MX2012005360A

MX2012005360A - Un procedimiento y aparato para la medida de flujo en oleoductos o gasoductos.

Info

Publication number: MX2012005360A
Application number: MX2012005360A
Authority: MX
Inventors: Paal Even Gaarder
Original assignee: Thompson Reuters Markets Norge As
Priority date: 2009-11-11
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2012-09-07
Also published as: GB0919709D0; EA201270608A1; EP2499467A2; US20120279316A1; WO2011058095A2; US10330512B2; WO2011058095A3; US20130276549A1; GB2475257A; US8910530B2; CA2780564A1; CA2780564C

Abstract

La presente divulgación se refiere a un procedimiento y un aparato para medir un caudal a través de un conducto, tal como una tubería de conducción. El procedimiento comprende proporcionar un parámetro de referencia, medir un primer parámetro en una primera posición en el conducto y determinar una diferencia entre el primer parámetro y el parámetro de referencia. El caudal a través del conducto se determina en base a la diferencia entre el primer parámetro y el parámetro de referencia.

Description

UN PROCEDIMIENTO Y APARATO PARA LA MEDIDA DE FLUJO EN OLEODUCTOS O GASODUCTOS Relación con otras solicitudes La presente solicitud reivindica prioridad y beneficio de la solicitud de patente GB N.° 0919709 presentada el 1 1 de noviembre de 2009, cuyo contenido se incorpora en el presente documento por referencia.

CAMPO DE LA INVENCIÓN El campo de la presente invención se refiere a un procedimiento y a un aparato para medir un caudal de un fluido, tal como el caudal de un fluido, a través de tuberías de conducción o conductos similares. En particular, la presente divulgación se refiere a un procedimiento y un aparato para medir un caudal de un fluido en un conducto sin tener acceso directo al conducto.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las tuberías de conducción para el transporte de fluidos, tales como gas, petróleo u otros combustibles líquidos, se usan ampliamente. El comercio y transporte de fluidos combustibles es un mercado económicamente importante con un gran número de participantes en el mercado. Por lo tanto, la cantidad de fluidos combustibles que se transportan a través de las tuberías de conducción es un parámetro valioso para la estadística y otros parámetros económicos. Los datos de la cantidad de fluido que se transporta a través de las tuberías de conducción sólo se pueden medir tradicionalmente por las empresas que tienen acceso directo al interior de las tuberías de conducción. Las empresas que tienen este acceso a menudo no comparten ni proporcionan estos datos a terceros ni al público.

Por lo tanto, se han desarrollado procedimientos y sistemas para medir el flujo volumétrico o los caudales en tuberías de conducción desde el exterior sin tener acceso directo al interior de las tuberías de conducción o sin tener contacto físico con las tuberías de conducción.

Los documentos WO 2005/042984 y WO 2008/030844 enseñan el uso de transductores de sonido acústicos para producir y medir señales acústicas que emanan de la tubería de conducción. Las señales acústicas que emanan de la tubería de conducción a menudo comprenden una serie de señales acústicas de distintas fuentes que no siempre son fáciles de separar entre sí. Las señales acústicas de interés se tienen que filtrar cuidadosamente, lo que implica técnicas de filtración avanzadas y una gran cantidad de potencia de cálculo. Las señales acústicas también se ven influenciadas y modificadas por cambios en el entorno.

El documento US 5.571.974 da a conocer un sistema para medir el flujo de partículas de carbón en una cadena de flujos midiendo la vibración de una tubería por la que fluyen las partículas de carbón. Este procedimiento no es aplicable para líquidos que no contienen ninguna partícula.

El documento DE 198 58 307 enseña un aparato y un procedimiento para medir el flujo a través de una tubería de conducción en el que se fija un sensor de flujo de calor a la tubería de conducción.

El documento US 4.984.460 describe un caudalímetro térmico con dos bobinas sensibles al calor que se enrollan alrededor de un conducto.

El documento US 6.883.369 B1 describe un sensor de flujo térmico en el que una sonda térmica y un sensor de referencia están en contacto directo con una tubería.

El documento US 4.255.968 describe un procedimiento y un aparato para medir un flujo a través de una tubería calentando la tubería y midiendo una diferencia de temperatura directamente en la tubería.

Es un objetivo de la presente invención proporcionar un procedimiento y un aparato para medir un caudal de un fluido en un conducto sin tener acceso directo al conducto.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente divulgación se refiere a un procedimiento para medir un caudal a través de un conducto. El procedimiento comprende proporcionar un parámetro de referencia, medir un primer parámetro en una primera posición en el conducto, determinar una diferencia entre el primer parámetro y el parámetro de referencia y determinar el caudal a través del conducto basado en la diferencia determinada. El parámetro de referencia y el primer parámetro podrían ser una dimensión del conducto o bien el parámetro de referencia y el primer parámetro son una temperatura.

El procedimiento puede usar sensores de temperatura para medir el caudal, que son fáciles de usar y están comercialmente disponibles. El procedimiento se puede usar sin acceso al interior del conducto y en cualquier lugar adecuado en el conducto.

El conducto puede ser una tubería de conducción para el transporte de fluidos, tales como fluidos combustibles como gas o petróleo. El fluido puede ser un líquido o mezclas de gases y líquidos compresibles, material de grano sólido tal como carbón o partículas de carbono.

El caudal medido puede ser el caudal de un fluido o un gas que fluye a través del conducto. El caudal puede ser el caudal volumétrico, y se puede determinar en volumen/tiempo.

La primera posición del primer sensor puede ser un lugar definido en el conducto. El primer sensor puede ser un sensor de temperatura y el primer parámetro es una primera temperatura.

El sensor de temperatura puede estar en contacto directo con el conducto y puede medir la temperatura en la superficie exterior del conducto. El sensor de temperatura también puede estar dispuesto a cierta distancia del conducto. El sensor de temperatura puede ser un sensor de radiación infrarroja (IR) para medir la temperatura del conducto sin contacto directo con el conducto.

Si el primer parámetro es una primera temperatura, la primera posición del primer sensor puede ser en un lugar en el que el fluido en el conducto intercambie calor con el entorno del conducto. El intercambio de calor con el entorno se producirá, por ejemplo, cuando el conducto sale a un medio tal como tierra o mar. Si el mar o la tierra tiene una temperatura inferior al entorno del conducto después de salir al mar o a tierra, el conducto se puede enfriar por el fluido y se medirá una temperatura inferior a la temperatura del entorno en el conducto. Se puede usar la temperatura del entorno como la temperatura de referencia La primera posición del primer sensor puede estar también en un lugar en el que el fluido dentro del interior del conducto cambie de presión, por ejemplo en una bomba, una válvula, un estrangulador o un codo. El cambio en la presión del fluido cambia la temperatura del fluido, por ejemplo por la ecuación de Van der Waals o ecuaciones similares. El cambio en la temperatura del fluido puede dar como resultado una diferencia de temperatura en el conducto delante y detrás del cambio de presión.

Proporcionar la temperatura de referencia puede comprender medir la temperatura de referencia. La temperatura de referencia se puede medir a una distancia conocida o medida desde la primera posición.

La temperatura de referencia puede ser una temperatura del entorno del conducto, por ejemplo, el aire que rodea el conducto.

La temperatura de referencia puede ser una temperatura del agua y el procedimiento puede comprender medir la temperatura del agua como temperatura de referencia.

La temperatura de referencia puede ser una temperatura de la tierra o del suelo y el procedimiento puede comprender medir la temperatura de la tierra o del suelo como temperatura de referencia.

La temperatura de referencia también se puede conocer a partir de otras fuentes, tales como las fuentes de datos meteorológicos.

La presente divulgación se refiere también a un aparato para medir un caudal a través de un conducto. El aparato comprende un primer sensor de temperatura para medir una primera temperatura en la proximidad del conducto y una unidad de cálculo para determinar una diferencia de temperatura entre la primera temperatura y una temperatura de referencia y para determinar el caudal a través del conducto basado en la diferencia de temperatura.

El aparato puede comprender además un sensor de temperatura de referencia para medir la temperatura de referencia.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 muestra un primer aspecto para medir el caudal a través de un conducto.

La figura 2 muestra un segundo aspecto para medir el caudal a través de un conducto.

La figura 3 muestra un tercer aspecto para medir el caudal a través de un conducto.

La figura 4 muestra un diagrama de flujo del procedimiento de la presente divulgación.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención se describirá ahora en base a los dibujos. Se entenderá que las realizaciones y aspectos de la invención descrita en el presente documento son sólo ejemplos y no limitan el alcance de protección de las reivindicaciones en modo alguno. La invención se define por las reivindicaciones y sus equivalentes. También se entenderá que una característica de un aspecto se puede combinar con las características de otro aspecto u otros aspectos.

La presente invención se basa en la observación de que un tubo o tubería denominada colectivamente un conducto que conduce un fluido caliente se calentará mientras el fluido fluye a través de la tubería. Si se detiene el flujo, la temperatura del conducto disminuirá hasta la temperatura del entorno del conducto. Un ejemplo sencillo de un conducto de este tipo es la tubería de agua doméstica.

La presente divulgación usa esta observación para medir los siguientes parámetros relativos a un caudal del líquido en el tubo, tubería u otro tipo de conducto: a) Si la temperatura del conducto es mayor que la temperatura del entorno, un fluido líquido caliente está fluyendo a través del conducto. b) Si la temperatura del conducto se incrementa, hay un flujo creciente de fluido caliente y el caudal se está incrementando. c) Si la temperatura del conducto es estable a una temperatura más alta que en el entorno durante un intervalo de tiempo, hay un flujo estable de fluido caliente a un caudal constante a través del conducto. d) Si la temperatura del conducto disminuye desde una temperatura más alta hacia la temperatura del entorno, el caudal de fluido caliente se ha disminuido o se ha detenido.

El mismo principio se puede aplicar inversamente si el fluido en el conducto es más frío que en el entorno.

Mientras que los ejemplos dados anteriormente asumen que las diferencias de temperatura entre el fluido en el conducto y el entorno son bastante altas, se ha encontrado que el mismo principio se puede aplicar si las diferencias de temperatura son pequeñas. Por ejemplo, las diferencias de temperatura pueden ser de 1 °C o menor.

El caudal en el conducto se puede calcular en una primera aproximación con la ecuación: Flujo = (Tc - Tr) * k (1) en la que Flujo es el flujo a través del conducto en volumen por tiempo, Tc es la temperatura medida del conducto, Tr es una temperatura de referencia y k es una constante.

Se pueden aplicar fórmulas más avanzadas usando compensaciones añadidas, una capacitancia térmica variable del fluido, una capacidad térmica del conducto.

La figura 1 muestra un ejemplo de cómo se mide un caudal en un conducto en un aspecto de esta invención. El conducto puede ser una tubería de conducción usada para el transporte de fluidos 13 tales como gas o petróleo. El término fluido usado en la presente divulgación también comprende líquidos o mezclas de gases y líquidos compresibles y material de grano sólido. La figura 1 muestra una tubería de conducción 10 que sale del mar 2. Se puede encontrar un punto de salida 11 de este tipo, por ejemplo, en el que la tubería de conducción 10 cruza fuera del mar 2 a la costa. De forma alternativa, la tubería de conducción 10 puede salir en el punto de salida 11 desde la tierra o el suelo. El procedimiento y el aparato de la presente divulgación se puede usar en estos puntos de salida 11 porque las tuberías de conducción 10 son fácilmente accesibles. La tubería de conducción 10 y el fluido 13 que fluye a través de la tubería de conducción 10 están a una temperatura constante en el punto de salida 11 del mar 2 o de la tierra. Esta temperatura constante corresponde a la temperatura del mar 2 o de la tierra. La temperatura de la tierra o la temperatura del mar se puede usar fácilmente para la determinación del caudal, pero no es necesaria para la presente invención para medir o conocer esta temperatura de la tierra o del mar.

Se puede disponer un primer sensor de temperatura 20 en una primera posición 12 de la tubería de conducción 10 y se puede medir la temperatura de la tubería de conducción en la primera posición 12 como una primera temperatura Tc. El primer sensor de temperatura 20 puede estar en contacto directo con la tubería de conducción 10, como se muestra en la fig. 1. No es necesario el acceso al interior de la tubería de conducción 10 y se puede unir de forma extraible el primer sensor de temperatura 20 a la tubería de conducción 10. Por ejemplo, se puede unir el primer sensor de temperatura 20 a la tubería de conducción 10 usando un imán, una cinta o cualquier otro medio para fijar el sensor de temperatura 20 a la tubería de conducción 10. Se puede disponer de forma extraible el sensor de temperatura 20 a la tubería de conducción 10 o se puede instalar de forma fija.

El primer sensor de temperatura 20 puede ser un sensor de temperatura comercialmente disponible. El primer sensor de temperatura 20 puede tener una precisión de aproximadamente un 1 % dependiendo de la localización y del número de sensores.

El primer sensor de temperatura 20 puede transmitir el parámetro medido (en este caso datos de temperatura) a una unidad de cálculo 30. Se puede usar una conexión por cable sencilla o una conexión de radio para transmitir los datos de temperatura medidos por el primer sensor de temperatura 20 a la unidad de cálculo 30. La unidad de cálculo 30 puede ser un dispositivo portátil para medidas in situ. La unidad de cálculo 30 también puede estar dispuesta a cierta distancia del sensor de temperatura 20 y los datos de temperatura se pueden transmitir por medio de una conexión de radio, por internet u otros medios conocidos para la transferencia de datos. La unidad de cálculo 30 puede ser un dispositivo separado o se puede implementar en un programa de ordenador que se ejecuta en un ordenador comercialmente disponible próximo a la localización o muy alejado de la localización. La unidad de cálculo 30 determina la diferencia entre la primera temperatura Tc en la primera posición 12 de la tubería de conducción 10 y la temperatura de referencia TR como se ha señalado anteriormente (ecuación 1 ).

La temperatura de referencia TR se puede obtener a partir de un sensor de temperatura de referencia 25. El sensor de temperatura de referencia 25 puede medir la temperatura del entorno, por ejemplo, el aire que rodea a la tubería de conducción 10. La temperatura medida en el sensor de temperatura de referencia 25 puede ser igual a o se puede usar para obtener la temperatura de referencia TR correspondiente a la temperatura en la primera posición 12, si no está presente ningún flujo de fluido en la tubería de conducción 12.

En algunas aplicaciones, la unidad de cálculo 30 puede recibir información de temperatura adicional de otros sensores de temperatura dispuestos en diferentes posiciones en o a lo largo de la tubería de conducción 10 o en otra parte. Si se usan varios diferentes de los sensores de temperatura, se puede mejorar la precisión de la medida.

En algunas aplicaciones, se puede omitir el sensor de temperatura de referencia y se puede determinar o conocer la temperatura de referencia TR a partir de otras fuentes.

En un ejemplo, también se puede medir la temperatura de referencia TR usando el primer sensor de temperatura 20. En este caso, se puede medir la temperatura de referencia TR en un tiempo de referencia tr, por ejemplo, cuando no hay flujo en la tubería de conducción 12, pero la invención no se limita a lo mencionado. Después, se puede medir la primera temperatura ?? en el tiempo t1 , que es un tiempo diferente de tr, usando también el primer sensor de temperatura 20. Sólo se requiere un sensor de temperatura en este aspecto de la divulgación.

Se muestra un aspecto adicional en la fig. 2. El ejemplo de la fig. 2 es idéntico al ejemplo mostrado en, y descrito respecto a, la fig. 1 y se pueden aplicar los mismos principios de medida. Los ejemplos de la fig. 2 y fig 1 difieren en que la fig. 2 usa un sensor de radiación 21 para medir la primera temperatura ?? en la primera posición 12. El uso del sensor de radiación 21 , tal como un sensor de radiación infrarroja (IR), tiene la ventaja de que se puede medir la primera temperatura T-i a una distancia de la primera posición 12 y que no es necesario ningún acceso directo a la tubería de conducción 10. Esto hace posible determinar el caudal del fluido 13 dentro de la tubería de conducción 10 sin tener acceso directo a la tubería de conducción 10.

El aspecto de la fig. 2 difiere adicionalmente de la fig. 1 f en que se omite el sensor de temperatura de referencia 25, como se explicó anteriormente. Es obvio que se puede usar el ejemplo de la fig. 2 con un sensor de referencia 25.

La fig. 3 muestra otro aspecto de la presente invención. Si hay un fluido compresible en el interior del conducto 10, la temperatura también cambiará si se produce un cambio de presión dentro del conducto 10. Se puede medir esta diferencia de temperatura y se puede obtener el caudal del fluido. Se puede cambiar un cambio o presión en la tubería de conducción 10 por un elemento 40 en la tubería de conducción. El elemento 40 puede ser una bomba, una válvula, un codo, un estrangulador, o simplemente un elemento de calefacción que se enciende.

Si se usa, por ejemplo, una válvula 40 que está presente, el fluido compresible se puede expandir y el fluido comprimible 13b detrás de la válvula puede tener una temperatura más baja en comparación con la temperatura del fluido compresible 13a delante de la válvula 40. Se puede medir la temperatura del fluido compresible 13b detrás de la válvula 40 con el primer sensor de temperatura 20 y se puede comparar con la temperatura del fluido compresible 13a delante de la válvula 40 medido por el del sensor de temperatura de referencia 25.

El ejemplo mostrado en la fig. 3 también se puede usar para determinar diferencias de presión en la tubería de conducción 10, si se conoce el caudal. A partir de la diferencia de presión, otros parámetros del elemento 40, tales como la posición de la válvula o el nivel de bombeo de una bomba.

Aunque se han descrito los ejemplos dados anteriormente comparando una primera temperatura con una temperatura de referencia, la presente divulgación no se limita a ellos. Como se indicó previamente, se pueden realizar varias medidas de temperatura en diferentes localizaciones a lo largo del conducto o tubería de conducción 10.

También es posible establecer medidas más avanzadas y precisas del flujo y determinar varios parámetros desconocidos, por ejemplo, el flujo másico/tiempo, el flujo de volumen/tiempo, la presión en el interior del conducto, la capacidad térmica del fluido en el interior del conducto, la mezcla de volumen del material en el interior del conducto, la mezcla de masa del material en el interior del conducto, estática o bien de cambio por tiempo.

Aunque se han descrito los aspectos dados anteriormente midiendo las temperaturas en uno o dos puntos sólo en el tiempo, la invención no se limita a esto. Se pueden realizar una serie de medidas de temperatura o se puede medir y monitorizar de forma continua la primera temperatura ?? y/o la temperatura de referencia TR y se puede obtener un patrón de temperatura. Esto permite la determinación del cambio de caudal con el tiempo.

Se puede aplicar otro ejemplo de la presente divulgación si el flujo en la tubería de conducción 10 está a un caudal constante y si la temperatura del fluido cambia con el tiempo. El primer sensor de temperatura 20 puede estar dispuesto en una primera posición 12 en la tubería de conducción 10 y el sensor de temperatura de referencia 25 está dispuesto en una posición de referencia a cierta distancia conocida en la tubería de conducción 10. Si se enfría o se calienta el fluido 13 dentro de la tubería de conducción antes del sensor de temperatura de referencia 25, por ejemplo, por una puerta que se abre hacia una sala fría, la tubería de conducción 10 se enfría ligeramente durante un tiempo corto. Otro ejemplo sería el encendido de un elemento de calentamiento unido a la tubería de conducción 10 delante del sensor de temperatura de referencia 25. La fuente de cambio de temperatura puede ser aleatoria o bien forzada a propósito por el sistema de medida. Después, el sensor de temperatura de referencia 25 medirá un cambio en la temperatura de referencia TR a un tiempo de referencia tr. El primer sensor de temperatura 20 también medirá un cambio en la primera temperatura ?? en un primer tiempo t1. Si se conoce la distancia entre el primer sensor de temperatura 20 y el sensor de temperatura de referencia 25, se puede calcular la velocidad de flujo a partir de la diferencia entre tr y t1 y se puede obtener la velocidad de flujo correspondiente. Por ejemplo, si el primer sensor de temperatura 20 y el sensor de temperatura de referencia 25 están dispuestos a una distancia de 8 m y se mide un cambio de temperatura similar 60 s más tarde, el fluido fluye a una velocidad de 8 m/60 s. Multiplicando esta velocidad por el área de sección transversal de la tubería de conducción, por ejemplo 60 cm2, el flujo es de 800 cm3/s.

Se ha descrito el ejemplo anterior con respecto a las diferencias de temperatura entre una primera temperatura y una temperatura de referencia. La presente invención también se puede aplicar a otros parámetros de la tubería de conducción. Por ejemplo, la circunferencia y el diámetro de la tubería de conducción 10 cambian si el fluido fluye a través de la tubería de conducción 10. Este cambio en la dimensión se puede medir y comparar con un valor de referencia. Se puede medir el valor de referencia cuando no está presente ningún flujo en la tubería de conducción 10 o se puede medir en un modelo de la tubería de conducción 10.

Se puede usar la presente divulgación con tuberías de conducción de transporte de fluidos, tales como gas natural, petróleo u otros líquidos similares para empresas energéticas, así como de otros productos químicos.

El conocimiento del tipo de fluido 13 transportado en la tubería de conducción 10 puede incrementar la precisión de la medida del caudal ya que se pueden usar otros parámetros, tales como la viscosidad, el coeficiente térmico y otros para determinar el caudal.

Aunque se ha descrito la presente divulgación con respecto a fluidos combustibles en tuberías de conducción, para un experto en la técnica es obvio que la presente divulgación se puede aplicar a cualquier fluido transportado en cualquier tipo de conductos. Se puede aplicar la presente divulgación a cualquier dimensión del conducto.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para medir un caudal a través de un conducto (10), el procedimiento estando caracterizado porque comprende: - proporcionar una temperatura de referencia (105); - medir una primera temperatura (120) en una primera posición (12) en el conducto (10); - determinar una diferencia (130) entre la primera temperatura y la temperatura de referencia; y - determinar el caudal (135) a través del conducto (10) basado en la diferencia determinada, en el que medir la primera temperatura (120) desde una distancia a la primera posición.

2. El procedimiento de la reivindicación 1 , caracterizado porque el proporcionar la temperatura de referencia comprende medir la temperatura de referencia en la primera posición (12), y en el que la primera temperatura se mide en un primer tiempo y la temperatura de referencia se mide en un tiempo de referencia.

3. El procedimiento de la reivindicación 1 , caracterizado porque el proporcionar la temperatura de referencia comprende medir la temperatura de referencia en una posición de referencia.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, caracterizado porque medir la temperatura de referencia comprende medir una de entre una temperatura del agua o una temperatura de la tierra como temperatura de referencia.

5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el medir la primera comprende medir un primer patrón de temperatura.

6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende además medir una segunda temperatura en una segunda posición.

7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el conducto (10) es una tubería de conducción.

8. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el caudal es el caudal de un fluido (10) o un gas que fluye a través del conducto.

9. Un aparato para medir un caudal a través de un conducto (10), el aparato caracterizado porque comprende: - un primer sensor (20; 21) para medir una primera temperatura en una primera posición (12) del conducto (10); - una unidad de cálculo (30) para determinar una diferencia entre la primera temperatura y una temperatura de referencia y para determinar el caudal a través del conducto basado en la diferencia determinada, en el que el primer sensor es un sensor de radiación.

10. El aparato de la reivindicación 9, caracterizado porque el sensor de temperatura es un sensor de radiación infrarroja (21).

1 1. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 10, caracterizado porque comprende además un sensor de referencia (25) para medir la temperatura de referencia.

12. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11 , caracterizado porque la unidad de cálculo (30) y el primer sensor (20; 21) están dispuestos a una distancia uno respecto al otro.