JP5201513B2 - 圧力センサユニット - Google Patents

Description

本発明は、炭化水素の流れの輸送及び処理のための水中プラントの中で好適に使用するための圧力センサユニットに関し、特に、海底の「クリスマスツリー装置」に関する。圧力測定は、そのようなプラントにおいて多くの異なった点で必要である。本発明による、圧力センサユニットは、それでも、そのような用途に制限されるものではないが、一般に、壁を通して穴すなわち開口部を有し処理流体を収容するパイプ又は小室において使用可能であり、この開口部には圧力センサユニットが導入されて壁の外部に不透水的に接続可能であり、センサユニットの内側末端は処理流体の環境と接する。

添付の図１には、処理流体１６の圧力測定のために、パイプ壁１４を通して一般的な圧力センサユニット１を装着する一般的な例が示される。穴２５はパイプ壁１４を通してあらかじめ穴開けされており、この場合には、最外部に受けフランジを備えるスリーブ１５が追加で配置されて示される。圧力センサユニット１は、フランジ部分７及びシャフト部２の２つの主要な部分から作られ、シャフト部２は長さ及び直径が穴２５に適合するが、直径の隙間はシャフト部が問題なく導入及び導出可能なようになされる。フランジ部１７は接続具（スリーブの受けフランジ）に対して密閉して勘合することが重要であるが、この理由は、パイプ内の処理流体の環境とパイプの外の環境（典型的に海底圧力であるが、一方、パイプ内の圧力は地下のはるか下にある炭化水素貯蔵部内の圧力を反映する）との間に大きな圧力差が発生しえるからである。

シャフト部の内側末端６は、パイプ壁の内面に対して、ほぼ「平ら」に示されるが、処理流体の動揺によって起こり得る機械的な浸食及び、処理流体１６からの化学的な（腐食）効果の両方による、シャフト部の不要な摩耗の防止に関して好ましい配置である。

動作様式としては、圧力センサユニット１に収容される圧力センサ素子が、シャフト部の内側末端６の中に配置される分離膜、及び分離膜と圧力センサ素子自身との間の油圧オイルを介して、処理流体の圧力に曝される形態である。信号伝導体が、圧力センサ素子からフランジ部１７を通して外部に導かれるが、圧力信号が出力される前に圧力信号を処理するためのさらなる電子装置をフランジ部に収容する場合もある。

そのような圧力センサユニット１を全体的に図１に示すが、圧力センサユニットの既知の実施形態を図２〜図３に示す。

図２には、いわゆる「面装着センサ素子」の実施形態が示される。ここで、センサ素子４はシャフト部の内側末端６内でセンサ室２０内に完全に装着され、このセンサ室は、分離膜７の後ろの空間２１、すなわち、分離膜が内向きに曲がる空間とほとんど一体化している。この実施形態では、信号伝導体１３が、このように、シャフト部２内の縦の内部空洞を通して圧力センサユニット１の外に導かれる。シャフト部２の内側末端は、具体的には、センサ素子保持具３によって構成され、センサ素子保持具は、シャフト部２の壁と同様に、厚くて耐久性のある特別な材料、典型的には「インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）６２５」又はそれより高い品質のもので作られる。

センサ素子４は、それ自体が処理流体自体に非常に接近しているため、温度を測定するために使用されることも多い。電線１２は温度信号電線として与えられる。したがって、センサ素子４は、当然、高温に耐えうることが必要である。

図３に示す実施形態では別の原理、すなわち、いわば、「後退したセンサ素子」すなわち「遠隔密封」が使用される。ここで、処理流体の圧力は分離膜７を介し油圧パイプ１０を通してフランジ部１７まで戻して伝達され、ここでセンサ室２０と共に圧力センサ素子４がセンサ素子保持具３の中に配置される。そのような構造の利点は、典型的に海水である外部環境から冷却されるために、圧力センサ素子４は限定された温度に曝されるだけでよい。処理流体の温度は、しばしば、圧力センサ素子４が通常耐えうる温度よりもかなり高い場合がある。

通常、特殊な温度センサ素子９が中実ブロック８内に配置され、中実ブロックは、分離膜７のための膜ベースをシャフト部の内側末端６に構成する。膜ベース／ブロック８は分離膜７の後ろで円錐形に形成され、膜が内向きに曲がるために必要な空間２１をもたらす。信号伝導体１２は、温度センサ素子９から油圧パイプ１０と平行にシャフト部２内の縦の空洞内に延在する。また、シャフト部２の壁は、図２に示す実施形態にあるような相応の厚く中実であり、相応の高品質の材料で作られる。ブロック／膜８は同じ種類の材料で作られる。

処理流体の圧力をセンサ室２０に、及びフランジ部１７内まで伝達する油圧パイプ１０は、原理上外部環境の圧力（より低い）を有するシャフト部内の内部空洞を通るが、このため、油圧パイプ１０は、この圧力差に耐えるように中実タイプのものでなくてはならない。圧力差は、センサ素子保持具３と、センサ素子保持具と油圧パイプが取り付けられる圧力口部５とによって受け止める／耐える必要がある。

圧力センサユニットに対するこの分野の先行技術のさらに代表的なものでは、刊行物、国際公開第２００４／０９７３６１号パンフレット、国際公開第０２／４０９５７号パンフレット、欧州特許出願公開第１１２８１７２号、及び米国特許出願公開第２００６／０２０１２６５号がある。最初に述べた刊行物の国際公開第２００４／０９７３６１号パンフレットは、外部装着用の圧力センサユニットを示すものであり、すなわち、パイプ又は小室を処理流体と区切る壁の外部に存在するシャフト部を備え、さらにシャフト部の内部に存在するフランジ部を備えるものであり、つまり、図１、図２、及び図３に説明した本発明が基づく技術と反対のものである。しかし、この刊行物では、処理流体の圧力を分離膜から圧力センサ素子を備えるセンサ室を通して伝達する中央に配置された油圧パイプを示すと共に、温度測定を示している。

国際公開第０２／４０９５７号パンフレットには、幾分異なった構造の既知の圧力センサユニットが示される。ここでも、分離膜及び処理流体の圧力を圧力センサ素子に伝達する油圧パイプが見られる。これ以外にも、内部油圧オイル中の圧力を同じにするような配置が存在すると考えられる。圧力センサユニットは、図２及び図３に示される最も近い先行技術で配置される、フランジ部及びシャフト部を有しない。

欧州特許出願公開第１１２８１７２号もまた、分離膜と、圧力センサ素子を備える内部小室までの油圧パイプとを、備える圧力センサユニットを示すが、この圧力センサユニットは、本発明に関係のある用途に適合するように設計されていない。

米国特許出願公開第２００６／０２０１２６５号は、いくつかの圧力センサ構造を示すが、これらの中で、フランジ部及びシャフト部を備えるものが、主に、本発明で興味のある構造に対応している。しかし、シャフト部はどのような分離膜も内部油圧パイプも備えない。この刊行物は測定装置と共に使用する滅菌可能な筒体に関する。

図２及び図３に示す種類の既知のセンサユニットの問題は、高価なことである。材料費が製作費の大部分である。顧客は腐食に対して極度に耐性のある材料を要求する。しばしば、（前述のように）「インコネル（ｌｎｃｏｎｅｌ）６２５」又はそれより高い品質のものが指定される。そのような材料は材料自体が高価であるばかりでなく、加工にも費用がかかる。

したがって、高価格な材料の消費を低くするために、本発明は、シャフト部の壁の厚さを減らすことを提案する。処理流体をシャフト部の内部空間内に導入すれば、壁厚を減少可能である。したがって、本発明によると、添付の特許請求項１に正確に定義したような圧力センサユニットが提供される。本発明による圧力センサユニットについての特別な点は、シャフト部の内側末端が処理流体をシャフト部の内部空間内に導入するような穿孔を備えること、及び、分離膜がシャフト部の内部空間内で穿孔のすぐ後に懸架されるブロック上に配置されることである。

本発明による圧力センサユニットの好ましく好都合な実施形態を、従属特許請求項２〜５に示す。

本発明をさらに明らかにするために、次の実施例を詳細に説明する必要があり、これに関連して、添付の図面を説明する。

本発明による種類の圧力センサユニットのための装着方法の全体図であり、上述した。 関連した既知の種類の圧力センサユニットを示す図であり、前方に装着されたセンサ素子と壁の厚いシャフト部とを備え、既に述べた。 より近く関連した既知の種類の圧力センサユニットを示す図であり、後退したセンサ素子を備えるが、まだ壁の厚いシャフト部を備えるものであり、前述した。 本発明による圧力センサユニットの好ましい実施形態を示す図である。 本発明による圧力センサユニットの他の実施形態を示す図である。

図４においては、前の図面に示された図面要素に対して、できるだけ同じ参照番号を使用した。このようにして、図１の一番左には、圧力センサユニット１の簡単な全体図が示され、縦軸に沿ってシャフト部２及びフランジ部１７を通る断面Ｂ−Ｂの平面が示される。この小さな図の右に断面を拡大して表示する。

図３と同様な態様で、油圧パイプ１０が引き込まれており（ｒｅｔｒｉｅｖｅｄ）、圧力を油圧オイルによって圧力センサ素子４が存在するセンサ室２０まで伝達する。また、この場合には、圧力が処理流体１６に接触する分離膜７の後ろの膜空間２１から伝達されるが、分離膜７は、専用のブロックすなわち膜ベース８に装着され、シャフト部７内の内部空間に閉じ込められることが異なる。このブロック８はシャフト部の内側末端６のすぐ後ろの所定位置で保持され、この内側末端６自体は穿孔すなわち穴２２を備え、処理流体がシャフト部の内部空間に入るようになっている。

処理流体を入れることによって、シャフト部の壁はどのような特別の厚さを有する必要もなく、高価な材料を多く節約可能である。このように、用途毎に異なる長さのシャフト部を備えることは、多くの場合で顧客（複数化）の立場から望ましい。よって、シャフト部２は、先行技術では比較的に細い穴を穴開けするような塊状の棒に代えて、単に壁の薄いパイプで作ることが可能であるため、大きな費用節約になる。代わりに、そのような壁の薄いパイプをメートル単位で取得し、次に簡単な作業で適当な長さに切断することも可能である。

図４のＣ部詳細図に、本実施例による解決策をより正確に示す。ここには、温度センサ素子９が示され、温度センサ素子は全て溶接されたパイプ１１によって囲まれ、パイプは、さらに、信号導体１２をフランジ部１７にまで戻し導く。パイプ１１は、また、腐食及び圧力に耐久性が必要である。

一方で、油圧パイプ１０の内部と外部の圧力は、ほぼ同じであるため、油圧パイプ１０は特に強度を必要としない。しかし、油圧パイプ１０は、処理流体によって囲まれるため、腐食耐性のある材料で作る必要がある。

膜ベース／ブロック８は、留め具２４によってシャフト部の壁の内部の所定の位置に保持される。

好ましい実施形態では、シャフト部の内側末端は特別閉鎖部６によって形成され、この特別閉鎖部は、穿孔２２を備え、シャフト部の主要部を構成する壁の薄いパイプを「端と端を接して」、溶接又は他の適する固定方法で固定される。

Ｄ部詳細図では、実施例による解決策の頂部、すなわちフランジ部１７を示す。温度信号導体１２が貫通して示され、圧力センサ素子４からの信号導体１３も、また示される（素子４にまで完全に通っていないが、当然、実際はそうである）。図２とほぼ同じ方法で、センサ素子４が油圧パイプ１０の末端のセンサ室２０内に配置される。センサ室２０はセンサ素子保持具３内にくり抜かれ、センサ素子保持具は圧力口５にさらに接続され、圧力口５と素子保持具３の両方とも、耐圧（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｉｇｈｔ）で周囲のフランジ部１７に固定される。

本発明による圧力素子が使用される場合、処理流体及びその圧力は、フランジ部１７に対し、以前の既知のセンサユニットにおける場合よりも、より長く上に入る。したがって、フランジ部１７が十分に封止しており、ここにおいて、全ての経路／筒体及び結合具が圧力耐性であることが重要である。通常は、フランジ部１７自体とそれに対向する接続具の部分との間に、例えば金属パッキンが使用されるが、図１のスリーブ１５上のフランジを参照されたい。フランジとフランジは、多数のボルトで互いに締め付けられる。

この実施形態では、膜ベース／ブロック８は、シャフト部、すなわち、薄いパイプの内壁に留め具２４で固定されて示されている。しかし、別法として、図５に示すように、ブロック８は、閉鎖部６に、又は、より一般的には内側末端６の後ろ側に、固定することも可能であり、このことは、そのようなブロック８の固定を伴う別の実施形態に対して自明である。このようにすると、分離膜７はかなり小さくなる。

全体図１では、フランジ部を頂部に備えるスリーブ１５を通して下方に圧力センサユニット１を装着したところが示されている。しかし、センサユニット１はブロックの穴の中に直接装着されることも多い。次に、金属パッキン用の座とブロック上の外部フランジ部が加工され、センサユニットをねじ込んで固定するために、穴の回りにネジ穴が作られる。

最後に、本発明によって達成される利点は、技術的な性能を変化させずにそのままで、経済的であることを述べる必要がある。しかし、圧力補償シャフトを備える圧力センサユニットとも呼べる本発明を通じて、材料消費の低減とより少ない作業を達成できる。換言すれば、穿孔を通して処理流体をシャフト部に入れることによって、シャフト部の壁は薄くすることができるため、これにより所望の経費節約が得られる。

Claims (5)

1. パイプ壁（１４）又は小室壁を通して開口部（２５）に装着し、パイプ又は小室内の処理流体（１６）の圧力を測定するための圧力センサユニットであって、
   前記開口部（２５）を通して突出すると共に、前記処理流体内に突出する内側末端（６）と内部空間とを有するシャフト部（２）と、
   前記開口部の外側末端（１９）に対して封止するために、前記シャフト部の外側末端（１８）に固定されるフランジ部（１７）と、
   前記フランジ部（１７）内のセンサ室（２０）内に配置される圧力センサ素子（４）と、
   前記シャフト部（２）の長さに沿って、前記センサ室（２０）と、分離膜（７）の後ろの膜空間（２１）との間に主に配置される油圧パイプ（１０）であり、前記分離膜（７）が前記シャフト部の前記内側末端（６）に配置されて前記処理流体の圧力を前記油圧パイプ内の油圧流体に伝達する、油圧パイプと
   を備える圧力センサユニットにおいて、
   前記シャフト部の前記内側末端（６）が、処理流体を前記シャフト部（２）の前記内部空間に入れるための穿孔（２２）を備え、
   分離膜（７）が、前記穿孔（２２）のすぐ後の前記シャフト部（２）の前記内部空間内に懸架されるブロック（８）に配置されることを特徴とする、圧力センサユニット。
2. 前記シャフト部の前記内側末端が、前記穿孔を伴う特殊閉鎖部（６）を備え、前記特殊閉鎖部が前記シャフト部の残りの部分を構成する壁の薄いパイプ（２）に固定されることを特徴とする、請求項１に記載の圧力センサユニット。
3. 前記油圧パイプ（１０）が腐食耐性材料で作られ、前記処理流体と耐久性のある接触を行うことを特徴とする、請求項１に記載の圧力センサユニット。
4. 前記シャフト部の前記内側末端（６）が穴（２３）を備え、前記穴を通して温度センサ素子（９）が前記処理流体内に多少さらに突出することを特徴とする、請求項１に記載の圧力センサユニット。
5. 前記シャフト部の前記内部空間内の特殊パイプ（１１）が、前記フランジ部（１７）から延在して前記温度センサ素子（９）に向かう信号導体（１２）を封入することを特徴とする、請求項４に記載の圧力センサユニット。

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