NO309245B1 - Anordning og fremgangsmåte ved et system for måling av fluidumtrykk, samt anvendelse derav - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved et system for måling av trykk i et fluidum innvendig i et hult legeme, omfattende en første føler som er montert i overflaten av legemet, og som måler trykket i fluidumet via legemets fysiske egenskaper.

Oppfinnelsen vedrører også en foretrukket anvendelse av anordningen som angitt ifølge innledningen i krav 6, samt en fremgangsmåte som angitt i innledningen i krav 7.

Oppfinnelsen har generelt befatning med overvåkning av trykkforhold innenfor prosessrørledninger generelt, og mere spesielt innenfor oljevirksomheten hvor gass og olje eller blandinger derav fremføres gjennom rørledninger, samt innenfor kjemiske og petrokjemiske anlegg.

Innenfor enkelte slike rørledningssystemer kan ikke tradisjonelt trykkmålingsutstyr anvendes som følge av at

sikkerhetsforskrifter tilsier at det ikke tillates å føre utstyret igjennom selve metallgodset i ledningen. For eksempel gjelder dette rørledninger som fører fra en instal-lasjon til havs og til et viderebehandlingsanlegg på land, eller til mellominstallasjoner til havs. De rørledninger som forløper på eller under havbunnen, kan som regel ikke utrustes med instrumentering som innebærer at rørets metallgods "gjennombrytes" mellom den siste nødavsteng-ningsventilen på installasjonen til havs, og den første avstengningsventilen på land. Skal trykket i en slik lite

tilgjengelig rørsløyfe kunne måles, må man da anvende alternative trykkmålesystemer.

Et slikt system innebærer å måle trykket ved anvendelse av overflatemonterte sensorer, nærmere bestemt så-kalte strekklapper som omfatter sløyfer av trådformete elektriske ledere som monteres til røroverflaten. Målingen gjennomføres ved å måle spenningsfallet over trådsløyfen. Under stasjonære forhold ved fluidumstrømmen i rørledning-en, dvs at trykk og temperatur er konstante, måles det et konstant spenningsfall over en slik trådsløyfe. Når fluidumtrykket inne i røret endres (øker eller minker) defor-meres metallet i rørmaterialet i mikroskala tilsvarende, ved at det utvides henholdsvis trekker seg sammen. Denne endring registreres så via et endret spenningsfall over trådsløyfen som følge av at trådene i sløyfen strekkes eller komprimeres i lengderetningen i takt med endringen i røroverflaten. Når tråden eksempelvis strekkes, avtar tverrsnittet, motstanden øker, og spenningsfallet over trådendene øker. Sløyfene legges på røroverflaten både i aksial- og omkretsretning på røret, og elektrisk isolert fra rørgodset, slik at endringer i begge disse retningene registreres. På tilsvarende måte kan en registrere temp-eraturendringer i fluidumet siden det oppstår lignende strukturendringer i rørveggodset.

Slike målesystemer er kjent fra US-patentskrift 2.420.148, 4.420.980, og 4.738.140.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe et nytt system for overvåkning av trykk i rørled-ninger .

Anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved at en andre føler som er posisjonert innvendig i hulrommet i fluidumet for måling av fluidumtrykket, og at den første og den andre føler er individuelt forbundet med en transmitter som kontinuerlig eller periodisk er innrettet til å kalibrere målingen fra den første føler i forhold til målingen fra den andre føler.

Foretrukne utførelser av anordningen ifølge oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav 2-5.

Ifølge oppfinnelsen anvendes anordningen i et system bestående av 1) en første krets av et hult lukket legeme, såsom en første fiuidumførende rørledning, hvori montering av en føler som medfører penetrering av legemeveggen, er uønsket eller utelukket, og 2) en andre krets av et hult lukket legeme, såsom en andre rørledning, hvor slik penetrering tillates,

hvor

3) de første og andre kretser kan være adskilt av en stengbar ventil i kretsen, og 4) den første krets omfatter den første føler, mens den andre krets omfatter den andre føler, idet den første og den andre føler er individuelt forbundet med en transmitter som kontinuerlig eller periodisk er innrettet til å kalibrere målingen fra den første føler i forhold til målingen fra den andre føler.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved målingene fra føleren kalibreres i forhold til trykkmåling som gjennomføres direkte i fluidumet innvendig i rørledningen.

Foretrukne utførelser av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav 8-9.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvis-ning til vedlagte figurer. Figur 1 viser en skjematisk prinsippskisse av systemet ifølge oppfinnelsen. Figur 2 viser det elektriske kretsskjema ved systemet ifølge oppfinnelsen. Figur 3 viser en spesiell og foretrukket anvendelse av systemet ifølge oppfinnelsen.

Prinsippet for systemet ifølge oppfinnelsen er vist skjematisk på figur 1. Tre sensorer 10,12,14, som monteres på overflaten 28 av et rør 30 (se også figur 3) , er via hver sin signalforsterker 16,18,20 individuelt forbundet med en transmitter 22 (omfattende en mikroprosessor CPU). Videre er en trykkmåler 24, som er tilkoblet til røret 30, forbundet med transmitteren 22. En transmitter 22 omfatter/inneholder elektroniske kretser og tilhørende datapro-gram som er lagt inn på egne hukommelsesbrikker for å kunne utføre de angitte målinger, beregninger og kommu-nikasjon mot andre enheter som er beskrevet nedenfor.

Trykkmåleren 24 omfatter en trykk-transduser 24 som måler det reelle fluidumtrykket innvendig i selve rør-ledningen 30 i en avstand fra (dvs på et annet sted enn) det sted hvor den (de) overflatemonterte sensoren(e) og hvor slik måling ved penetrering av rørveggen er tillatt.

En mere detaljert oppkobling er vist på figur 2. Hver krets omfatter de tre strekklappene 10,12,14 som er montert til rørets 30 overflate 28 ved hjelp at en kaps-ling 29 (se figur 3). Strekklappene i kapslingen 29 er elektrisk isolert fra selve røret 30, men avføler (måler) enhver annen fysisk endring i rørgodset 30. De 4 strekklappene som utgjør sensorene 10,12,14 er sammenkoplet i en Wheatstone-bro 13,15,17 hvormed endringene i spennings-forholdene (i mV, millivolt) måles som et signal som via de respektive forsterkere 16,18,20 som er montert i for-sterkerboksen, ledes inn i transmitteren via ledningene

21a,21b,21c. Som figuren viser, ledes signalet fra trykktransduseren 24 (via en koplingsboks 25) inn til transmitteren 22 via ledningen 26. Siden metall-utvidelsen i rør-godset 30 også er temperaturavhengig, kan det i forbind-else med følerne 10,12,14 også innkoples en temperatur-føler 32, og som avgir signal om temperaturforholdene (temperaturendringene) innvendig i ledningen (dvs via rør-godset) via ledningen 34 til transmitteren 22.

Formålet med denne oppkoplingen, og med oppfinnelsen generelt, er at utgangssignalet 40 fra transmitteren skal gi en så korrekt verdi for fluidumtrykket som mulig, og på basis av det(de) signaler som utelukkende måles av over-flatefølerne 13,15,17, eksemplifisert ved strekklapp-målesystemet og oppkoplingen ifølge figurene 1 og 2.

Dersom det er en større avstand mellom trykktransduseren 24 og strekklapp-trykkmålesystemet, bør transmitteren også ta hensyn til eventuelle mellomliggende organer i rørledningen, såsom ventiler, bend o.l., og som kan in-fluere (endre) på trykket mellom de to målepunktene. Transmitteren skal også korrigere for forskjeller i trykk mellom de to målepunktene som vil oppstå dersom målepunktene er på ulike elevasjoner, og det finnes statiske trykk-forskjeller forårsaket av fluidumet i røret. Dette betyr at det overflateavfølte trykk kan korrigeres i forhold til trykktransduserens (referansens) trykkmåling.

Når det forøvrig gjelder bruken av overflatemonterte følere (strekklapper) programmeres transmitteren slik at den benytter de to signalene fra sensorene 10,12,14 som ligger nærmest hverandre i verdi. Dersom denne forskjellen er større enn en satt grense, vil datamaskinen forkaste alle signalene og melde at det er feil i strekklappsystem-et.

Utgangssignalet 4 0 fra transmitteren kan enten av-leses lokalt (på en skjerm) på instrumentet ved transmitteren, eller så kan signalet 40 fra transmitteren eksempelvis tilkoples til anleggets øvrige prosesstyre-system hvor fluidumtrykket på det aktuelle målested utgjør en parameter. Henvisningstallet 41 representerer signal-inngangen til transmitteren 22 for statusen til ventilen 50, dvs om den stenges eller er åpen. Dersom den stenges måler transmitteren 22 dette via 41, slik at målingen til transduseren 24 utkoples fra beregningen som transmitteren gjennomfører. Derved blir strekklappsystemets måling gjeldende for trykket.

Det system som vises på figurene 1 og 2 er ment å være permanent i drift. Dvs at signalet fra overflate-følerne kalibreres i forhold til referansesignalet fra trykktransduseren ved gitte intervaller. Ifølge en situa-sjon kan referansesignalet fra trykktransduseren utelukkes fra behandling i transmitteren. Derved opphører kalibrer-ingen og det overflateavfølte målebrosignalet blir gjeldende for rørtrykket. Man oppnår derved et målebrosignal som vil være så nøyaktig som mulig, som følge av at det er omhyggelig kalibrert.

I praksis monteres overflatefølerne mens det er et normalt driftstrykk i røret(ene), og siden trykket sjelden blir redusert til 0, kalibreres altså målesystemet ved at små trykkvariasjoner normalt oppstår under drift.

En foretrukket anvendelse av systemet ifølge oppfinnelsen er vist på figur 3. Figuren viser et utsnitt av. et rør 30 i et rørledningssystem hvorigjennom det i en ret-ning strømmer et fluidum. De overflatemonterte trykkmåle-følere 10,12,14 og transduseren 24 er anordnet med en innbyrdes avstand, og via respektive ledninger 21 henholdsvis 26 til transmitteren. Utgangssignalet er vist ved 40. Referansegiveren 24 og følerne 10,12,14 er anordnet på hver sin side av en ventil 50. Pilen F antyder som et eksempel fluidumets strømningsretning gjennom røret 30/ ventilen 50. Ventilen kan stenges for å begrense eller stanse strømningen av fluidum gjennom røret.

Et tilfelle hvor en slik oppkopling er særlig an-vendelig, er der hvor overflatefølerne er montert til den del av et rør hvor det av sikkerhetsgrunner (nevnt oven-for) ikke er tillatt eller anbefalt å montere instrumenter som gjennomtrenger rørveggen. Dette kan være f.eks. på en produksjonsplattform hvor olje/gass ledes gjennom røret som er anlagt langs havbunnen og oppad til overflaten igjen til et anlegg på land, og omfatter røret 30 på den ene side av ventilen 50.

Trykktransduseren 24 er montert inn i røret 30 på den sikre siden, dvs i den rørdel hvor det kan monteres instrumenter som gjennomtrenger rørveggen. Mellom instru-mentene bør avstanden være kortest mulig. Under drift ledes det prosessfluidum (f.eks. olje gass) gjennom røret, gjerne med høyt trykk opp imot 300 bar og temperatur på over 100°C. Sensorsignalene fra de overflatemonterte følerne kalibreres ved gitte intervaller, Dersom tran-sporten av fluidum gjennom ledningen må stanse, må det skje en kontrollert avstengning av ventilen 50 på installasjonen til havs og av et motsvarende ventilsystem på landsiden. Når ventilen 50 stenges, registreres dette i transmitteren via ventil-posisjonssignalet fra proses-styresignalet og utelukkende trykkmålingene fra følerne

10,12,14 angir trykket i ledningen på det punkt hvor disse er montert. Flere sett av slike følere kan monteres langs røret, slik at man får en tilfredsstillende oversikt over trykkforholdene langs ledningen. Installasjoner under hav-flaten vil kreve spesielle innkapslinger.

Ved fremgangsmåten metoden og systemet ifølge oppfinnelsen til å kalibrere trykkmålingen fra følerne, er det mulig å frembringe en sikrere oversikt over de kor-rekte trykkforholdene i rørledninger mellom nødstengeven-tiler enn det som tidligere har vært mulig.

Det vil også være mulig å redusere antall gjennom-føringer i rørledninger på installasjoner til havs og på landanlegg, noe som vil gi øket sikkerhet.

Claims (9)

1. Anordning ved system for måling av trykk i et fluidum innvendig i et hult legeme (30), omfattende en første føler (10,12,14) som er montert i overflaten (28) av legemet (30), og som måler trykket i fluidumet via legemets (30) fysiske egenskaper, karakterisert ved at anordningen videre omfatter: en andre føler (24) som er posisjonert innvendig i hulrommet (30) i fluidumet for måling av fluidumtrykket, og at den første (10,12,14) og den andre (24) føler er individuelt forbundet med en transmitter (22) som kontinuerlig eller periodisk er innrettet til å kalibrere målingen fra den første føler (10,12,14) i forhold til målingen fra den andre føler (24).

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den første føler (10,12,14) omfatter et strekklappsystem hvis elektriske egenskaper endres i motsvarighet med utvidelser/sammentrekninger i legemets veggdannende materiale.

3. Anordning i samsvar med krav 1 og 2, karakterisert ved at den andre føler omfatter en trykkfølende transduser (24).

4. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at når legemet er et rør, måles utvidelser/sammentrekninger i rørets aksial- og omkretsretning.

5. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at transmitteren (22) er innrettet til å kunne utelukke signalet fra den andre trykkføler (24), for derved å formidle et trykk målt av den første føler (10,12,14) som det gjeldende fluidumtrykk.

6. Anvendelse av anordningen ifølge et av de foregående krav, i et system bestående av 1) en første krets av et hult lukket legeme, såsom en første, fluidumførende rørledning, hvori montering av en føler som medfører penetrering av legemeveggen, er uønsket eller utelukket, og 2) en andre krets av et hult lukket legeme, såsom en andre rørledning, hvor slik penetrering tillates, hvor 3) de første og andre kretser kan være adskilt av en stengbar ventil i kretsen, og 4) den første krets omfatter den første føler (10, 12,14), mens den andre krets omfatter den andre føler (24), idet den første (10,12,14) og den andre føler (24) er individuelt forbundet med en transmitter (22) som kontinuerlig eller periodisk er innrettet til å kalibrere målingen fra den første føler (10,12,14) i forhold til målingen fra den andre føler (24).

7. Fremgangsmåte ved måling av fluidumtrykk i en flui-dumf ørende rørledning, hvor trykket måles ved hjelp av en føler, fortrinnsvis strekklapper, som monteres i overflaten av rørledningen, karakterisert ved at målingene fra føleren (10,12,14) kalibreres i forhold til trykkmåling som gjennomføres direkte i fluidumet innvendig i rørledningen.

8. Fremgangsmåte i samsvar med krav 7, karakterisert ved at en trykktransduser (24) anvendes til å gjennomføre den direkte trykkmåling, og signalene fra trykkfølerne i de to trykkfølersystemene (10,12,14;24) sammenholdes/behandles i en transmitter (22).

9. Fremgangsmåte i samsvar med krav 7-8, karakterisert ved at målingen med de overflatemonterte følere (10,12,14) gjennomføres i en rørledning hvor penetrering av rørveggen er uønsket eller utelukket, og hvor de to følersystemene (10,12,14) er innbyrdes adskilt av en ventil (50), og når ventilen (50) stenges, utelukker transmitteren (22) signalet fra trykktransduseren (den andre trykkføler) (24), for derved å formidle et trykk målt av den overflatemonterte føler (10,12, 14), som det gjeldende fluidumtrykk i rørkretsen.