JP5940181B2 - 海中用遠隔シール圧力測定システム - Google Patents

Description

背景
工業プロセス制御システムは、流体などを生産または輸送するために使用される工業プロセスを監視および制御するために使用される。このようなシステムでは、典型的には、「プロセス変数」、たとえば温度、圧力、流量、およびその他を測定することが重要である。プロセス制御トランスミッタは、このようなプロセス変数を測定するために使用され、測定されたプロセス変数に関する情報を中央部、たとえば中央制御室に送り返す。

プロセス変数トランスミッタの一種が、プロセス流体圧力を測定し、測定された圧力に関する出力を提供する圧力トランスミッタである。この出力は、圧力、流量、プロセス流体のレベル、または測定された圧力から派生することができるその他のプロセス変数であってもよい。圧力トランスミッタは、測定された圧力に関する情報を中央制御室に送り返すように構成される。伝送は、典型的には２線式プロセス制御ループによるが、しかしながら、無線技術を含むその他の通信技術が使用されることもある。

圧力は、ある種のプロセス継手を経由してプロセス変数トランスミッタに結合されなければならない。あるプロセス圧力測定用途では、圧力トランスミッタは、加圧されたプロセス流体に対して間接的に配設され、圧力は、遠隔シールと呼ばれるデバイスを使用して流体リンクを経由してプロセス流体から圧力トランスミッタへ物理的に伝えられる。遠隔シールは、プロセス流体から圧力トランスミッタへ圧力を伝える実質的に非圧縮性の流体で充填された二次システムである。遠隔シールは、典型的には、プロセス流体が高温である、腐食性がある、または、圧力トランスミッタがプロセス流体とあまりに近く配設されたら圧力トランスミッタを損傷または破壊する、その他の極端な用途または特徴を持つような所の用途に使用される。

概要
海中用途の遠隔シールアセンブリが提供される。前記アセンブリは、プロセス流体圧力測定デバイスに遠隔シールを連結するための流体継手を有する上部筐体を含む。下部筐体は、前記上部筐体に結合され、圧力容器に取り付けられるように構成される界面を有する。前記下部筐体は、プロセス流体入口も有する。隔離ダイヤフラムは、前記上部および下部筐体の間に配置される。前記上部筐体、下部筐体、および隔離ダイヤフラムの少なくとも１つが、海水への浸漬に適切な材料で構築される。いくつかの実施形態では、前記下部筐体が、前記プロセス流体入口のまわりに配置されたショルダー部、および、前記遠隔シールアセンブリをベンチュリ流量計本体に結合するように構成される、複数の自己付勢シールを有する。圧力トランスミッタ、および少なくとも１つの海中遠隔シールアセンブリを含む海中プロセス流体フロー測定システムも提供される。

本発明の実施形態に係る海中プロセス流体測定システムの概略図である。 本発明の実施形態に係る、ベンチュリ流量計本体に取り付けられた遠隔シールの概略断面図である。 本発明の実施形態に係る、ベンチュリ流量計本体に取り付けられた遠隔シールの拡大図である。 本発明の実施形態に係る遠隔シールの概略斜視図である。 本発明の実施形態に係る遠隔シールの概略断面図である。

実施形態の詳細な説明
圧力測定にとって、特に能力を必要とするような環境の１つが、海中用途である。このような用途では、プロセス装置がさらされる静圧は、かなり高いことがある。そのうえ、海水は多くの金属類に腐食性がある。プロセス装置の海中適合に伴うコストを削減または最小化しながら、海中使用の難題に耐えることが可能な遠隔シールシステムを提供することは、海中プロセス制御用途のためになるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る海中プロセス流体測定システムの概略図である。システム１０は、プロセスシステム内のパイプに結合する一対の開口部１４、１６を有するベンチュリタイプのフロー導管１２を含む。ベンチュリ流量計本体１２は、その中に狭窄したスロート領域を有する（図２参照）。ベンチュリ流量計本体１２のスロート領域内の流路に沿って測定された圧力は、プロセス流体フローの表示を提供することができる。流量計本体１２内のフローストリームに沿って複数のポイントで圧力を測定するために、一対の遠隔シール１８、２０が採用される。各遠隔シール１８、２０は、流路内、またはそれに沿った各遠隔シールのそれぞれのポイントで、プロセス流体の圧力を圧力測定デバイス、たとえば差圧トランスミッタ２２へ伝える。圧力は、遠隔シール１８、２０から差圧トランスミッタ２２へ、それぞれライン２４、２６を経由して通過する。差圧トランスミッタ２２は、公知の技術にしたがって遠隔シール１８、２０によって提供、また或いは伝えられる２つの圧力の差の表示を提供する公知の差圧トランスミッタであってもよい。図１から把握することができるように、海中用途の圧力に耐えるため、遠隔シール１８、２０がある大きさであることが要求されるならば、それらの大きさは一般的に、それらが搭載されたベンチュリ流量計本体１２に収容されなければならない。したがって、より小さいアセンブリが提供されるように、遠隔シール１８、２０の大きさを最小化することが望ましい。そのうえ、遠隔シールの大きさが大きくなると、遠隔シールをベンチュリ流量計本体に頑丈に取り付けるためにますます多くのボルトを使用する必要性が求められる。図１に示すように、本発明のいくつかの実施形態は、遠隔シール１８、２０を、たった４個のボルトでベンチュリ流量計本体１２に取り付けられるようにする。

図２は、本発明の実施形態に係るベンチュリ流量計本体１２に搭載された遠隔シール１８を示す概略断面図である。ベンチュリ流量計本体１２は、開口部１４、１６の直径に対して狭窄した直径を有するスロート部３０を有する。加えて、ベンチュリ流量計本体１２は、スロート部３０内の流体流路に沿って配置された複数の圧力タップ３２を有する。遠隔シール１８は、流体タップ３２のうちの近接した１つに取り付けられ、タップ３２に入ったプロセス流体に接触する可撓性隔離ダイヤフラムを有する。タップ３２内のプロセス流体の圧力に応じた隔離ダイヤフラムの撓みは、差分圧力センサまたはその他の適切な圧力センサを経て、ライン２４を通って圧力を伝える従たる流体充填システムへ、圧力を通す。このような方法で、遠隔シール１８が取り付けられたタップ３２での圧力は、たとえ温度および／または圧力が、タップ３２に取り付けられ、または近接する圧力トランスミッタ２２にとって高すぎるかもしれなくても、安全に測定することができる。

本発明の実施形態によれば、遠隔シール１８、２０は、シール１８、２０のサイズと、フローを測定するために使用される海中ベンチュリ計本体の設置面積とを最小化しつつ、海中条件で１５，０００ｐｓｉを超えるライン圧力に耐えることができるように設計される。下記でより詳細に述べるように、遠隔シール１８、２０は、好ましくは、１５，０００ｐｓｉを超えるライン圧力がかかる直径を最小化するために特別なアタッチメント機構を使用する。さらに、本発明の実施形態に係る遠隔シールは、好ましくは、全体が合金Ｃ２７６製であり、ライン圧力１５，０００ｐｓｉの難題に応じるために溶接設計を特徴とする。

合金Ｃ２７６は、海水への浸漬に適切な材料の例である。合金Ｃ２７６は、Hastelloy C276の商品名で、インディアナ州ココモのHaynes International Inc.から入手可能である。合金Ｃ２７６は、以下の化学組成（重量パーセントによる）を有する：モリブデン １５．０−１７．０；クロム １４．５−１６．５；鉄 ４．０−７．０；タングステン ３．０−４．５；コバルト 最大２．５；マンガン 最大１．０；バナジウム 最大０．３５；炭素 最大０．０１；リン 最大０．０４；硫黄 最大０．０３；シリコン 最大０．０８；および残部がニッケル。合金Ｃ２７６は、塩水用途での優れた耐食性、および高い強度を提供する。

図３は、本発明の実施形態に係るベンチュリ流量計本体１２に取り付けられた遠隔シール１８の拡大図である。遠隔シール１８は、遠隔シール１８の製造中に互いに溶接される上部筐体３４および下部筐体３６からなる。上部筐体３４と下部筐体３６との間の溶接は、好ましくは、Ｅビーム溶接によって成し遂げられる。加えて、可撓性ダイヤフラム（図５に示す）は、上部筐体３４と下部筐体３６との間に位置している。ダイヤフラムは、好ましくは、ＴＩＧ溶接によって上部筐体３４に溶接されている。遠隔シール１８を本体１２に頑丈に密閉するために、好ましくは複数のｃリングが使用される。第１のｃリングは、参照番号４０で表示されるように、ショルダー部３８のまわりに配置される。第２のｃリングは、参照番号４２で表示されるように、ショルダー部３８の端部表面と流量計本体１２の反対側の表面との間に挟まれる。ｃリングは、Ｏリングと交換可能であることが多いが、圧力下で自己付勢する。したがって、遠隔シール１８を本体１２に密閉するための一対のｃリングの利用は、圧力下での余剰な自己付勢を提供する。

図３に示すように、圧力タップ３２は一般的に、流体流路に対する斜面を含む。この斜面は、ベンチュリ流量計本体が垂直に置かれるとき、斜面が下向きの方向になるように配置される。本発明の実施形態によれば、下部筐体３６は、圧力タップ３２へ結合する圧力入口３８を有し、圧力入口も斜面を含む。このようにして、任意の水和物またはその他の望ましくない物質が下部筐体３６の圧力入口３８に形成されると、それらは重力の力で、ベンチュリ流量計本体１２の中へ、およびそれを経由して単に排出する。この角度がついた特徴部は、好ましくは、流れの遮断またはその他の水和物を形成するシナリオの場合、すべての潜在的な水和物が排出されることを確実にする角度で、ベンチュリ流量計本体１２からダイヤフラム４１へ伸びるように機械加工される。これは、水和物が形成されるとキャビティおよび管が詰まることがあり、またはそれらが遠隔シールシステムへの潜在的な壊滅的損傷につながる局所的な圧力の蓄積を引き起こすことがあるので、重要である。

図４は、本発明の実施形態に係る遠隔シール１００の概略斜視図である。遠隔シール１００は、好ましくは界面１０６にて電子ビーム（Ｅビーム）溶接を使用して、互いに溶接される上部筐体１０２および下部筐体１０４を含む。Ｅビーム溶接は、高速電子のビームが、接合される材料に印加される融接プロセスである。図４に示されるように、上部筐体１０２は、遠隔シール１００を、圧力容器、たとえばベンチュリ流量計本体１２（図１に示す）に取り付けるのを容易にする複数（好ましくは４個）のボルト穴１０８を含む。上部筐体１０２は、油圧ライン、たとえば図１に示すライン２４、２６へ結合する流体接続ポート１１０も含む。好ましくは、接続ポート１１０は、普通の溶接がされた１３ミリメータの接続である。上部筐体１０２のポート１１０における１３ミリメータの接続は、公知の継手、毛細管、およびオイル充填のための充填管を使用した標準接続、ならびに差圧トランスミッタへの接続ができるようにする。

下部筐体１０４は、好ましくは、圧力容器、たとえばベンチュリ流量計本体内の協働する特徴部で受けられるように、下部筐体１０４の表面１１６から突出する複数の位置合わせ特徴部１１２、１１４を含む。このような方法で、遠隔プロセスシールを定位置に取り付けながら、圧力容器に対する下部筐体１０４の正確な位置合わせを達成することができる。これは、圧縮の間のプロセスシールの回転がｃリングを損傷し得るため、ｃリングが実質的に純粋な軸方向運動で圧縮されることを確実にするのに重要である。位置合わせ特徴部１１２、１１４は、好ましくは、下部筐体１０４の表面１１６の中に係合する圧入ピンからなる。特徴部１１２、１１４は、ベンチュリ流量計本体１２の適正な設置ができるようにする。特徴部１１２、１１４は圧入されることが好ましいが、本発明の実施形態に係る任意の適切な手法で形成されてもよい。

下部筐体１０４は、ベンチュリ流量計本体の圧力タップに近接した対応ポートで受けられる突出ショルダー部１４０も含む。ショルダー部１４０は、そのまわりに第１のｃリングが位置している外周部を有する。１つの実施形態では、ショルダー部１４０のまわりに配置された第１のｃリングは、約０．８５４インチの直径を有する。加えて、ショルダー部１４０は、端面１４２とベンチュリ流量計本体１２の反対側の表面との間で、より小さい第２のｃリングを圧縮する端面１４２も有する。１つの実施形態では、第２のｃリングの直径は、およそ０．５７８インチである。

下部筐体１０４とベンチュリ流量計本体との間の界面での一対のｃリングの利用は、非常に高い一体性を持つ、頑丈で自己付勢するシールを提供する。これは、わずか４個のボルトが、遠隔シール１００をベンチュリ流量計またはその他の適切な圧力容器に取り付けるのにふさわしい力を保持するために使われることができるようにする。比較すると、圧力１５，０００ｐｓｉに達する典型的な遠隔シールの設計は、一般的に、約７インチの直径、２×１／２インチの厚さを有し、圧力容器に取り付けるために１２個から１６個のボルトを必要とする。本発明の実施形態に係る遠隔シールは、直径５インチ、厚さ１．１２５インチほどの小ささであってもよく、わずか４個のボルトで計器本体にボルト止めすることができる。まださらに、本体上のシールの設置面積も著しく減少し、使用される計器本体をより小さくて低コストにすることができる。

図５は、本発明の実施形態に係る遠隔シール１００の概略断面図である。図５は、図４に図示した同じ構成要素のうちの多くを示すが、断面の効果により多くの内部構成要素を示す。具体的には、ショルダー部１４０は、圧力容器からのプロセス流体を受ける圧力入口１５０の一部である。プロセス流体は、斜面部１５２を通って流れ、可撓性ダイヤフラム１５４を圧迫する。ダイヤフラム１５４が撓むと、導管１５６内の流体はわずかに移動し、ポート１１０を通って適切な圧力測定デバイス、たとえば差圧トランスミッタ２２（図１に示す）へ圧力を伝える。可撓性ダイヤフラム１５４は、好ましくは、上部筐体１０２に溶接される。この溶接は、好ましくは、公知のＴＩＧ溶接によって成される。加えて、下部筐体１０４はその後、溶接によって上部筐体１０２に取り付けられる。上部筐体１０２と下部筐体１０４との間の溶接は界面１５８で生じ、好ましくはＥビーム溶接である。可撓性ダイヤフラム１５４が、上部筐体１０２および下部筐体１０４と同じ材料で構築されることも好ましい。より好ましくは、上部筐体１０２、下部筐体１０４、およびダイヤフラム１５４のすべてが、合金Ｃ２７６で構築される。そのように構築されるとき、ダイヤフラム１５４が．００３インチの厚さを有することがさらに好ましい。このダイヤフラムは、プロセスおよび不具合の両方の条件における圧力要件を満たす。さらに、ダイヤフラム１５４が約１．９インチの直径を有することも好ましい。そのように構成されるとき、ダイヤフラム１５４は、すべての温度範囲において、適正な充填流体、たとえばシリコーンオイルまたはその他の適切な充填流体で、許容可能な性能を維持する。合金Ｃ２７６はその他の腐食耐性合金より高いコストの合金であるかもしれないが、本発明のさまざまな特徴および実施形態を使用してプロセスシールの物理的な大きさを削減することは、遠隔シール全体を、合金Ｃ２７６のコストから効果的に製造可能にすることができるようにする。しかしながら、本発明の実施形態は、適切な認定工程が講じられれば、その他の合金で実施することができる。その他の可能性がある材料は、二相ステンレス鋼、ならびに合金６２５またはその他の適切なニッケル系合金を含む。加えて、本発明の実施形態は一般的にベンチュリ流量計本体へボルト止めされる遠隔シールを採用するが、遠隔シールがベンチュリ流量計本体に直接溶接される本発明の実施形態を実施することができる。このような実施形態では、計器本体へのＥビーム溶接が好ましい。

好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者は、発明の趣旨および範囲を逸脱しない範囲で、形態および詳細において変更されてもよいことを認識するだろう。

Claims (22)

1. プロセス流体圧力測定デバイスに遠隔シールを結合するための流体継手を有する上部筐体と、
   前記上部筐体に結合され、圧力容器に取り付けられるように構成される界面を有する下部筐体と、
   前記上部および下部筐体の間に配置された隔離ダイヤフラムとを含み、
   前記上部筐体、下部筐体、および隔離ダイヤフラムの少なくとも１つが、海水への浸漬に適切な材料で構築される、海中用途の遠隔シールアセンブリにおいて、
   前記下部筐体は流体流路に対し傾斜して延び、排出特徴部を形成する斜面を備えたプロセス流体入口を有することを特徴とする遠隔シールアセンブリ。
2. 少なくとも前記上部および下部筐体が、合金Ｃ−２７６で形成される、請求項１記載の遠隔シールアセンブリ。
3. 前記上部筐体および下部筐体が、溶接部によって互いに結合されている、請求項１記載の遠隔シールアセンブリ。
4. 前記溶接部が、電子ビーム溶接部である、請求項３記載の遠隔シールアセンブリ。
5. 前記下部筐体が、水和物の排出特徴部を含む、請求項１記載の遠隔シールアセンブリ。
6. 前記隔離ダイヤフラムが、前記上部筐体に溶接されている、請求項１の遠隔シールアセンブリ。
7. 前記隔離ダイヤフラムが、前記上部筐体にＴＩＧ溶接されている、請求項６記載の遠隔シールアセンブリ。
8. 前記遠隔シールアセンブリ全体が、合金Ｃ−２７６で形成される、請求項１記載の遠隔シールアセンブリ。
9. 前記下部筐体が、前記プロセス流体入口のまわりに配置されたショルダー部を有する、請求項１記載の遠隔シールアセンブリ。
10. 前記上部筐体が、４個以下の取付穴を含み、それを貫いて取付ボルトを通すように構成される、請求項９記載の遠隔シールアセンブリ。
11. 前記遠隔シールアセンブリを前記圧力容器に結合するように構成される、複数の自己付勢シールをさらに含む、請求項９記載の遠隔シールアセンブリ。
12. 前記自己付勢シールがｃリングである、請求項１１記載の遠隔シールアセンブリ。
13. 第１のｃリングが前記ショルダー部のまわりに配置され、第２のｃリングが前記ショルダー部と前記圧力容器との間に配置される、請求項１２記載の遠隔シールアセンブリ。
14. 前記圧力容器に対する前記下部筐体の回転を阻害するように、前記圧力容器の協働する特徴部の中に係合するように構成される、少なくとも１つの位置合わせ特徴部をさらに含む、請求項１記載の遠隔シールアセンブリ。
15. それを通して流体フローを受けるように構成されるベンチュリ流量計本体であって、狭窄したスロート領域およびその中に配置された複数の圧力タップを有するベンチュリ流量計本体と、
    前記ベンチュリ流量計本体上のそれぞれの圧力タップに取り付けられた、前記請求項１ないし１４の少なくとも１つに記載の遠隔シールアセンブリと、
    各少なくとも１つの遠隔シールアセンブリへ流体的に結合される圧力トランスミッタとを含み、
    各遠隔シールアセンブリが、４個以下のボルトによってベンチュリ流量計本体に取り付けられる、
    海中プロセス流体フロー測定システム。
16. 前記少なくとも１つの遠隔シールアセンブリが、複数の遠隔シールアセンブリを含む、請求項１５記載の海中プロセス流体フロー測定システム。
17. 各遠隔シールアセンブリが合金Ｃ−２７６で形成される、請求項１５記載の海中プロセス流体フロー測定システム。
18. 各遠隔シールアセンブリが、ショルダー部および複数の自己付勢シールを通してベンチュリ流量計本体に結合されるプロセス流体入口を含む、請求項１５記載の海中プロセス流体フロー測定システム。
19. 前記自己付勢シールがｃリングである、請求項１８記載の海中プロセス流体フロー測定システム。
20. 第１のｃリングが前記ショルダー部のまわりに配置され、第２のｃリングが前記ショルダー部と前記ベンチュリ流量計本体との間に配置される、請求項１９記載の海中プロセス流体フロー測定システム。
21. 各遠隔シールアセンブリが、前記ベンチュリ流量計の協働する特徴部の中に係合される少なくとも１つの位置合わせ特徴部をさらに含む、請求項１５記載の海中プロセス流体フロー測定システム。
22. 各遠隔シールアセンブリが排出特徴部を含む、請求項１５記載の海中プロセス流体フロー測定システム。

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