ITFI20060009A1 - Metodo e strumento per la rilevazione di aria e/o di altri gas all'interno di liquidi in transito - Google Patents

Description

"METODO E STRUMENTO PER LA RILEVAZIONE DI ARIA E/O DI ALTRI GAS ALL'INTERNO DI LIQUIDI IN TRANSITO"

DESCRIZIONE

Scopo della presente invenzione è la realizzazione di uno strumento per la rilevazione, in maniera continua, della presenza di aria e/o gas all'interno di liquidi. Una delle applicazioni principali del suddetto strumento si trova nei sistemi per la misurazione di idrocarburi o comunque di liquidi in genere dove deve essere garantita la misurazione di solo liquido.

Non verranno di seguito descritte le modalità con le quali un determinato sistema di trasferimento e misurazione di liquidi può utilizzare le informazioni derivanti dallo strumento oggetto dell'invenzione. Infatti questi sistemi possono essere realizzati in molti modi, al variare dei quali variano anche le modalità di applicazione dello strumento in oggetto. In un caso tipico - come ad esempio quello sopra accennato - l'informazione concernente la presenza di aria e/o gas può essere usata semplicemente per chiudere una valvola e bloccare il passaggio del prodotto attraverso il misuratore. Altrimenti, può essere utile non chiudere completamente la suddetta valvola ma parzializzare la chiusura per non interrompere l'erogazione di prodotto. In altri casi è possibile spengere la pompa di travaso congiuntamente o meno alla chiusura della valvola di erogazione. Ancora, è possibile intervenire deviando il flusso prima del misuratore, rimandandolo in aspirazione alla pompa.

In tutti i suddetti casi, i sistemi nel loro complesso possono risultare molto diversi gli uni dagli altri; ciò che non cambia è lo strumento oggetto del-l'invenzione, che ha lo scopo di fornire l'informazione di presenza di aria e/o gas all'interno del liquido che si sta misurando.

Tale informazione può essere fornita in varie modalità tipo, quali ad esempio con contatti privi di tensione, mediante comunicazione su protocollo seriale e/o parallelo, con un segnale in tensione o corrente proporzionale alla percentuale di aria e/o gas, od altri.

Un oggetto dell'invenzione è un metodo per la rilevazione di aria e/o di altri gas all'interno di liquidi in transito, secondo il quale viene effettuata una trasmissione di onde acustiche - in specie nella gamma degli ultrasuoni - attraverso la massa da esaminare, e viene misurata l'attenuazione dell'energia incidente nel transito attraverso la detta massa.

Un altro oggetto dell'invenzione è uno strumento per la rilevazione di aria e/o altro gas all'interno di liquidi in transito, che comprende un emettitore di onde acustiche - in specie nella gamma degli ultrasuoni -ed un ricevitore di dette onde acustiche, posti su una sezione di misura perpendicolare o comunque inclinata rispetto alla direzione del flusso da controllare.

Altre caratteristiche dell'invenzione sono definite nelle rivendicazioni secondarie.

Lo strumento si basa sulla trasmissione di onde acustiche - della gamma degli ultrasuoni - tra un emettitore ed un ricevitore posti su una sezione di misura perpendicolare, o comunque obliqua, rispetto al flusso del liquido. I due sensori possono essere montati in vari modi, in specie nei tre modi di Fig.l, Fig.2 e Fig.3.

Secondo la Fig.l vengono previsti emettitore 11 e ricevitore 13 delle onde acustiche in posizioni diametralmente opposte rispetto al condotto 15 di flusso del fluido da controllare; nella zona centrale tendono a concentrarsi le bolle gassose, che vengono bene intercettate dal flusso delle onde acustiche, essendo emettitore e ricevitori affacciati in trasparenza.

Secondo la Fig.2, l'emettitore 21 ed il ricevitore 23 sono posizionati in modo tale per cui il flusso del le onde acustiche subisce una riflessione e quindi descrive due tratti obliqui (obliqui in riflessione).

Secondo la Fig.3, l'emettitore ed il ricevitore sono combinati in 31, per cui il flusso delle onde acustiche descrive due tratti diametrali coincidenti, cioè accoppiati in riflessione.

La scelta del tipo di montaggio dipende dalle dimensioni della tubazione e dalla sensibilità che lo strumento deve avere nel riconoscere la presenza di aria o gas presenti nel liquido e trascinati dal liquido.

A titolo di esempio si riportano alcuni criteri di scelta.

Il tipo "Obliquio in Riflessione" di cui alla Fig.2 è da preferirsi nel caso di grosse tubazioni (maggiore di 8''), mentre il tipo "Accoppiati in Riflessione" di cui alla Fig.3 è da preferirsi in applicazioni dove è richiesta la massima sensibilità. La soluzione di Fig.l con attraversamento semplice è 1'applicazione concettuale.

La coppia Trasmettitore/Ricevitore può essere normalmente montata su di una apposita flangia o su di un tronchetto di tubazione, ma può anche essere montata su attrezzature di impianti di trasferimento e misurazione già esistenti quando si prestano direttamente a garantire i percorsi degli ultrasuoni conformi all'una od all'altra delle soluzioni delle Figg.l, 2 e 3.

Come già indicato, lo strumento si basa sul principio fisico dell'attenuazione dell'energia incidente durante il passaggio degli ultrasuoni attraverso fluidi con impedenza acustica diversa, come lo sono i liquidi ed i gas. Infatti l'energia che raggiunge il ricevitore diminuisce all'aumentare della differenza tra l'impedenza acustica dei fluidi attraversati e quella propria della coppia Trasmettitore-Ricevitore. Il parametro che misura tale l'attenuazione è il "Coefficiente di Trasmissione T ".

Indicando:

l,a d.ensi.t.à. con p m

la Velocità di propagazione longitudinale con v in

la Impedenza Acustica genericamente con in

la Impedenza Acustica del sensore con Zs ;

la Impedenza Acustica del fluido con Zf ;

il Coefficiente di trasmissione T è espresso da

Considerando mediamente i seguenti valori di impedenza acustica:

Zs=1,7x10<6>

Zf=0,13x10<6>nel caso di Gasolio

Ζf=150 nel caso di aria

si ottiene che il Coefficiente di Trasmissione (espresso in percentuale) varia da:

26% nel caso di trasmissione tra sensore e gasolio 0,035% nel caso di trasmissione tra sensore ed aria.

Normalizzando a 100 i due valori sopra calcolati, si ottiene che il Coefficiente di Trasmissione Normalizzato varia da 100 a 0,13. La dinamica associata a questo indicatore è quindi 769. Utilizzando questa importante variazione, si riesce facilmente a valutare, non solo se nel liquido si ha presenza di aria e/o gas, ma anche a valutarne l'entità.

Per la misura del Coefficiente di Trasmissione può essere utilizzato lo schema di principio di Fig.4.

L'emettitore 11 o 21 o 31 viene alimentato ad intervalli fissi dalla scheda a Micro processore 51 mediante impulsi schematizzati in I , di durata prestabilita. Il segnale R ricevuto dal ricevitore viene rad drizzato e successivamente inviato ad un rilevatore di picco RP con lo scopo di ottenere il valore di misura "V" (segnale - analogico o digitale - all'uscita di RP ) . Tale valore V viene comparato con il valore Vt (ottenuto in sede di taratura iniziale dello strumento) per ottenere il valore di " T% ": La percentuale così ottenuta viene elaborata dal Micro processore che fornisce l'uscita U , la quale è utilizzata comunque, ed in specie per il comando degli organi di intercettazione del flusso.

L'elaborazione del valore "Γ" può essere fatta in modo analogico od in modo digitale.

Elaborazione Analogica

Il segnale a valle dello studio "raddrizzatore rivelatore di picco" RP viene fatto passare da un filtro passa basso con frequenza di talio tale da ottenere la dinamica desiderata (normalmente è sufficiente avere un tempo di risposta di 0,3 - 0,5 sec.). L'uscita dal filtro viene acquisita dal microprocessore 51 che la confronta con una soglia prestabilita. Tale sistema è indicato ove non sia necessario rilevare una percentuale continua di aria e/o gas presente nel liquido, ma al contrario sia sufficiente avere un segnale di on/off. Elaborazione Digitale

In questo caso, ad ogni ciclo di trasmissione del segnale dal trasmettitore al ricevitore, a valle dello stadio di "raddrizzatore rilevatore di picco" RP il microprocessore 51 esegue un campionamento del valore di "V" . Dopo un certo numero di campioni, viene calcolato "T" mediante il rapporto tra la media dei "F" ed il valore di taratura Vt . Tale procedura è necessaria in quanto - soprattutto quando la percentuale di aria e/o gas è molto bassa - il passaggio di bolle che attraversa la sezione interessata dalla trasmissione degli ultrasuoni assume un andamento irregolare. Risulta quindi evidente la necessità di valutare la quantità di aria e/o gas che sta passando dallo strumento su base statistica. Questo approccio è fondamentale quando la precisione del sistema di misurazione di liquidi richiede una segnalazione anche nel caso di un passaggio anche delle più piccole quantità di aria e/o gas. In questo caso il segnale in uscita dallo strumento può essere di due tipi:

- un doppio contatto per gestire la parzializzazione del flusso su due stadi in funzione dell'entità di presenza di aria nel flusso;

— un segnale continuo - in corrente od in tensione - o comunque mediante comunicazione su protocollo seria le o parallelo per un comando continuo di parzializzazione .

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Uno strumento per la rilevazione di aria e/o altro gas all'interno di liquidi in transito, caratterizzato dal fatto di comprendere un emettitore di onde acustiche ed un ricevitore di dette onde acustiche posti su una sezione di misura perpendicolare, o comunque inclinata rispetto alla direzione del flusso da controllare.
2. 2. Strumento come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che due sensori (emettitore e ricevitore) sono montati in posizioni circa diametralmente opposte in una sezione di condotto di transito del fluido da esaminare (affacciati in trasparenza).
3. 3. Strumento come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i due sensori (emettitore e ricevitore) sono montati in una sezione di condotto di transito del fluido da esaminare, in modo tale per cui le onde acustiche subiscano almeno una riflessione.
4. 4. Strumento come da rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che emettitore e ricevitore sono posizionati con una angolazione (obliqui in riflessione).
5. 5. Strumento come da rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che emettitore e ricevitore sono combinati, e la riflessione è tale da ottenere il ritorno nella stessa direzione dell'emettitore.
6. 6. Strumento come da una almeno delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi per alimentare l'emettitore ad intervalli fissi, mezzi per raddrizzare i segnali captati dal ricevitore, ed un rilevatore di picco per ottenere un valore "V" di uscita da comparare con un valore di taratura Vt ; la percentuale così ottenuta venendo elaborata da una logica di controllo.
7. 7. Strumento come da una almeno delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la coppia Trasmettitore/Ricevitore viene normalmente montata su di un apposito tronchetto di tubazione o su attrezzature di impianti di trasferimento e misurazione esistenti.
8. 8. Metodo per la rilevazione di aria e/o di altri gas all'interno di liquidi in transito, caratterizzato dal fatto che viene effettuata una trasmissione di onde acustiche attraverso la massa da esaminare e che viene misurata l'attenuazione dell'energia incidente nel transito attraverso la detta massa.
9. 9. Metodo come da rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che le onde acustiche sono comprese nella gamma degli ultrasuoni.
10. 10. Metodo come da rivendicazione 8 e/o 9, caratte rizzato dal fatto che detta trasmissione viene effettuata attraverso una massa in transito.
11. 11. Metodo come da una almeno delle rivendicazioni 8 e successive, caratterizzato dal fatto che la trasmissione viene effettuata fra un emettitore ed un ricevitore ed in presenza di almeno una riflessione.
12. 12. Metodo come da una almeno delle rivendicazioni 8 e successive, caratterizzato dal fatto che viene misurato il coefficiente di trasmissione, ed il valore misurato viene elaborato in maniera analogica.
13. 13. Metodo come da una almeno delle rivendicazioni 8 a 11 caratterizzato dal fatto che iene misurato il coefficiente di trasmissione ed il valore misurato viene elaborato in maniera digitale.
14. 14. Metodo come da una almeno delle rivendicazioni 8 e successive, caratterizzato dal fatto che viene misurato un valore medio in un prestabilito tempo di transito di fluido calcolato su base statistica.
15. 15. Metodo e strumento per la rilevazione di aria e/o di altri gas all'interno di liquidi in transito; il tutto come sopra descritto e rappresentato per esemplificazione nell'annesso disegno.