MX2014004424A - Graduador de baja temperatura y metodo. - Google Patents

Abstract

Aparatos y métodos para graduar un medidor de flujo incluyendo una instalación de retención de lanzamiento y un dispositivo de detección de fuga de junta.

Description

GRADUADOR DE BAJA TEMPERATURA Y MÉTODO REFERENCIA CRUZADA CON SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reclama el beneficio de la Solicitud Provisional Estadounidense con Número de Serie 61/547,547 presentada el 14 de octubre de 2011 y titulada "Graduador de Baja Temperatura y Método".

DECLARACIÓN RELACIONADA CON INVESTIGACIÓN O DESARROLLO CON PATROCINIO FEDERAL Ninguna .

ANTECEDENTES Después de que los hidrocarburos se han removido de la tierra, la corriente de fluido (tal como petróleo crudo o gas natural) se transporta de lugar a lugar a través de tuberías. Es deseable conocer con precisión la cantidad de fluido que fluye en la corriente, y la precisión en particular es demandada cuando el fluido cambia de manos, o "transfiere su custodia" . La transferencia de custodia puede suceder en una estación de medición de transferencia física de fluido o patín, lo que puede incluir componentes de transferencia clave tales como un dispositivo de medición o un medidor de flujo, un dispositivo graduador, tuberías y válvulas asociadas, y controles eléctricos. La medición de la corriente de flujo que fluye a través de todo el sistema de tuberías de suministro inicia con el medidor de flujo, lo que puede incluir un medidor de turbina, un medidor de desplazamiento positivo, un medidor ultrasónico, un medidor de coriólisis o un medidor de vórtice.

Las características de flujo de la corriente de fluido pueden cambiar durante el suministro del producto que puede afectar la medición precisa del producto siendo suministrado. Típicamente, los cambios de presión, temperatura y tasa de flujo son reconocidos por la intervención del operador. Estos cambios están representados como cambios en las características de flujo, y normalmente son verificados por el operador a través de los efectos de los cambios y su efecto en el dispositivo de medición. Normalmente, esta verificación se lleva a cabo al graduar el medidor con un dispositivo graduador, o calibrador. Un graduador calibrado, adyacente al dispositivo de medición en el patín y en comunicación de fluido con el dispositivo de medición, muestrea los volúmenes calibrados del líquido que pasa a través del graduador que son comparados con los volúmenes de rendimiento del dispositivo de medición. Si hay-diferencias estadísticas importantes entre los volúmenes comparados, el volumen de rendimiento del dispositivo de medición se ajusta para reflejar el volumen de flujo real tal como se identifica por el graduador.

El graduador tiene un volumen precisamente conocido que es calibrado a las normas de precisión conocidas y aceptadas, tales como las prescritas por el Instituto Americano del Petróleo (IAP) o las normas ISO internacionalmente aceptadas . El volumen precisamente conocido del graduador puede ser definido como el volumen del producto entre dos interruptores detectores que es desplazado por el paso de un desplazador, tal como una esfera elastomérica o un pistón. El volumen conocido que es desplazado por el graduador es comparado con el volumen de rendimiento del medidor. Si la comparación arroja un diferencial volumétrico de cero o una variación aceptable del mismo, el medidor de flujo se dice que es preciso dentro de los límites de las tolerancias permitidas. Si el diferencial volumétrico excede los límites permitidos, entonces se proporciona evidencia que indica que el medidor de flujo puede no ser preciso. Entonces, el volumen de rendimiento del medidor se puede ajustar para reflejar el volumen de flujo real según es identificado por el graduador. El ajuste se puede hacer con un factor de corrección de medidor.

Un tipo de medidor es un medidor de salida de pulso, el cual puede incluir un medidor de turbina, un medidor de desplazamiento positivo, un medidor ultrasónico, un medidor de coriólisis o un medidor de vórtice. A manera de ejemplo, la Figura 1 ilustra un sistema (10) para graduar un medidor (12), tal como un medidor de turbina. Un medidor de turbina, basado en el giro de una estructura de tipo turbina dentro de la corriente de fluido (11), genera pulsos eléctricos (15) en donde cada pulso es proporcional a un volumen, y la tasa de pulsos es proporcional a la tasa de flujo volumétrico. El volumen del medidor (12) puede estar relacionado con un volumen de graduador (20) al fluir un desplazador en el graduador (20) . Generalmente, el desplazador es forzado a pasar primero por un detector ascendente (16), después un detector descendente (18) en el graduador (20). El volumen entre los detectores (16), (18) es un volumen de graduador calibrado. El desplazador de flujo primero activa o dispara el detector (16) de forma tal que una hora de inicio (ti6) es indicada a un procesador o computadora (26). El procesador (26) después recaba los pulsos (15) del medidor (12) a través de una línea de señal (14) . El desplazador de flujo finalmente activa el detector (18) para indicar la hora de detención (tig) y por lo tanto una serie (17) de pulsos recabados (15) durante un sólo paso del desplazador. El número (17) de pulsos (15) generados por el medidor de turbina (12) durante el único paso del desplazador, en ambas dirección, a través del volumen de graduador calibrado es indicativo del volumen medido por el medidor durante la hora (ti6) a la hora (ti8) . Se requieren múltiples pasos de desplazador para lograr el volumen del graduador. Al comparar el volumen del graduador con el volumen medido por el medidor, el medidor se puede corregir para el volumen de rendimiento tal como fue definido por el graduador .

La Figura 2 ilustra otro sistema (50) para graduar un medidor de flujo ultrasónico (52) , usando tecnología de tránsito de tiempo. El sistema (50) también incluye un graduador (20) y un procesador (26) . Ultrasónico significa que señales ultrasónicas se envían hacia adelante y hacia atrás a través de la corriente de fluido (51) , y con base en varias características de las señales ultrasónicas, un flujo de fluido se puede calcular. Los medidores ultrasónicos generan datos de tasa de flujo en lotes en donde cada lote comprende muchos juegos de señales ultrasónicas enviadas hacia adelante y hacia atrás a través del fluido, y por lo tanto, en donde cada lote es el tramo de un periodo de tiempo (por ejemplo, un segundo) . La tasa de flujo determinada por el medidor corresponde a una tasa de flujo promedio durante el periodo de tiempo de lote en lugar de una tasa de flujo en un punto de tiempo en particular .

En una modalidad particular del graduador (20) , y con referencia a la Figura 3, se muestra un pistón o graduador compacto (100) . Un pistón (102) está dispuesto recíprocamente en un tubo de flujo (104) . Una tubería (120) comunica un flujo (106) desde una tubería primaria a una entrada (122) del tubo de flujo (104) . El flujo (108) del fluido obliga al pistón (102) a través del tubo de flujo (104) , y el flujo eventualmente sale del tubo de flujo (104) a través de una salida (124) . El tubo de flujo (104) y el pistón (102) también pueden estar conectados a otros componentes, tales como un impulsor de resortes (116) que puede tener un resorte de empuje para una válvula de asiento en el pistón (102) . Una cámara (118) puede también estar conectada al tubo de flujo (104) y el pistón (102) teniendo interruptores ópticos para detectar la posición del pistón (120) en el tubo de flujo (104) . Una bomba hidráulica y motor (110) también se muestra acoplada a la línea de flujo (120) y al impulsor (116) . Un depósito hidráulico (112) , una válvula de control (114) y una línea de presión hidráulica (126) también se muestran acoplados al impulsor (116) . Como se mostrará más adelante, el pistón (102) se puede adaptar de acuerdo con los principios aquí enseñados .

En algunas aplicaciones, los fluidos que fluyen en las tuberías (principalmente tuberías y los de la. estación de medición) se mantienen a bajas temperaturas. Como se usa aquí, bajas temperaturas, por ejemplo, son generalmente menores a alrededor de -45.55°C, alternativamente menor a alrededor de -51.11°C, alternativamente menor a alrededor de -140°C, y alternativamente menor a -156.66°C. Estas bajas temperaturas también pueden ser referidas como temperaturas muy bajas o temperaturas criogénicas. Ejemplos de fluidos mantenidos a bajas temperaturas incluyen gas natural licuado (GNL) , gas licuado de petróleo (GLP) y nitrógeno líquido. Las bajas temperaturas de los fluidos medidos provocan numerosos problemas, tales como la inadecuación de los dispositivos de detección del graduador, el desgaste de los componentes tales como las juntas, y la lubricación reducida de la superficie interna del tubo de flujo para los fluidos de baja temperatura, los cuales tienen a ser no-lubricantes. El acero de carbono reacciona de manera negativa al producto a baja temperatura que fluye en la tuberí .

Para enfocar estos problemas, lo medidores que operan en temperaturas muy bajas son graduados por métodos de graduación indirecta. Generalmente, la graduación indirecta se logra al graduar un medidor apropiado para el servicio a muy baja temperatura usando un graduador que no está clasificado para servicio a muy baja temperatura. Primero, un fluid, generalmente agua, se fluye a través de un medidor graduador, y el medidor graduado se gradúa de manera normal para establecer un factor de medidor para el medidor graduador. El medidor graduador después se usa en el producto a baja temperatura que fluye realmente para obtener el factor de medidor para que el medidor mida el producto a baja temperatura. Consecuentemente, el medidor graduador es calibrado usando un fluido diferente al producto real suministrado a través del medidor (al menos con respecto a la densidad) , llevando a resultados incorrectos en el medidor de producto real a ser calibrado.

Por lo tanto, existe una necesidad por un graduador adaptado para temperaturas muy bajas, al menos para aumentar la durabilidad del graduador y para proporcionar graduación directa de productos de temperaturas muy bajas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para una descripción detallada de las modalidades ejemplares, se hará ahora referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales: La Figura 1 es una representación esquemática de un sistema para graduar un medidor, tal como un medidor de turbina; La Figura 2 es una representación esquemática de otro sistema para graduar un medidor, tal como un medidor ultrasónico; La Figura 3 es una representación esquemática de un graduador tipo pistón bidireccional; La Figura 4 es una vista en perspectiva de un pistón de acuerdo con las enseñanzas de este documento; La Figura 5 es una vista lateral del pistón de la Figura 4; La Figura 6 es una vista transversal del pistón de las Figuras 4 y 5; La Figura 7 es un esquema de un pistón en un tubo de flujo de graduador de acuerdo con las enseñanzas de este documento; La Figura 8 es un esquema de una modalidad alternativa del pistón y el graduador de la Figura 7; Las Figuras 9-15 son representaciones esquemáticas de un graduador tipo pistón bidireccional alternativo que incluye modalidades de un sistema de retención de lanzamiento de pistón de acuerdo con los principios aquí divulgados; y La Figura 16 es una representación esquemática de un graduador tipo pistón bidireccional alternativo que incluye modalidades de un sistema de detección de fuga de junta de acuerdo con los principios aquí divulgados.

DESCRIPCIÓN DETALLADA En los dibujos y la descripción que siguen, las partes similares están típicamente marcadas en toda la descripción y los dibujos con los mismos números de referencia. Las figuras de los dibujos no están necesariamente a escala. Ciertas características de la invención se pueden mostrar exageradas en escala o en forma algo esquemática y algunos detalles de los elementos convencionales pueden no mostrarse en aras de la claridad y la concisión. La presente descripción es susceptible de modalidades de diferentes formas. Las modalidades específicas se describen en detalle y se muestran en los dibujos, con el entendimiento de que la presente descripción se ha de considerar una ejemplificación de los principios de la descripción, y no pretende limitar la divulgación que se ilustra y describe en el presente documento. Es de ser reconocido plenamente que las diferentes enseñanzas de las modalidades descritas a continuación se pueden emplear por separado o en cualquier combinación adecuada para producir los resultados deseados.

A menos que se especifique lo contrario, en la discusión que sigue y en las reivindicaciones, los términos "incluyendo" y "comprendiendo" se utilizan de una manera abierta, y por lo tanto deben ser interpretados en el sentido de "incluyendo, pero no limitado a...". Cualquier uso de cualquier forma de los términos "conectar", "engranar", "acoplar", "fijar" o cualquier otro término que describa una interacción entre los elementos no pretende limitar la interacción a la interacción directa entre los elementos y también pueden incluir la interacción indirecta entre los elementos descritos. El término "fluido" puede referirse a un fluido o gas y no está relacionado únicamente con cualquier tipo particular de fluido, tal como hidrocarburos. Los términos "tubería", "conducto", "línea" o similar se refiere a cualquier medio de transmisión de fluidos. Las diversas características mencionadas anteriormente, así como otros rasgos y características que se describen en más detalle a continuación, serán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica tras la lectura de la siguiente descripción detallada de las modalidades, y haciendo referencia a los dibujos que se acompañan.

Las modalidades descritas en el presente documento incluyen un graduador, tal como una tubería de graduador de tipo pistón, que está adaptado para su uso con fluidos de baja temperatura. Tal graduador puede ser denominado como un graduador criogénico. En particular, el graduador se usa con fluidos a bajas temperaturas de menos de -45.55°C. Más particularmente, el graduador se usa con fluidos a bajas temperaturas de menos de -(128).88°C. Se presentan en este documento varias combinaciones de componentes y principios que proporcionan el graduador criogénico, o los métodos de graduación directa de fluidos a bajas temperaturas. Por ejemplo, un dispositivo de detección en el graduador se mejora para bajas temperaturas, tales como mediante el ajuste de los componentes del material o la sustitución de sensores. En algunas modalidades, el acabado superficial de la superficie interna del tubo de flujo se mejora para la lubricación de productos no-lubricados de GNL y GLP. En otras modalidades, se proporciona un rotador de pistón para evitar el deterioro de las juntas de pistón.

Haciendo referencia inicialmente a la Figura 3, el graduador (100) puede incluir alternativamente un miembro de detección o anillo de objetivo (130) , disponible en varios lugares a lo largo de la longitud axial del pistón (102) . El tubo de flujo (104) incluye un sensor (128) , también disponible en varios lugares a lo largo de la longitud axial del tubo de flujo (104), para detectar el paso del anillo de objetivo (130) . El anillo de objetivo (130) es el instigador de activación para la entrada y salida de la sección de medición calibrada del tubo de flujo (104) del graduador (100). A temperaturas muy bajas, una comunicación adecuada entre el sensor (128) y el anillo de objetivo (130) se ve afectada negativamente debido a, por ejemplo, la falta de adaptación del detector (128) o los materiales del anillo de objetivo (130) a temperaturas muy baj as .

Haciendo ahora referencia a la Figura 4, se muestra una modalidad de un pistón graduador (202) . El pistón (202) se puede utilizar en una variedad de graduadores, tales como el graduador (100). El pistón (202) es especialmente adecuado para un graduador bidireccional . El pistón (202) incluye un cuerpo (230) con los extremos (206), (208) . Una porción media del cuerpo (230) incluye un anillo (210) acoplado al mismo. Una porción interior del cuerpo de pistón (230) incluye una superficie interna (212) con una placa (214) que se extiende entre las mismas, generalmente perpendicular al eje longitudinal del pistón (202) . Un primer conjunto de álabes (216) se extiende desde la placa (214) . Los álabes (216) se extienden generalmente perpendiculares a la placa (214) , pero también en un ángulo a la placa (214) de tal manera que los álabes pueden recibir un fluido que actúa sobre la placa (214) y redirige una fuerza aplicada a la placa (214) . El ángulo de los álabes respecto a la placa (214) es variable. En algunas modalidades, un segundo conjunto de álabes está dispuesto de manera similar en un lado opuesto de la placa (214) para llevar a cabo las mismas funciones de una manera bidireccional .

Haciendo referencia brevemente a la figura 5, se muestra una vista lateral del pistón (202) que ilustra el cuerpo (230) que tiene los extremos (206) , (208) y el anillo (210) .

En algunas modalidades, el anillo (210) es el anillo de objetivo asociado con el pistón (202). En algunas modalidades, el anillo (210) incluye materiales que tienen propiedades magnéticas. En ciertas modalidades, el anillo (210) comprende materiales que son o libres de carbono o tienen huellas de carbono. En modalidades ejemplares, el anillo (210) comprende metal alto en mu (µ) . En modalidades ejemplares, el anillo (210) comprende componentes metálicos HYMU o HYMU 80. En modalidades ejemplares, el anillo (210) comprende varias combinaciones de níquel, hierro, cobre y/o molibdeno. La fijación del anillo de objetivo (210) al pistón (202) está diseñada para permitir la expansión y contracción del anillo de objetivo (210) de manera que pueda expandirse y contraerse y sin embargo, mantener una relación física constante con repetibilidad no mayor de uno en diez mil.

Con referencia a la figura 7, un tubo de flujo (204) que contiene el pistón (202) puede incluir una bobina de captación magnética (232) montada en el mismo. El pistón (202) está dispuesto de forma móvil y recíprocamente en un paso de flujo (224) del tubo de flujo (204) de forma que el pistón (202) pueda pasar la bobina de captación magnética (232) de una manera bidireccional . A medida que el anillo de objetivo (210) pasa a la bobina de captación (232), el anillo y la bobina se comunican a través de reluctancia magnética o principio de inducción. El anillo de objetivo (210) proporciona la fuerza de flujo magnético o inductivo que es recibida por la bobina de captación (232) . El anillo de objetivo (210) pasa en una proximidad predeterminada, referida como el espacio de aire, y provoca una desviación en el campo magnético existente de la bobina de captación (232) . El cambio en la reluctancia o la inducción del circuito magnético resultante genera un impulso de tensión, que se transmite entonces a un preamplificador . El preamplificador fortalece la señal, que se utiliza para activar una computadora de graduador, tales como los descritos en el presente documento, para recabar impulsos de medidores del medidor que está siendo graduado.

En otra modalidad, y con referencia a la Figura 8, un conjunto de detección que comprende un par de transceptores ultrasónicos (328) , (330) está montado en un tubo de flujo (304) de un pistón o graduador compacto. Los transceptores (328) , (330) también pueden ser referidos como la velocidad ultrasónica de transceptores de sonido. Un conjunto de pistón (302) es móvil bidireccionalmente en un paso de flujo (324) del tubo de flujo (304) . Los transceptores (328), (330) se comunican a través de una señal sónica en línea recta (332) . Cuando el borde delantero del pistón (302), ya sea el extremo (306) o el extremo (308), se alinea con los transceptores (328), (330), la señal (332) se interrumpe. La interrupción de la señal (332) activa una computadora de graduador, provocando el funcionamiento del resto del graduador y la computadora de graduador en la forma normal y en consonancia con las enseñanzas de este documento. En modalidades adicionales, los transceptores (328), (330) incluyen transductores de desplazamiento lineal tipo inductivo, o están adaptados para transmitir otras señales interrumpibles (332) como haz de láser, haz de LED, o haz de radar.

Todavía en referencia a las figuras 7 y 8, los pasos de flujo (224) y (324) incluyen superficies internas (226), (326), respectivamente. Típicamente, el tubo de flujo o cilindro del graduador comprende material de tuberías, así definido por las especificaciones de los materiales aplicables. El acabado interno del cilindro graduador, tales como los de las superficies (226), (326), es normalmente de grafito impregnado de epoxi aplicado mediante la metodología de la pintura de aerosol convencional. Debido a la no-lubricidad de ciertos productos de hidrocarburos a ser graduados, tales como butanos, propanos y GLP, el recubrimiento sobre las superficies internas acabadas ayuda al pistón desplazador al movimiento sin problemas a través del cilindro del graduador. Este es un requisito para una graduación consistente y precisa. Sin embargo, estos recubrimientos no son adecuados para las temperaturas inferiores definidas en el presente documento. Por lo tanto, las superficies (226), (326) de las modalidades de las figuras 7 y 8 se componen de un microacabado . El microacabado de las superficies (226) , (326) permite que una película microscópica de producto se mantenga en las superficies (226), (326), maximizando así el ya bajo grado de lubricación que el producto es capaz de soportar inherentemente. En modalidades ejemplares, los microacabados aplicados a las superficies (226), (326) incluirán aproximadamente 0.000812 mm a 0.000406 mm obtenidas por rectificado, fresado o pulido .

Haciendo referencia ahora a la figura 6, se muestra una sección transversal tomada a lo largo de una longitud axial del pistón graduador (202) . El cuerpo del pistón (230) incluye en su extremo (206) un primer anillo (240), un segundo anillo (242) y un casquillo (244), principalmente para fines de montaje. Los anillos (240) , (242) proporcionan ubicaciones alternativas para que el anillo de objetivo como se describe en este documento sea dispuesto, además de la ubicación descrita con respecto al anillo de objetivo (210). El extremo (206) y otro extremo (208) incluyen juntas (248), (250) dispuestas circunferencialmente alrededor del cuerpo del pistón (230). El primer conjunto de álabes (216) se extiende en una primera dirección desde la placa (214), y un segundo conjunto de álabes (246) se extiende en una segunda dirección generalmente opuesta a la primera dirección para efectuar el movimiento bidireccional del pistón (202) . Además, los álabes (216) , (246) están en ángulo de forma variable para proporcionar las funciones tal como se describe más completamente a continuación.

En general, las juntas del desplazador (248) , (250) en el pistón (202) proporcionan una barrera a prueba de fugas para evitar que el producto vaya de un lado del pistón (202) al otro. Específicamente, las juntas (248), (250) previenen contra la fuga a través del pistón (202) cuando el pistón se desplaza entre los interruptores detectores del graduador, asegurándose de que el volumen de fluido sea graduado durante el paso de forma precisa y repetible representa el volumen calibrado del graduador. Las juntas (248), (250) se pueden deteriorar en base a dos causas principales. En primer lugar, la fricción del paso del pistón a través del graduador durante el funcionamiento normal puede, con el tiempo, deteriorar la superficie de la junta. La longitud de tiempo hasta el deterioro y fallo de la junta está determinada por la frecuencia de uso del graduador. El segundo factor que contribuye al desgaste del conjunto de pistón es las fuerzas gravitacionales sobre las juntas causadas por el peso del pistón. Centrarse en este segundo factor puede proporcionar beneficios .

El movimiento de rotación del pistón alrededor de su eje, que provoca que el pistón (202) gire en espiral en el tubo de flujo (204) a medida que se desplaza, reduce el factor de desgaste y prolonga la vida de las juntas del pistón. Los álabes de rotación (216), (246) proporcionan el movimiento de giro o en espiral del pistón (202) . La introducción de flujo perpendicular al extremo del pistón girará el pistón de acuerdo con un ángulo variable de los álabes . Los topes se pueden poner en los extremos del graduador correspondientes al pistón, y que no están afectados por los álabes . Los topes impiden que los álabes se distorsionen por que el pistón llegue a descansar en el extremo del tubo de flujo o cilindro del graduador.

Las enseñanzas en el presente documento incluyen un método de graduación de medidor directa, de tal manera que el fluido que fluye al medidor se desvía directamente al graduador a pesar de que los fluidos están a temperaturas muy bajas que no pueden ser manejadas por los pistones y graduadores compactos actuales. El fluido puede ser dirigido a través del graduador y luego hacia arriba a la tubería que re-introduce el producto en la tubería de transporte. Aunque no es común, el graduador a veces se encuentra hacia arriba del medidor de tal manera que el flujo se dirige al graduador y luego fluye a través del medidor. El propósito del graduador es proporcionar un volumen conocido a comparar con un volumen medido indicado. Los dos volúmenes se estandarizan a continuación, utilizando los factores de corrección para los parámetros de temperatura, presión y densidad para el producto para establecer un factor de medidor. El factor de medidor se obtiene dividiendo el volumen del fluido que pasa a través del medidor (determinado por el volumen de graduador durante la graduación) por el volumen indicado por el medidor correspondiente. El volumen de graduador es el volumen desplazado entre los interruptores detectores. El volumen de graduador se establece determinando con precisión el volumen entre los interruptores detectores (también llamado el volumen base del graduador) por un método llamado el método de toma de agua, tal como lo describe el Instituto Americano del Petróleo.

La precisión de un graduador de tubería bidireccional de tipo pistón y la estación de medición general, cuando se opera a temperaturas de menos de 45.55°C, y específicamente a temperaturas que se aproximan a -140°C, se ve afectada significativamente por las limitaciones en los materiales de los componentes. Una válvula, tal como una válvula de 4 vías, no está disponible para el control direccional de movimiento del desplazador en un graduador bidireccional para temperaturas muy bajas y por lo tanto hace que otros tipos de graduadores utilizados en servicios de temperatura normal sean inoperables a temperaturas muy bajas. El anillo de detección del detector y los dispositivos detectores en los graduadores no son adecuados para el servicio a baja temperatura. Los recubrimientos auto-lubricantes para su uso con los productos no lubricantes como el GLP no están disponibles para el servicio a baja temperatura. Las modalidades descritas en este documento abordan estos y otros problemas .

Las modalidades ejemplares de un graduador de medidor de flujo para fluidos de baja temperatura incluyen una entrada configurada para ser acoplada directamente a una tubería que lleva los fluidos de baja temperatura, una salida configurada para ser acoplada directamente a la tubería que lleva los fluidos de baja temperatura, un tubo de flujo acoplado entre la entrada y la salida, y un desplazador móvil en un paso de flujo del tubo de flujo, en el que el tubo de flujo y el desplazador están configurados para recibir fluidos de temperatura baja. En una modalidad, el graduador incluye, además, una bobina de captación magnética acoplada al tubo de flujo y un miembro magnético acoplado al desplazador que se comunica con la bobina de captación magnética a través de reluctancia magnética o inducción. El desplazador puede ser un pistón y el elemento magnético puede ser un anillo de objetivo envuelto alrededor del pistón. En otra modalidad, el graduador incluye una bobina de captación magnética acoplada al tubo de flujo y un miembro de objetivo libre de carbono acoplado al desplazador que se comunica con la bobina de captación magnética. En otra modalidad, el miembro objetivo acoplado al desplazador incluye un material que tiene trazas de carbono. En una modalidad adicional, el graduador incluye un par de transceptores ultrasónicos acoplados al tubo de flujo y la comunicación de una señal a través del paso de flujo en el tubo de flujo y en donde el desplazador es movible en el paso de flujo para interrumpir la señal.

En algunas modalidades, el paso de flujo del graduador incluye una superficie interna que tiene un microacabado. El microacabado mantiene una película microscópica de los fluidos de baja de temperatura entre la superficie interna del paso de flujo y el desplazador para lubricación. El microacabado puede estar en el intervalo de 0.000812 mm a 0.000406 mm. El microacabado puede obtenerse a través de al menos uno de rectificado, fresado, pulido de la superficie interna. En otras modalidades, el desplazador incluye un álabe dispuesto en un ángulo respecto a la dirección de flujo de los fluidos de baja temperatura. El desplazador puede ser un pistón que incluye un conjunto de álabes interiores que se extienden a lo largo de un eje longitudinal del pistón y dispuestos en un ángulo con respecto al eje. El álabe gira el desplazador en respuesta al flujo de los fluidos de baja temperatura.

Haciendo referencia ahora a la figura 9, un graduador bidireccional de tipo pistón (400) se ilustra y se configura para su uso con fluidos de baja temperatura y equipado con una instalación de "retención de lanzamiento de pistón" . El graduador bidireccional (400) incluye en general una manivela (414) , secciones de tubería (405) y (407), una cilindro de graduador (412) que tiene un primer extremo (412a) y un segundo extremo (412b) , secciones de derivación (420) y (421), y secciones de curva en U (424) y (426) . La manivela (414) incluye una entrada (402) y una salida (403), en donde la entrada (402) y la salida (403) están configuradas para acoplarse directamente con una tubería en la que circulan fluidos, tales como fluidos de baja o muy baja temperatura. La manivela (414) incluye además un par de válvulas de entrada (404) y (406), y un par de válvulas de salida (416) y (418). La manivela (414), a través de la utilización de cuatro válvulas independientes (válvulas de entrada (404), (406), y válvulas de salida (416), (418)), está configurada para permitir la manipulación de fluidos de baja temperatura. Sin embargo, en otras modalidades, el graduador bidireccional (400) puede incluir una válvula de cuatro vías en lugar de manivela (414), tal como en el caso en que no se requiere que el graduador gradúe directamente fluidos de baja temperatura.

Acopladas a la manivela (414) están dos secciones (405) y (407), que están configuradas para proporcionar comunicación de fluido entre la manivela (414) y las secciones de curva en U (424), (426), y las secciones de derivación (420), (421). La sección de curva en U (424) se acopla entre la sección (405) y el primer extremo (412a) del cilindro de graduador (412) mientras que la sección de curva en U (426) se acopla entre la sección (407) y el segundo extremo (412b) . Las secciones de derivación (420) y (421) incluyen cada una, una válvula de derivación (422) y (423), y acoplamiento al cilindro (412). En la modalidad de graduador (400) , la sección de derivación (420) se acopla con el cilindro (412) a una distancia (420a) desde el primer extremo (412a) , mientras que la sección de derivación (421) se acopla a una distancia (421a) del segundo extremo (412b). Así, mientras las secciones de curva en U (424), (426), contemplan la comunicación fluida entre las secciones (405), (407) y los extremos (412a), (412b) del cilindro del graduador (412), las secciones de derivación (420), (421) cada una proporcionan una comunicación fluida selectiva entre las secciones (405) , (407) y las localizaciones en el cilindro del graduador (412) desplazados de los extremos (412a), (412b) (es decir, lugares dispuestos a distancias (420a) , (421a) , de los extremos (412a) , (412b) , respectivamente ) .

El cilindro del graduador (412) incluye un desplazador de tipo pistón (410) dispuesto en el mismo que tiene un primer extremo (410a) y un segundo extremo (410b) . El cilindro del graduador (412) incluye, además, dos detectores (428), dispuestos en una distancia conocida (412c) separados unos de otros. La distancia (412c) y el diámetro interior del cilindro (412) cuentan para el volumen calibrado del graduador (400) . Por lo tanto, el graduador (400) puede generar un factor de medidor que pasa a través del desplazador (410) a lo largo de la distancia (412c) entre los detectores (428), donde el paso de un lado delantero del desplazador (410) (por ejemplo, segundo lado (410b) cuando el desplazador (410) es desplazado hacia el segundo extremo (412b)) activa los detectores (428) a medida que el desplazador (410) pasa a través del cilindro (412). En la modalidad del graduador (400), el desplazador (410) incluye un miembro de objetivo libre de carbono y ambos detectores (428) comprenden bobinas de captación magnética, como se describe anteriormente. Sin embargo, en otras modalidades, el desplazador (410) no necesita incluir un miembro de objetivo libre de carbono y los detectores (428) podrían comprender otras formas de detectores, tales como transductores ultrasónicos. Por ejemplo, en otra modalidad el miembro de destino puede incluir un material que tiene trazas de carbono .

A fin de que una graduador mida con precisión su volumen calibrado, todo el volumen de fluido de la corriente de fluido que pasa a través de la tubería acoplada a la manivela (414) debe entrar a la entrada (402) del graduador (400) sin pasar por el cilindro graduador (412), tal como por fugas a través de una vía de fluido alternativa. Por ejemplo, el fluido que entra en la entrada (402) puede filtrarse a través de una válvula de salida (416) , (418) . Dado que existe un período de tiempo, conocido como "tiempo de ciclo", que tiene lugar cuando una válvula (por ejemplo, las válvulas (404), (406), (416) y (418)) cambia de cerrado a abierto o abierto a cerrado, se requiere una pre gestión de longitud (408) para permitir que el tiempo de la válvula de salida (416) selle por completo antes de que el desplazador (410) haya pasado un detector (428) . Debido al aumento del número de válvulas que se utilizan a la entrada y salida de fluido cuando se utiliza un bloque de válvulas (por ejemplo, la manivela (414) ) frente a una válvula de cuatro vías al graduar fluidos de baja temperatura, el período de tiempo entre el inicio del cierre de la válvula de salida respectiva (por ejemplo, la válvula (416) o (418), dependiendo de la dirección de desplazamiento del desplazador (410)) y el alcance de un estado totalmente cerrado y sellado aumenta, lo que exige una mayor longitud de gestión previa. Una longitud de gestión previa más larga resulta en un cilindro de graduador más largo, lo que puede aumentar significativamente el costo total del graduador debido a los materiales caros de la construcción del cilindro y el fresado y otros trabajos de máquina que se realizan en su superficie interna con el fin de proporcionar un buen acabado superficial lubricante.

Con el fin de minimizar la longitud pre-gestión (por ejemplo, longitud (408)) en un graduador a baja temperatura, el graduador (400) está equipado con una instalación de retención de lanzamiento pistón. Las figuras 9, 10, 11, 12, 13 y 14 ilustran la operación del graduador (400) , incluyendo la instalación de retención de lanzamiento del pistón. Las figuras 11, 12 ilustran los pasos de graduación hacia "afuera" y "atrás" del graduador (400) . Con referencia primero a la Figura 9, antes de que se haya iniciado el primer paso de graduado o graduación hacia afuera del graduador, todas las válvulas (es decir, de entrada (404), (406), de salida (416), (418) y de derivación, (422), (423)) están en la posición abierta y el primer extremo (410a) del desplazador (410) está dispuesto adyacente al primer extremo (412a) del cilindro del graduador (412) . En el inicio de la secuencia de graduación, la válvula de entrada (406) y la válvula de salida (416) comienzan a cerrarse, a dirigir el flujo de fluido desde la entrada (402) a través de la válvula de derivación abierta (422) y a lo largo de una trayectoria de flujo de fluido (430) . Cuando el fluido fluye a lo largo del paso de flujo (430) , fluye a través de la válvula de derivación (420) y en el cilindro del graduador (412), la presión de fluido en el paso de flujo (430) comienza a presurizar el segundo extremo (410b) del desplazador (410) . La fuerza creada por la presión del fluido desde el flujo de fluido a lo largo de la trayectoria de flujo (430) actúa para "mantener" el desplazador (410) en lugar adyacente al primer extremo (412a) del cilindro del graduador (412) porque el fluido que fluye a lo largo de trayectoria de flujo (430) deriva en curva en U (424) y fluye a través en lugar sección de derivación (420).

Haciendo referencia a continuación a la figura 10, una vez que las válvulas de entrada y de salida (406), (416) se han cerrado por completo, evitando de este modo cualquier fluido escape, la válvula de derivación (422) inicia el cierre. A medida que la válvula de derivación (422) comienza a cerrarse, el flujo de fluido comienza a desviarse a través de la tubería izquierda curvada en U (424) a lo largo del paso de flujo de fluido (432) . El flujo de fluido a lo largo del paso de flujo (432) y la curva en U (424) presuriza el primer extremo (410a) (extremo ascendente) del desplazador (410) . Mientras que la válvula de derivación (422) está en la transición desde un estado abierto a un estado cerrado, una porción del fluido en la trayectoria de flujo (432) continúa fluyendo a través de la válvula de derivación (422) (como se muestra por la flecha) , causando que la presión de fluido de cada porción de fluido la trayectoria de flujo (432) actúe en cada extremo (410a), (410b) del desplazador (410).

Haciendo referencia ahora a la figura 11, una vez que la válvula de derivación (422) ha completado su tiempo de ciclo y está completamente cerrada, impidiendo de este modo la comunicación de fluido a través de la derivación (420) , toda la corriente de fluido que entra en la entrada (402) fluye a través de curva en U izquierda (424) a lo largo de la trayectoria de flujo de fluido (434) . El flujo de fluido (434) de esta manera pone en marcha al desplazador (410) a una alta tasa de aceleración hasta que coincida con el caudal volumétrico del fluido dentro de la tubería acoplada a la entrada (402), ya que ahora la corriente de fluido entera está actuando en el primer extremo (410a) del pistón (410) . En la modalidad del graduador (400) , la tasa de flujo volumétrico de fluido que fluye a lo largo de trayectoria de flujo (434) se ha correspondido con la tasa de flujo volumétrico del fluido que pasa a través de la tubería acoplada a la entrada (402) antes del punto donde el segundo extremo (410b) del desplazador (410) ha pasado el detector (428) y entrado a la distancia (412c) .

Haciendo referencia a la Figura 12, después de que el desplazador (410) ha pasado a través de la sección calibrada (412c) del cilindro graduador (412) y el segundo extremo (410b) ha llegado a descansar a lo largo del segundo extremo (412b) del cilindro (412), las válvulas (406), (416) y (422) se abren, concluyendo el paso de primera graduación o graduación hacia afuera. Una vez que el desplazador (410) ha llegado a descansar en el segundo extremo (412b) del cilindro (412), el fluido que ha entrado en la entrada (402) puede salir del graduador (400) a través de la derivación (421) a lo largo de la trayectoria del flujo de fluido (436), (438).

Haciendo referencia a la Figura 13 , una vez que todas las válvulas se han abierto por completo (es decir, las válvulas (406), (416) y (422)), el segundo pase de graduación hacia atrás comienza por el cierre de la válvula de entrada (404) y la válvula de salida (418) . A medida que la válvula de entrada (404) y la válvula de salida (418) se empiezan a cerrar, el fluido que entra en la entrada (402) de la tubería comienza a fluir a través de la sección de derivación (421) y la válvula (423) a lo largo del flujo de fluido (440) , presurizando el segundo extremo (410b) del desplazador (410) .

Haciendo referencia ahora a la figura 14, una vez que la válvula de entrada (404) y la válvula de salida (418) terminan de cerrarse, la válvula de derivación (423) de la sección de derivación (421) comienza a cerrarse, desviando una porción de la corriente de fluido que entra en la entrada (402) a través de la sección de curva en U derecha (426) a lo largo del paso de flujo de fluido (442). Haciendo referencia finalmente a la Figura 15, una vez que la válvula de derivación (423) de la sección (421) está completamente cerrada, la corriente de fluido entera entra en la entrada (402) y fluye a lo largo del paso de flujo de fluido (444) , actuando forzadamente en contra del segundo extremo (410b) del desplazador (410) , pasando el desplazador (410) de vuelta hacia el primer extremo (412a) del cilindro del graduador (412), y terminando el segundo paso de graduación o de graduación hacia atrás del graduador bidireccional (400).

Haciendo referencia brevemente a la Figura 6, debido a la necesidad de una alta precisión en el cálculo del volumen de fluido desplazado en una secuencia de graduación dada, es importante que las juntas (248) , (250) del pistón (202) mantengan la integridad del sellado adecuado. Cualquier fluido dentro del tubo de flujo durante un paso de graduación dado que se le permita el traslado de un lado del pistón al otro a través de una fuga en el sello no se incluirá en el volumen de fluido desplazado por el pistón, y por lo tanto resultará en error cuando calcule el volumen de fluido que pasa a través del medidor (volumen de graduador) . Este error, a su vez afecta negativamente a la precisión del graduador porque el factor de medición del medidor de flujo se calcula dividiendo el volumen del graduador entre el volumen indicado por el medidor que corresponde. También, a través de la fricción de funcionamiento normal, las juntas pueden desgastarse y perder su capacidad de formar un sello de calidad. Por otra parte, la fricción se puede agravar en aplicaciones que requieren pistones más grandes y pesados debido a las altas tasas de flujo volumétrico o aplicaciones con fluidos no lubricantes, tales como GNL. Con el fin de proteger contra el fallo de la junta, pistones deben desinstalarse periódicamente del graduador e inspeccionarse. Con el fin de mitigar el gasto y el tiempo consumido por este procedimiento, un dispositivo de "detección de fuga de junta" puede estar incluido en una modalidad del graduador.

Haciendo ahora referencia a la Figura 16, un graduador (500) que incluye una función de detección de fugas de junta incluye componentes similares al graduador que se ilustra en la Figura 3, y por lo tanto están etiquetados de manera similar. Además, el graduador (500) también incluye un puerto (501), una línea de fluido (502), una bomba (503) y un indicador de presión (504) . El puerto (501) está acoplado al tubo de flujo (104) del graduador (500) y proporciona una comunicación de fluido entre el tubo de flujo (104) y la línea de fluido (502). La bomba (503) también está acoplada a y en comunicación de fluido con la línea (502), y por lo tanto, tras la activación, la bomba (503) puede bombear o desplazar fluido desde el tubo de flujo (104) a través de la línea de fluido (502) . El indicador de presión (504) también está acoplado a la línea de fluido (502) y está en comunicación fluida con el tubo de flujo (104) , y por lo tanto indica la presión del fluido en tiempo real dentro del tubo de flujo (104) .

Todavía en referencia a la figura 16, mientras que el pistón (102) del graduador (500) está estacionario en el tubo de flujo (104) , la integridad de las juntas del pistón (506) y (508) del pistón (102) puede ser probada sin desmontar el graduador (500) (por ejemplo, al abrir el tubo de flujo (102) a la atmósfera, tirando del pistón (102) de tubo de flujo (104), etc.) a través de la creación de un diferencial de presión entre el volumen (510) contenido por las juntas (506) y (508) del pistón (102) (es decir, el espacio anular entre el diámetro exterior del pistón (102) y el diámetro interior del tubo de flujo (104) ) y el volumen en la parte restante del tubo de flujo (104) . Sin desmontar el graduador (500), la integridad de las juntas del pistón (506), (508) puede ser inspeccionada mediante la activación de la bomba (503) en un intento de crear un vacío ' sustancial o por debajo de la lectura de la línea de presión dentro del volumen (510) contenido por las dos juntas de pistón (506) y (508), mediante el bombeo de fluido fuera del volumen (510) a través de la línea de fluido (502) y en la atmósfera circundante. Mientras que la bomba (503) se activa, el indicador de presión (504) se puede usar para determinar si la succión de la bomba se ha traducido en la lectura de presión de la línea más abajo dentro del volumen (510) por el indicador (504) , lo que significa que las juntas (506) y (508) están sellando sustancialmente el fluido restante dentro del tubo de flujo (104) . Si una lectura de presión de la línea más abajo se mostrara mediante el indicador (504) durante un período de tiempo determinado a través de la acción de la bomba (503) que bombea el fluido de volumen (510), los operadores del graduador (500) ahora serán conscientes de la falla de las juntas (506) y (508), y pueden desinstalar el pistón (102) con el fin de hacer las reparaciones necesarias .

La discusión anterior está destinada a ser ilustrativa de los principios y las diversas modalidades de la presente descripción. Mientras que ciertas modalidades se han mostrado y descrito, modificaciones de las mismas pueden ser hechas por un experto en la técnica sin apartarse del espíritu y las enseñanzas de la divulgación. Las modalidades descritas en el presente documento son solamente ejemplares, y no son limitantes. Por consiguiente, el alcance de la protección no está limitado por la descripción anteriormente establecida, sino que sólo está limitado por las reivindicaciones que siguen, cuyo alcance incluye todos los equivalentes de la materia objeto de las reivindicaciones.

Claims (21)

1. REIVINDICACIONES 1. Un graduador de medidor de flujo que comprende : una entrada configurada para recibir un flujo de fluido ,- una salida configurada para sacar un flujo de fluido; un tubo de flujo con un primer extremo y un segundo extremo, en donde: el tubo de flujo está en comunicación de fluido con y descendente a la entrada; y el tubo de flujo está en comunicación de fluido con y en ascendente a la salida; un desplazador dispuesto dentro del tubo de flujo; y una válvula de derivación en comunicación de fluido con y descendente a la entrada, en donde la válvula de derivación tiene una posición abierta configurada para producir una comunicación de fluido entre la entrada y el lado descendente del desplazador y una posición cerrada configurada para mover el desplazador desde el primer extremo del tubo de flujo al segundo extremo del tubo de flujo. 2. El graduador de medidor de flujo de la reivindicación 1, comprendiendo, además: una válvula de entrada en comunicación de fluido con el tubo de entrada y el tubo de flujo; y una válvula de salida en comunicación de fluido con la salida y el tubo de flujo; en donde las válvulas de entrada y de salida pueden ser activadas para iniciar una secuencia de graduación . 3. El graduador de medidor de flujo de la reivindicación 1, comprendiendo, además, una válvula de cuatro vías en comunicación de fluido con la entrada y la salida. 4. El graduador de medidor de flujo de la reivindicación 1, comprendiendo, además, una segunda válvula de derivación en comunicación de fluido con y en descendente a la entrada en donde la segunda válvula de derivación tiene una posición abierta configurada para producir una comunicación de fluido entre la entrada y el lado descendente del desplazador y una posición cerrada configurada para mover el desplazador desde el segundo extremo del tubo de flujo al primer extremo del tubo de fluj o . 5. El graduador de medidor de flujo de la reivindicación 1, caracterizado porque la válvula de derivación está configurada para dirigir el flujo de fluido hacia abajo del desplazador durante un tiempo de ciclo de las válvulas de entrada y de salida. 6. El graduador de medidor de flujo de la reivindicación 5, caracterizado porque la válvula de derivación está configurada para dirigir el flujo de fluido desde la entrada al desplazador cuando un tiempo de ciclo de las válvulas de entrada y de salida ha expirado. 7. El graduador de medidor de flujo de la reivindicación 4, comprendiendo, además: primera y segunda válvulas de entrada y en comunicación de fluido con la entrada y el flujo de tubo; y primera y segunda válvulas en comunicación de fluido con la salida y el tubo de flujo; en donde la primera y segunda válvulas de entrada y de salida se pueden accionar para iniciar una secuencia de graduación. 8. El graduador de medidor de flujo de la reivindicación 4, comprendiendo, además, una válvula de cuatro vías en comunicación de fluido con la entrada y la salida. 9. Un graduador de medidor de flujo que comprende : válvula de entrada configurada para la entrada de un flujo de fluido; válvula de salida configurada para la salida de un flujo de fluido; un tubo de flujo con un primer extremo y un segundo extremo, en donde: el tubo de flujo está en comunicación de fluido con y en descendente a la válvula de entrada; y el tubo de flujo está en comunicación de fluido con y en ascendente a la válvula de salida; un desplazador dispuesto dentro del tubo de fluj o ; válvula de derivación en comunicación de fluido con la válvula de entrada, el paso del flujo de derivación y la válvula de salida; en donde la válvula de derivación está configurada para dirigir un flujo de fluido desde la válvula de entrada hasta el desplazador y a la válvula de salida durante un tiempo de ciclo de las válvulas de entrada y de salida. 10. Un método de graduación de medidor de flujo que comprende: fluir un fluido a una entrada de fluido de un graduador ,- dirigir el fluido a través de una válvula de derivación abierta y descendente de un desplazador dispuesto dentro de un tubo de flujo, y a través de una salida de fluido; cerrar la válvula de derivación para redirigir el flujo de fluido al desplazador; y mover el desplazador en el tubo de flujo en respuesta al cierre de la válvula de derivación. 11. El método de la reivindicación 10, caracterizado porque se dirige el flujo de fluido a través de la válvula de derivación abierta durante un tiempo de ciclo de las válvulas de entrada y de salida. 12. El método de la reivindicación 10, comprendiendo, además: después de fluir el fluido a la entrada de fluido del graduador, cerrar una primera válvula de entrada y una primera válvula de salida; y cerrar la válvula de derivación después de cerrar la primer válvula de entrada y la primera válvula de salida. método de la reivindicación comprendiendo, además, después de que el desplazador se ha movido a través del tubo de flujo: abrir la primera válvula de entrada, de salida y de derivación; cerrar una segunda válvula de entrada y una segunda válvula de salida; y mientras las segundas válvulas de entrada y de salida se cierran, dirigir un flujo de fluido a través una válvula de derivación abierta y descendente al desplazador dentro del tubo de flujo y a través de la primer válvula de salida. 14. El método de la reivindicación 10, comprendiendo, además: después de que las segundas válvulas de entrada y de salida se han cerrado, cerrar la segunda válvula de derivación para redirigir el flujo de fluido al desplazador; y mover el desplazador a través del tubo de flujo en respuesta al cierre de la segunda válvula de derivación . 15. El método de la reivindicación 14, caracterizado porque se cierra la válvula de derivación cuando un tiempo de ciclo de las válvulas de entrada y de salida ha expirado. 16. Un graduador de medidor de flujo que comprende : un tubo de flujo; un desplazador dispuesto dentro del tubo de flujo que tiene una pluralidad de juntas ; una línea de fluido en comunicación de fluido con el tubo de flujo; un mecanismo de bombeo en comunicación de fluido con la línea de fluido para crear un diferencial de presión entre un volumen del tubo de fluido que rodea al desplazador y un volumen contenido por las juntas del desplazador; y un indicador de presión en comunicación de fluido con la línea de fluido para indicar la presión del fluido contenido dentro del volumen contenido por las juntas del desplazador. 17. El graduador de medidor de flujo de la reivindicación 16, caracterizado porque la línea de fluido y el desplazador están axialmente alineadas de forma tal que el tubo de flujo está en comunicación de fluido con un volumen de fluido contenido por las juntas del desplazador. 18. Un método para graduar un medidor de flujo que comprende: iniciar un mecanismo de bombeo acoplado a una línea de flujo; y detectar un diferencial de presión entre un volumen contenido por las juntas de un desplazador y un volumen de un tubo de flujo que rodea al desplazador en respuesta a la acción del mecanismo de bombeo. 19. El método de la reivindicación 18, comprendiendo, además, la indicación de una falla de junta si el diferencial de presión es menor a sustancialmente un vacío. 20. El método de la reivindicación 19, comprendiendo, además, reemplazar las juntas del desplazador. 21. El método de la reivindicación 18, comprendiendo, además, antes de iniciar el mecanismo de bombeo, alinear un desplazador de forma tal que la línea de flujo conectada al tubo de flujo esté alineada entre las juntas del desplazador.