog. Bypass-Durchflußmesser.
• Ein Bypass-Durchflußmesser umfaßt das Vorsehen eines Durchflußmessers in Verbindung mit einem Abzweigrohr, das selbst parallel zu einem relativ größeren Hauptrohr verläuft und mit ihm verbunden ist, um eine Messung der Strömung im Hauptrohr vorzusehen. Die Verwendung solcher Durchflußmesser ist gut bekannt. Typischerweise in solchen Umständen, wo direkte Messungen schwierig und/oder im Hinblick auf die Ausrüstung kostspielig sind. So z.B. die US-A-4,475,387. Bypass-Durchflußmesser werden jedoch mit wenig genauer Messung in Zusammenhang gebracht, da es häufig schwierig ist, eine angemessene Beziehung zwischen dem tatsächlich gemessenen Abzweigstrom und dem interessierenden Hauptstrom zu etablieren und/oder aufrechtzuerhalten.
• Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, diese letzterwähnte Schwierigkeit zu verringern und in dieser Hinsicht wird eine Anordnung oder ein Zusammenbau in oder für eine Rohrleitung geschaffen, umfassend ein Hauptrohr und eine Anzahl von Abzweigrohren mit geringerem Durchmesser als das Hauptrohr, die einzeln parallel zum Hauptrohr verlaufen und mit ihm verbunden sind, wobei mindestens eines der Abzweigrohre mit einem entsprechenden Durchflußmesser ausgerüstet ist und mindestens ein weiteres Abzweigrohr mit einem entsprechend wahlweise betätigbaren Rohrverschlußmittel ausgerüstet ist.
• Vorteilhafterweise umfaßt jedes Abzweigrohr einen entsprechenden Durchflußmesser und Rohrverschlußmittel.
• Ferner sind sämtliche Abzweigungen vorteilhafterweise gleich aufgebaut.
• Die Verwendung der vorgeschlagenen Anordnung in einer Rohrleitung, um die Strömung durch das Hauptrohr zu überwachen, involviert einen Ablauf betriebsmäßiger Phasen, in der jedes der Rohrverschlußmittel verschieden betätigt wird oder nicht, um ein einziges, eine Untergruppe oder sämtliche der Rohre offenzulassen. Jede solche Phase bedingt mindestens, daß ein Durchflußmesser wirksam ist, um eine Messung der entsprechenden Strömung vorzusehen.
• In jedem Fall wird ein Satz von Strömungsmessungen vorgesehen, von dem eine verbesserte Genauigkeit durch Vergleich erhalten wird, unter Eliminierung der einzelnen, die so abweichen, daß sie einen hochgradigen Irrtum anzeigen, und wobei unter Durchschnittsbildung geringfügigere Irrtümer aufgrund der einzelnen Messungsvariationen verringert werden, oder durch wirksame Auswertung unter gleichzeitiger Lösung von Gleichungen, die die individuellen Messungen darstellen, wodurch unbekannte Faktoren eliminiert werden.
• Die vorliegende Erfindung wird durch Betrachtung der beiliegenden Zeichnung verdeutlicht, die anhand eines Beispieles eine durch sie vorgeschlagene Anordnung schematisch darstellt.
• Die aufgezeigte Anordnung umfaßt eine Länge eines Hauptrohres 10, das an seinen Enden geflanscht oder sonstwie zur reihenmäßigen Verbindung in einer Rohrleitung entsprechender Größe ausgebildet ist.
• Eine Vielzahl relativ kleinerer Abzweigrohre 11 wird vorgesehen, die individuell mit dem Hauptrohr 10 verbunden sind und dazu parallel verlaufen, und sich zwischen den Endbereichen des letzteren erstrecken. Jedes Abzweigrohr umfaßt ein Paar Isolierventile 12 bzw. 13, die angrenzend an ihren genüberliegenden Enden angeordnet sind, mit einem Durchflußmesser 14 zwischen diesen Ventilen, der Wirbel-Form oder eine andere geeignete Form besitzt. Ferner kann jedes Abzweigrohr einen Durchfluß-Geradausrichter 15 in geeigneter Weise umfassen, der oberstromig vom entsprechenden Durchflußmesser angeordnet ist, jedoch unterstromig vom Isolierventil 12 in der Richtung, wobei das Ventil selbst entsprechend angrenzend an das Einlaßende des Abzweigrohres angeordnet ist.
• Vom Prinzipiellen Aufbau der aufgezeigten Anordnung her wird das Hauptrohr zuletzt mit einer Öffnungsplatte 16 oder einer anderen, die Strömung einschränkenden Formation versehen, um den Durchfluß durch die Abzweigrohre im Gebrauch zu unterstützen.
• In einer relativ einfachen Ausführungsform der Anordnung werden lediglich zwei Abzweigrohre vorgesehen, wobei diese Rohre und ihre dazugehörigen Elemente die gleiche Form aufweisen und ferner in geeigneter Weise einheitlich um das Hauptrohr angeordnet sind. Der Einsatz der Durchflußmessung umfaßt einen zweistufigen betriebsmäßigen Ablauf. In einer Stufe wird ein einziger Zweig geöffnet, und der Durchfluß durch diese Abzweigung wird durch den relevanten Durchflußmesser gemessen, und wobei in einer weiteren Stufe beide Zweige geöffnet werden, und diese Zweige gleich sind und die Strömung durch lediglich einen von ihnen gemessen wird. Tatsächlich ist dieser Betrieb so, daß die Anordnung theoretisch weiter vereinfacht werden kann, daß lediglich ein Zweig mit einem Durchflußmesser versehen wird, während der andere lediglich Rohrverschlußmittel besitzt.
• In jedem Fall umfaßt jede Stufe zwei grundlegende Betriebszustände, nämlich, daß die Gesamtströmung durch die Anordnung kontinuierlich ist, und daß das Hauptrohr und das Abzweigrohr dem gleichen Druckabfall zwischen ihren Verbindungen unterliegen. Diese Bedingungen werden durch die folgenden Gleichungen dargestellt:
• QT = QM1 + QB1 (1)
• und KM1QM1² = KB1QB1² (2)
• für die erste Stufe mit einem offenen Zweig, worin QT, QM1, QB1 die Volumendurchflußgeschwindigkeiten durch die Gesamtanordnung, das Hauptrohr und das Abzweigrohr darstellen, während KM1, KB1 Verlustkoeffizienten darstellen, die sich auf das Haupt- und Abzweigrohr beziehen.
• Für die zweite Stufe gilt ähnlich folgendes:
• QT = QM2 + 2QB2 (3)
• und KM2QM2² = KBZ QB2² (4)
• wobei QM2, QB2, die Volumendurchflußgeschwindigkeiten für das Hauptrohr und jedes Abzweigrohr mit zwei offenen Zweigen darstellen, und KM2, KB2 Verlustkoeffizienten für die Haupt- und Abzweigrohre sind.
• Es ist wichtig, die Tatsache zu erkennen, daß KM1 und KM2, und in geringerem Ausmaß KB1 und KB2 sich verändern können, und daß dieses aufgrund von Veränderungen in der Strömungsmittelgeschwindigkeit oder aufgrund von Alterung durch Abnutzung geschehen kann. Im ersten Fall kann man jedoch annehmen, daß KM2=KM1 und KB2=KB1, wonach diese Gleichungen gelöst werden können und den folgenden Ausdruck ergeben:
• wodurch die interessierende Gesamtdurchflußgeschwindigkeit aus den Abzweigmessungen festgestellt wird.
• Diese Lösung beruht auf der Annahme, daß die Verluste in den einzelnen Rohren konstant sind, wobei diejenigen im Hauptrohr im wesentlichen auf die Öffnungsplatte oder andere Einschränkungsvorrichtungen zurückzuführen sind. Es wird ferner angenommen, da alle Abzweigungen gleich sind, daß die Strömungen in den einzelnen Zweigen für jede der Betriebsphasen gleich sind. Die letzte Annahme ist nicht in dem Ausmaß kritisch, daß ein gleiches Betriebsverfahren und Analyse, wie die obige, durchgeführt werden kann, wenn die Abzweigungen nicht gleich sind. Die erste oben erwähnte Annahme, die sich auf die Verlustkoeffizienten bezieht, stellt jedoch eine Annäherung dar, die in unterschiedlichen praktischen Fällen annehmbar sein kann oder nicht, wobei weitere Maßnahmen in Betracht gezogen werden, die innerhalb des Rahmens dieser Erfindung liegen, um dieser Tatsache gerecht zu werden.
• In den Fällen, wo die Annäherungen generell annehmbar sind, kann die obige einfache Situation dadurch verbessert werden, daß die Messungen QB1, QB2 aus jeder der beiden Zweige erhalten werden, wodurch ein Vergleich erreicht wird, um das Vorhandensein eines bedeutenden Irrtums anzuzeigen und/oder eine Durchschnittsbildung durchzuführen, um einen kleineren Irrtum zu verringern.
• Weitere Verbesserungen können mit ähnlichen Anordnungen erzielt werden, die mehr als zwei Abzweigrohre umfassen, die entsprechende Durchflußmesser und Isolierventile besitzen. Vorausgesetzt, daß eine entfernte Wahrscheinlichkeit eines bedeutenden Irrtums vorliegt, der aus mehr als einem Zweig zu irgendeiner Zeit auftritt, so kann so ein Irrtum einer besonderen Abzweigung zugeordnet werden, indem man die aufeinanderfolgender Messungen der einzelnen Zweige bzw. Abzweigungen vergleicht und die fehlerhafte Abzweigung kann stillgelegt werden, bis eine korrektive Handlung durch Wartung oder Ersatz vorgenommen wurde. Ferner wird der Rahmen für die Durchschnittsbildung weit verbessert durch die Möglichkeit von Messungen, bei denen einzelne Zweige offen sind, unterschiedliche Zweigpaare offen sind, usw., bis sämtliche Abzweigungen offen sind.
• Falls die Annäherungen nicht annehmbar sind, sind unterschiedliche Messungen zur Bestimmung von QT geeignet, wobei diese wahrscheinlich die Verwendung eines geeigneten Computers umfassen.
• Ferner oder zusätzlich kann es angemessen sein, eine mögliche Veränderung bei QT zu gestatten, während sich das Gesamtdurchflußmuster durch die offenen Rohre von einer zur anderen Betriebsphase verändert. Dieses kann erzielt werden durch den Einsatz bzw. die Entwicklung von zwei Anordnungen der gegenwärtig vorgeschlagenen Form in Reihe mit einer solchen Anordnung, die verwendet wird, um die relative Größe von QT zu überwachen, wodurch der Betrieb der anderen Anordnung eingestellt werden kann. Die beiden Anordnungen brauchen für diesen Zweck hinsichtlich Größe und Layout nicht gleich zu sein.
• Ob ein entsprechender Computer zur Bestimmung von QT eingesetzt wird oder nicht, so wird es wahrscheinlich angemessen sein, ein solches Gerät einzusetzen, um die Betriebsphasen zu steuern, das korrekte Funktionieren der Durchflußmesser zu prüfen und Fälle von signifikantem Fehler oder Versagen anzuzeigen und andere Aufgaben zu erledigen. In dieser Hinsicht dürfte es einleuchten, daß die Wartung der vorgeschlagenen Vorrichtung erleichtert werden kann, indem ein Zweig oder dessen Bestandteile entfernbar sind, ohne die anderen Strömungen oder zugehörige Abläufe zu unterbrechen.
• Die beiliegende Zeichnung ist tatsächlich wegen der Vollständigkeit vergrößert und zeigt schematisch, daß eine weitere Anordnung 20 oberstromig der bisher beschriebenen vorgesehen wird, wodurch die relative Größe von QT überwacht werden kann, und wobei ein Mittel 30 auf Mikroprocessor-Basis vorgesehen ist, um die Betriebsphasen zu steuern, Durchflußmessungen aufzunehmen, zu vergleichen und/oder den Durchschnitt solcher Messungen zu bilden, und eine Messung der Hauptrohrströmung abzuleiten.
• Während diese Beschreibung bisher unter Bezugnahme auf die Messung und Bestimmung von Volumenströmungsgeschwindigkeiten gegeben worden ist, können gleiche Verfahrensabläufe unter Bezugnahme auf Geschwindigkeiten und ebenfalls durch Aufnahme eines Dichtemaßes auf die Massenströmungsgeschwindigkeit angewandt werden. Falls tatsächlich die Dichte des Strömungsmediums durch die Anordnung hindurch in geeigneter Weise einheitlich ist, wird es möglich, den Massendurchfluß direkt durch Verwendung der Durchflußmesser anzuzeigen, die die Masse wahrnehmen.

Claims (12)

1. Eine Anordnung oder ein Zusammenbau in oder für eine(r) Rohrleitung, umfassend ein Hauptrohr (10) und eine Anzahl von Abzweigrohren (11) mit geringerem Durchmesser als das Hauptrohr (10), die einzeln parallel zum Hauptrohr (10) verlaufen und mit ihm verbunden sind, wobei mindestens eines der Abzweigrohre (11) mit einem entsprechenden Durchflußmesser (14) ausgerüstet ist und mindestens ein weiteres Abzweigrohr (11) mit einem entsprechend wahlweise betätigbaren Rohrverschlußmittel (12,13) ausgerüstet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der jedes Abzweigrohr (11) einen entsprechenden Durchflussmesser (14) und damit verbundene Rohrverschlußmittel (12,13) besitzt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der jedes Rohrverschlußmittel (12,13) ein Paar Ventile besitzt, die entsprechend im zugehörigen Abzweigrohr (11) an dessen gegenüberliegenden Enden angeordnet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der jedes Abzweigrohr (11) einen entsprechenden Durchflußmesser (14) besitzt, und oberstromig davon einen Durchflußausrichter (15) aufweist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der jeder Durchflußausrichter (15) zwischen dem Durchflußmesser (14) und dem oberstromigen Rohrverschlußventil (12) des zugehörigen Abzweigrohres (11) angeordnet ist.

6. Anordnung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, bei der jedes Abzweigrohr (11) die gleiche Form bzw. den gleichen Aufbau besitzt.

7. Anordnung nach Anspruch 2 oder irgendeinem davon abhängigen Anspruch, umfassend Steuerungsmittel (30), das in einem vorbestimmten Ablauf aufeinanderfolgender Phasen betätigbar ist, um jedes Rohrverschlußmittel (12,13) in einer seiner offenen und geschlossenen Stellungen einzustellen, wobei das Muster der eingetellten Stellungen in jeder Phase von irgendeiner anderen Phase des Ablaufs abweicht.

8. Anordnung nach Anspruch 7, die mindestens drei Abzweigrohre (11) besitzt, wobei der Ablauf drei aufeinanderfolgende Phasen umfaßt, in jeder von diesen lediglich eine entsprechend abweichende der Rohrverschlußmittel (12,13) offen eingestellt ist und Mittel (30) umfaßt, zum Vergleich der Ausgänge der Durchflußmesser (14), die während dieser drei Phasen betriebsbereit sind.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, umfassend Mittel (30) zur Mittelbildung der Ausgänge von den Durchflußmessern (14) zwischen den aufeinanderfolgenden Phasen.

10. Anordnung nach Anspruch 7, 8 oder 9, umfassend Mittel (30) zum Auswerten einer representativen Strömungsmittelgeschwindigkeit durch das Hauptrohr (10) ansprechend auf die Ausgänge der Durchflußmesser (14).

11. Anordnung nach Anspruch 10, in Kombination mit einem weiteren Hauptrohr in oder für eine Reihenverbindung mit dem ersterwähnten Hauptrohr und Mitteln zum Überwachen einer Strömungsgeschwindigkeit durch das weitere Hauptrohr, wobei die Auswertungsmittel ansprechend auf die Überwachungsmittel betriebsmäßig einstellbar sind.

12. Anordnung nach Anspruch 11, bei der das weitere Hauptrohr und die Überwachungsmittel eine Anordnung (20) nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10 umfassen.