JP2017528663A - 蒸気結合部を有するプロセス変数送信器用マニホールド - Google Patents

Abstract

プロセス変数送信器マニホールドが提供され、それはバルブ及びフランジ付き搭載用面（２１８）を有するバルブ本体（２０２）を具備する。バルブ本体（２０２）は、バルブ（１０２）を通過するプロセス流体を選択的に結合させるためにそこを通過するポート（２０４）、及びバルブ本体内に冷却用チャネルを有する。冷却用チャネル（２１２）は、入口（２０８）、出口（２１０）、及び入口と出口戸を接続する通路（２１２）を有する。マニホールド内のプロセス流体の温度を制御する方法は、また提供される。該方法は、マニホールド（２００）内のチャネルを通過させて流体を通過させること、マニホールドを貫通する少なくとも１つの穴（２１２）を通過させてプロセス流体を通過させること、及びチャネルを通過する流体の或る特定の温度に基づいて、プロセス流体の伝導性の冷却又は加熱によりプロセス流体の温度を調整すること、を包含する。

Description

本発明は、産業プロセスにおけるプロセス流体の流れに関する。より具体的には本発明は、プロセス変数送信器用マニホールドの冷却に関する。

石油精製所において、流れを計測するためのオリフィス板、平均化ピトー管などの使用は、通常のことである。計測される何らかのプロセス流体は、約７００°Ｆの温度でありえ、そして約２００°Ｆ未満で凝固することが多い。流速及び他の変数を計測し且つ通信するところのプロセス変数送信器は、一般的には約２００°Ｆを超える温度で動作することができないエレクトロニクスを有する。これが原因で、プロセス変数送信器のプロセス流管への搭載又は近接結合は、プロセス流体の高温によってもたらされる送信器エレクトロニクスの過熱のゆえに実現されえない。送信器エレクトロニクスの加熱を軽減するために、プロセス変数送信器は、プロセス流体の配管から離れた距離に置かれることが多い。

プロセス配管から送信器エレクトロニクスを分離するために、小口径インパルス配管が用いられうる。インパルス配管は、分岐及び接合を必要とすることが多く、そしてインパルス配管接続において漏洩点なしに維持することは困難でありうる。さらに、小口径管内のプロセス流体の量は少ないので、プロセス流体温度は、インパルス配管において急速に降下しうる。管、特に小口径の管のプロセス流体が、周りの空気よりも高温であるとき、熱は、プロセス流体から周りの空気へと管の壁を通過する。この熱損失は、プロセス流体の温度低下をもたらす。

或る特定のプロセス流体は、もし温度が固有の閾値以下に低下すると凝固する。例えば、約２００°Ｆの温度で重質原油は一般に凝固する。別のプロセス流体は、異なる温度で凝固しうる。これは、圧力を計測するとき、且つプロセス流体が計測インパルス配管において凝固するときに問題である。

インパルス配管内のプロセス流体の凝固、それは閉塞を生成しうる、の機会を減らすために、低圧の蒸気（１インチ当たり３０ポンドのオーダー）が、いくつかの環境において蒸気トレースのために用いられる。蒸気は、プロセス流計測の分野において実用的なものとして一般的に利用可能である。蒸気トレース管は、インパルス配管の隣りに又は近傍に配設されるところの小口径管であり、且つ或る特定の温度、多くの場合約２１２〜２３０°Ｆで圧力をかけられた蒸気を収容し、それはインパルス配管内のプロセス流体の温度をそれらの凝固を防ぐように充分高く維持するのを助ける。

沈殿物の蓄積は、インパルス配管内の閉塞の別の一般的な原因である。流れ内の固形物は、インパルス管配設における最も低い点で堆積する傾向を有する。インパルス配管は、障害物を迂回し及び障害物を超えて、例えばエルボー（曲がり管）及びトラップ（防臭弁）を用いて配管されることが多く、固形物が集まりうる多くの領域を生じさせる。

さらに、インパルス配管内のプロセス漏洩は、プロセス変数送信器での誤った読み取り、例えば誤った差圧の読み取りを生じさせえて、流れ計測精度に重大な影響を有しうる。差圧流計測システムにおける漏洩の可能性は、該システムにおける接続の数に直接的に比例する。

上の検討は、単に一般的な背景情報のために与えられ、且つ請求項の範囲を決定する助けとして用いられることは意図されない。請求項は、背景で記された何らかの又は全ての欠点を解決する実装に限定されるものではない。

プロセス変数送信器マニホールドが提供され、それは、バルブ及びフランジ付き搭載用面を有するバルブ本体を具備する。バルブ本体は、プロセス流体を選択的に結合させるためのポート、及びバルブ本体内に冷却用チャネルを有する。冷却用チャネルは、入口、出口、及び入口及び出口と接続する通路を有する。マニホールド内のプロセス流体の温度を制御する方法がまた提供される。方法は、マニホールド内のチャネルを通して流体を通過させること、及びマニホールドを貫通する少なくとも１つの穴を通過するプロセス流体へ結合させることを包含する。マニホールドは、チャネルを通過する流体によって加熱又は冷却される。

この発明の概要及び要約は、簡単化された形態における概念の選択を紹介するために提供され、それらはさらに以下に本明細書において記載される。本慨要及び要約は、請求された事項の鍵となる特徴又は本質的な特徴を識別することを意図されておらず、またそれらは請求された事項の範囲を決定するのを助けるように用いられることも意図されない。

２ゲートバルブの斜視図である。 本発明の実施態様によるゲートバルブマニホールドの正面斜視図である。 図２のゲートバルブマニホールドの背面斜視図である。 図２のゲートバルブマニホールドの平面図である 図４のゲートバルブマニホールドの線５−５に沿って切断された断面図である。 本発明の実施態様によるプロセス計測システムの斜視図である。 本発明の実施態様による方法のフローチャート図である。

図１は、基幹バルブ構成における標準的な２ゲートバルブマニホールド１００を示しており。プロセス流体の差圧への結合において用いられるバルブ１０２及び１０４を有する。入口１０６は、プロセスの器、例えばプロセス配管（図示されていない）に結合するように構成される。穴１０８は、バルブ１０２及び１０４の各々を通過して出口部材１１０へ延在する。ゲートバルブ１００の各バルブ１０２及び１０４は、公知の仕方でその穴１０８を開き及び閉じる。搭載用ブロック１１２は、プロセスシステムの別の部分、例えば差圧構成要素等へゲートバルブ１００を搭載するための搭載用孔１１４を有する。記述されたように、バルブ１０２及び１０４を通過するプロセス流体の流れは、搭載用ブロック１１２を含むゲートバルブ１００の構成要素を加熱し、その結果、搭載用ブロックに結合されたプロセスシステムの別の部分を加熱しうる。

本発明の実施態様によるゲートバルブマニホールド２００は、図２及び３の正面斜視図および背面斜視図に示される。ゲートバルブマニホールド２００は、２ゲートバルブマニホールドとして示されるが、本発明の範囲から逸脱しない限り本発明の実施態様は、より多くの又はより少ないバルブのゲートバルブ束を有するものにも適することが理解されるべきである。

ゲートバルブマニホールド２００は、１の実施態様において、バルブ、例えば上記されたバルブ１０２及び１０４を取り囲むマニホールド本体２０２を備える。マニホールド２００は、ゲートバルブ、例えばゲートバルブ１００の出口１１０へ結合するためのポート２０４を有する。ここで図３及び５もまた参照すると、マニホールド２００は、蒸気通路２１２によって接続された蒸気ポート２０８及び２１０を具備する蒸気パス２０６を有しており、入口として用いられる１つの蒸気ポート、及び出口として用いられる１つの蒸気ポートを有する。図示されたように、蒸気ポート２０８は入口であり、そして蒸気ポート２１０は出口である。蒸気通路２１２（図５）は、蒸気ポート２０８と蒸気ポート２１０とを接続する。蒸気パス２０６は、例えば、標準１／４インチＮＰＴねじ切り蒸気配管によって、その入力蒸気ポート２０８で蒸気供給部（図５参照）へ接続可能である。１／４インチＮＰＴねじ切りが検討される一方で、本発明の範囲を逸脱しない限り、１／２インチ又は別のサイズのＮＰＴ蒸気管から低減するためにレデューサー（径違い継手）が用いられてもよい。該複数のポートは、清浄な通路の保証を可能にするように連桿（管接続による延伸）可能（roddable）である。

図４は、図２及び３のマニホールド２００の平面図であり、そして図５は、図４の線５−５に沿って示されたマニホールド２００の断面図である。ここで図５を参照すると、蒸気パス２０６はより詳細に示される。蒸気は、入口蒸気ポート２０８で入口蒸気管５０２から与えられ、そして蒸気通路２１２を通り抜け、出口蒸気ポート２１０でマニホールド２００を出て、出口蒸気管５０４へ入る。従って、蒸気パス２０６内の蒸気の流れは、矢印２１４の方向であるけれども、入口２０８及び出口２１０並びに入口蒸気管５０２及び出口蒸気管５０４は、本発明の範囲から逸脱しない限り逆になってもよい。

蒸気パス２０６は、１の実施態様において蒸気ポート２０８及び２１０をドリルで穴開けすることによって形成され、そして蒸気通路２１２は、異なる穴開け操作で形成され、マニホールド２００の面２１６から穴開けされた蒸気ポート２０８及び２１０を有し、そして通路２１２は、マニホールドの頂部でフランジ付き搭載用面２１８から実質的に直角に蒸気ポート２０８及び２１０へ穴開けされる。蒸気通路２１２を形成するこの方法は、開口部２２０を残し、開口部２２０は正常運転において栓２２２によって栓をされる。栓２２２は、蒸気パス２０６の保守のために取り外されうる。

蒸気通路２１２は、１の実施態様においては、バルブ１０２及び１０４の複数の穴１０８と一直線に並べられ、図５において最も明瞭に見られるように通路２１２は複数の穴１０８の間に存在し、そこでは通路２１２と穴１０８は軸５００の平面上に並べられる。この構成は、複数の穴１０８の間、ひいては穴１０８内を流れるプロセス流体の間の中央に通路２１２を配置する。蒸気パス２０８を通り抜ける蒸気は、所定の温度、１の実施態様においては２１２°Ｆである。穴１０８を通るプロセス流体の通過は、マニホールド本体２０２を加熱する。蒸気パス２０６を通過する蒸気は、マニホールド本体２０２よりも低温であり、マニホールド本体２０２を冷却する。

１の実施態様におけるマニホールド２００は、マニホールド結合部２１６が別のシステム構成要素、１の実施態様にけるプロセス変数送信器、又は隔離マニホールド等へ結合されることを可能にするようにマニホールド結合部２１６を用いる。直接結合部又は近接結合部を有する結合部は、マニホールド本体が、プロセス変数送信器エレクトロニクスを加熱しないよう十分に冷却されるので、本発明の実施態様で利用可能である。この近接結合部又は直接結合部は、少なくともいくつかのインパルス配管を除去し、上に記載されたインパルス配管の有する少なくとも幾つかの事柄を軽減する。

本発明の実施態様において、ゲートバルブマニホールド２００は、標準２ゲートバルブ、例えばゲートバルブ１００に搭載された分離マニホールドでありえ、又はマニホールドを有する独立型ゲートバルブとしてのゲートバルブと一体化されうる。

蒸気は、蒸気パス２０６を通過させられるものとして記載される一方で、本発明の範囲から逸脱することなく、別の流体が蒸気パスを通過させられうることが理解されるべきである。蒸気通路は、マニホールドを冷却又は加熱するために様々な流体を様々な温度で運ぶことができる。極端に冷たい環境における高温蒸気の施与又は実施が、近接又は直接に搭載された送信器を用いて可能になる。

図６は、マニホールド、例えばマニホールド２００を採用する差圧運転のためのプロセス計測システム６００の斜視図である。図６に図示されたように、プロセス配管、例えば管６０２は、その中を流れるプロセス流体を包含する。幾つかのプロセス変数、例えば流量、又は圧力等、の計測の位置で、ゲートバルブマニホールド、例えばマニホールド２００は、配管６０２に搭載され、そしてインパルス配管を通して分離マニホールド６０４へのプロセス流体の通過を可能にする。マニホールド２００は、ここでは５バルブマニホールドとして示されるが、別のマニホールド、例えば３バルブ分離マニホールドが同様に使用されてもよい。分離マニホールド６０４は、その搭載用開口部２２４でゲートバルブマニホールド２００へ搭載され、そして配管６０２内の差圧要素での差圧に関する信号を生成するように公知の仕方で動作し、該信号はプロセス変数送信器６０６へ送信される。

マニホールドを冷却するために蒸気を用いることは、基本分離部（根元バルブ）、及び送信器、例えば送信器６０６の、最小数のインパルス配管及び漏洩点を有する高温応用における差圧基本部への近接結合部のために許容され、そしてプロセス流体を液体に保つ。プロセス流体を凝固しないように保つことと送信器６０６を過熱しないように遮蔽することとの間のバランスは、微妙である。マニホールド２０２の温度を制御するために使用される蒸気は、プロセス流体を詰まらせないように保つのに十分な熱を有するが、大半の送信器エレクトロニクスにとって動作温度限界に近い。送信器、例えば送信器６０６のプロセス配管、例えば配管６０２への直接搭載又は近接結合された搭載を可能にする本発明の実施態様によって、一体化された計器解決策が与えられうる。これはエネルギーの節約、取付の労力、及び保守の形での顧客の時間及び金銭を節約する。

プロセス流体がマニホールド内を流れるとき、高温プロセス流体と低温配管の間の伝導がマニホールドを加熱する。マニホールドがエレクトロニクス、例えば差圧計測エレクトロニクス等に結合されるので、エレクトロニクスもまた加熱される。通常のそのようなエレクトロニクスは、約２００°Ｆまでしか動作しえず、一方７００°Ｆまでの通常の温度でのプロセス流体は、マニホールドを加熱し、ひいてはマニホールドに結合されたエレクトロニクスを機能させるには高過ぎる温度まで加熱する。

通常は、フィールドデバイス、例えば送信器６０６は、プロセス施設内の遠隔の場所に置かれ、そして感知されたプロセス変数を中央に置かれた制御室へ返送する。有線又は無線の両方の通信を含む種々の技術が、プロセス変数を送信するために用いられうる。１つの普通の有線通信技術は、２線式プロセス制御ループを用い、そこでは１対の電線が、情報を伝達すること及び送信器６０６へ電力を供給することの両方のために用いられる。情報を送信するための１つの技術は、プロセス制御ループを通る電流レベルを４ｍＡ〜２０ｍＡの間に制御することによってである。４ｍＡ〜２０ｍＡの範囲内の電流の値は、プロセス変数の対応する値に写像されうる。デジタル通信プロトコルの例は、ＨＡＲＴ（商標）（標準４〜２０ｍＡアナログ信号に重畳されたデジタル通信信号から成るハイブリッド物理レイヤ）FOUNDATION（商標）Fieldbus（１９９２年にアメリカ計測学会によって公表された全デジタル通信プロトコル）、Profibus通信プロトコル、又はその他を包含する。無線プロセス制御ループプロトコル、例えばWirelessHART（商標）を含む無線周波通信技術は、また実装されうる。本発明の実施態様において、送信器は、マニホールド２００の温度を低下させることによって可能とされた、プロセス配管へ直接に搭載されるか又は近くに搭載され、マニホールドの温度は、送信器エレクトロニクスが評価を傷つけられないように十分に冷たい。１の実施態様において、システム６００の近傍の周囲温度は、さらに送信器をその動作温度範囲内にまで冷却する。

１の実施態様において、マニホールド内のプロセス流体の温度を制御する方法７００は、ブロック７０２において、マニホールド内のチャネルを通して或る特定の温度で流体を通過させること、ブロック７０４において、マニホールドを通過する少なくとも１つの穴を通してプロセス流体を通過させること、及びプロセス流体をプロセス変数送信器へ結合させること、及びブロック７０６において、チャネルを通過する流体の或る特定の温度に基づくマニホールドの伝導性の冷却又は加熱によりマニホールドの温度を調整すること、を包含する。１の実施態様のマニホールドは、そこを通過する１以上の穴を有するゲートバルブマニホールドである。この実施態様において、チャネルを通して流体を通過させることは、２つの穴の間に配置されたチャネルを通して流体を通過させることを含む。１の実施態様において、流体は、約２１２°Ｆの蒸気である。別の実施態様において、異なる温度の蒸気、又は異なる流体が、プロセス流体を加熱又は冷却するために用いられうる。１実施態様のプロセス流体は、マニホールドを用いてプロセス変数送信器へ結合される。

ある実施態様においては、周囲温度が、動作限界内に送信器の温度を低下させるために用いられる一方で、別の実施態様においては、断熱が、１又は複数のバルブを極端な状態から隔離するのを助けるために用いられうる。

単一の蒸気パス２０６が、マニホールド２００内に示される。しかし、本発明の範囲を逸脱することなく、追加の蒸気パスが、マニホールド内に作られうることが理解されるべきである。更に、また本発明の範囲を逸脱しないで、２を超える個々のバルブを有するゲートバルブで、蒸気パス、例えば蒸気パス２０６は、複数のバルブの間のマニホールド内に形成されうる。また、差圧計測に関する操作が記載されたが、本発明の範囲を逸脱しないで、別のプロセス変数が、ここで記載された実施態様を用いて計測されうることが理解されるべきである。

要素は、分離された上の実施態様として図示され又は記載されてきたけれども、各実施態様の部分は、上で記載された別の実施態様の全て又は部分と組合せられうる。特定事項は、構造的特徴及び／又は方法的動作を特定する言語で記載されたが、添付された請求項において規定された特定事項は、必ずしも上に記載された特定事項又は動作に限定されるものではないことが理解されるべきである。むしろ、上で記載された特定事項及び動作は、請求項を実施するための例示的形態として開示される。

Claims (18)

1. プロセス変数送信器マニホールドであって、
   そこを通過するプロセス流体を選択的に結合させるためのそこを通過するポートを有するバルブと、フランジ付き搭載用面とを有するバルブ本体、；及び
   バルブ本体内の、入口、出口、及び入口と出口とを接続する通路を有する冷却用チャネル；
   を備える、
   マニホールド。
2. さらに、そこを通過するプロセス流体を選択的に結合させるためのそこを通過する第２ポートを有する第２バルブを備え、冷却用チャネルは複数のバルブの間に配置される、請求項１に記載のマニホールド。
3. 冷却用チャネルは、バルブ本体のこれらポートの間に存在する、請求項２に記載のマニホールド。
4. 冷却用チャネルは、マニホールドを冷却又は加熱するために蒸気源へ接続可能である、請求項１に記載のマニホールド
5. ポートは、連桿可能（roddable）である、請求項１に記載のマニホールド。
6. 入口及び出口は相互に実質的に平行であり、通路は入口及び出口に対して実質的に垂直である、請求項１に記載のマニホールド。
7. さらに、入口から出口への通路を或る特定の温度の流体を通過させることによって、マニホールドの温度を制御するために、入口に接続された供給管を備える、請求項６に記載のマニホールド。
8. マニホールド内のプロセス流体の温度を制御する方法であって、
   マニホールド内のチャネルを通して或る特定の温度で流体を通過させること；
   マニホールドを貫通する少なくとも１つの穴を通過するプロセス流体へ結合させること、且つそれによってプロセス流体をプロセス変数送信器へ結合させること；及び
   チャネルを通過する流体の温度に基づくマニホールドの伝導冷却又は伝導加熱によりマニホールドの温度を調整すること；
   を包含する、
   上記方法。
9. マニホールドは、そこを貫通する２つの穴を有するゲートバルブマニホールドであり、チャネルを通して流体を通過させることは、２つの穴の間に配置されたチャネルを通過して流体を通過させることを包含する、請求項８に記載の方法。
10. マニホールド内のチャネルを通して流体を通過させることは、マニホールド内のチャネルを通して蒸気を通過させることを包含する、請求項８に記載の方法。
11. マニホールドの温度を制御する方法であって、
    マニホールドを加熱又は冷却するためにマニホールドチャネルを通して蒸気を通過させること；
    プマニホールドを用いてロセス流体をプロセス変数送信器へ結合させること；及び
    プロセス流体の温度と蒸気の温度との間の温度差を用いてマニホールドを冷却又は加熱すること；
    を包含する、
    上記方法。
12. ゲートバルブマニホールドであって、
    入口及び出口を有するゲートバルブ；
    ゲートバルブの出口へ結合するためのポートを有するマニホールド本体；及び
    蒸気通路によって接続された蒸気入口ポート及び蒸気出口ポートを有し、蒸気の外部源へ接続可能である、マニホールド本体内の蒸気パス；
    を備える、
    ゲートバルブマニホールド。
13. ポートは、連桿可能（roddable）である、請求項１２に記載のゲートバルブマニホールド。
14. 入口及び出口は相互に実質的に平行であり、通路は入口及び出口に対して実質的に垂直である、請求項１２に記載のゲートバルブマニホールド。
15. 蒸気パスは、１／４インチＮＰＴ管ねじ切り配管によって外部源へ接続可能である、請求項１２に記載のゲートバルブマニホールド。
16. ゲートバルブは、２ゲートバルブであり、２ゲートバルブの各バルブは、そこを通過するポートを有する、請求項１２に記載のゲートバルブマニホールド。
17. 蒸気パスは、ポートの間に配置される、請求項１６に記載のゲートバルブマニホールド。
18. プロセス計測システムであって、
    ゲートバルブマニホールド；
    分離マニホールドへプロセス流体を選択的に結合させるゲートバルブマニホールドに結合された分離マニホールド；及び
    分離マニホールドへ直接的に搭載されたプロセス変数送信器；
    を備え、
    ゲートバルブマニホールドは、
    入口及び出口を有するゲートバルブ；
    ゲートバルブの出口へ結合するためのポートを有するマニホールド本体；及び
    蒸気通路によって接続された蒸気入口ポートと蒸気出口ポートとを有し、蒸気の外部源へ接続可能である、マニホールド本体内の蒸気パス；
    を備える、
    プロセス計測システム。

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