NO326270B1 - Arrangement for a male fluidhastighet - Google Patents

Abstract

Denne oppfinnelsen angår et instrument for hastighetsmåling og system for måling av fluidstrømningshastighet, særlig i rør eller rørledninger, der rørveggen omfatter minst to åpninger for mottak av trykksensorer eller prober, omfattende: minst en åpning med en vinkel i forhold til strømretningen som er forskjellig fra 90? og at sensoren eller proben er plassert slik at det defineres en kavitet for det strømmende fluidet inne i åpningen, der en andre åpning også omfatter en andre trykksensor eller probe og at utgangsignalet fra nevnte sensorer eller prober er koblet til en beregningsenhet som er innrettet til å beregne strømningshastigheten basert på trykkforskjellen mellom åpningene.

Description

Denne oppfinnelsen angår et arrangement for hastighetsmåling for måling av fluid-strømningshastighet, særlig i rør eller rørledninger, og et system som inkluderer instrumentet, og særlig relatert til høyhastighets gass-strømmer, for eksempel i fakkelsystemer.

I gass- og oljeproduksjon er det ofte et behov for å måle hastigheten til fluider som passerer gjennom rør og rørledninger. I forhold til gasstransporterende systemer brukes vanligvis akustiske bølger i en retning som har en komponent langs gasstrømmen, og måler frekvensforskyvningen eller endringen i forplantningstid for signalet for å frembringe gasshastigheten. Adskillige utførelser av slike løsninger er omtalt i US4596133.

Trykksensorer har vært kjent for bruk i strømningsmålere, slik som løsningene beskrevet i US 2573430, WO97/30333 og US2003/0094052. Disse har imidlertid den ulempen at de krever plassering av hindringer I fluidstrømmen som I sin tur vil påvirke strømningsforholdene. Den sistnevnte bruker både en innsnevring og en akustisk måler for å overvåke strømningshastigheten.

I noen tilfeller, slik som fakkelsystemer, kan hastigheten variere innenfor et stort hastighetsområde. De akustiske bølgene som transmitteres gjennom strømmen vil til en viss grad følge strømmen, og over bestemte gasshastigheter vil de akustiske bølgene avbøyes i den grad at de ikke treffer den mottakende transduseren. Dermed går hastighetsmålingen tapt, og dessuten muligheten for å måle mengden gass som transporteres gjennom røret. Dette problemet kan oppstå ved forskjellige hastigheter avhengig av målesystemet, rørbredde og lignende, men i et typisk fakkelsystem kan det oppstå ved strømningsrater over 80-100m/s.

Det er et formål med denne oppfinnelsen å tilveiebringe et målesystem som kan måle høye gasshastigheter, særlig som et supplement til eksisterende systemer som kan måle lavere strømningsrater i gassfakkelsystemet. I et fakkelsystem relatert til olje eller gassproduksjon er det viktig at mengden gass brent i fakkelen er relatert til beskatning koblet til CCVkvoten, som vil kreve målinger når strømningsraten gjennom fakkelen er høy.

Ovenstående formål er dermed oppnådd i henhold til oppfinnelsen slik som angitt ovenfor og kjennetegnet slik som beskrevet i krav 1.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes strømningsmålingene i et dobbeltsystem der det akustiske systemet håndterer det lavere området mens det differensielle trykket (eller forskjellen mellom to trykksensorer) tar over. Fortrinnsvis bruker trykkmålingene samme kaviteter i rørveggen som de akustiske sensorene er plassert i, men andre løsninger kan også tenkes brukt.

Oppfinnelsen vil bli beskrevet nedenfor med henvisning til de vedlagte tegningene, som illustrerer oppfinnelsen ved hjelp av eksempler.

Figur 1 illustrerer en foretrukket utførelse av oppfinnelsen basert på

differensialtrykk.

Figure 2 illustrerer en forenklet utførelse av oppfinnelsen omfattende to

trykkmålinger.

Figure 3 illustrerer et alternativ til figur 1 omfattende sammenligning av to

trykksensorer.

Figure 4 illustrerer et alternativ til utførelsen i figur 2 målende differensialtrykk. Figur 1 illustrerer en rørseksjon 1 med to utstikkende deler A,B som definerer kanaler eller åpninger med en vinkel a relativt til røraksen. Fluider F som beveger langs røret og treffer en åpning rettet mot strømmen vil bli ledet inn i åpningen B og ha et moment som introduserer turbulens eller en stasjonær bølge, i tillegg til et øket trykk inne i åpningen. På samme måte vil fluider i åpningen A rettet samme vei som strømmen utsettes for turbulens men også trekkes ut av åpningen og gi et redusert trykke i den. Når gasstrømmen passerer kanalene vil trykkoppbyggingen måles i kanal B rettet mot strømmen og det reduserte trykket i kanal A rettet med strømmen. For store strømrater vil disse trykkene avhenge av fluidhastigheten, og dermed gi et mål relatert til strømningshastigheten.

Ifølge en foretrukket utførelse blir kanalene forsynt med tradisjonelle akustiske hastighetsensorer i tillegg til trykksensorer ved åpningene A,B, der åpningene er plassert omtrent på linje for derved å transmittere akustiske bølger mellom sensorene.. Som nevnt over vil de akustiske sensorene gi målinger opp til 80-100 m/s, mens trykksensorer vil øke sin følsomhet med strømningshastigheten, og dermed øke følsomhetsområdet til strømningshastighetmålingene. I denne foretrukne utførelsen er A,B på linje på grunn av forplantningen av akustiske signaler mellom de akustiske transduserne. I andre utførelsen ikke kombinert med akustiske målinger er ikke denne opplinjeringen nødvendig og trykksensorene kan plasseres annerledes. Av praktiske grunner, og for å sikre målinger i samme strømningsregime, bør ikke trykksensorene plasseres for langt fra hverandre.

I figur 1 og figur 4 utføres trykkmålingene som en differensialtrykkmåling dP mellom to posisjoner i røret, og strømningshastigheten kan beregnes fra dP. Som alternativ kan en trykksensor plasseres i hvert punkt og dP beregnes fra de forskjellige målingene Pa,Pb- Den valgte løsningen her kommer an på tilgjengelig utstyr. Både individuelle og differensielle trykkmålere er tilgjengelig og kan velges av en fagmann på området for bruk i hver situasjon.

Figurene 2 og 4 viser en løsning i hvilken bare en av de trykkmålende kanalene har en vinkel i forhold til strømningsretningen eller røraksen. Dette kan redusere følsomheten, men kan bli brukt i enkelte situasjoner, for eksempel uten akustiske sensorer og/eller i rør med bare en tilgjengelig vinklet kanal. Trykket målt av sensoren rettet perpendikulært på strømningsretningen kan plasseres nær den indre rørveggen, og definerer dermed ikke en åpning i den, og kan utgjøres av en trykksensor som vanligvis er tilstede i røret for å overvåke trykkforholdene.

Som indikert i figurene utgjøres kanalene A,B av standard monteringer for akustiske sensorer eller trykksensorer. Dimensjonene til kanalene vil dermed ifølge den foretrukne utførelsen være relatert til eksisterende trekk ved røret. Størrelsen på

åpningen kan imidlertid justeres ved å justere posisjonen til den akustiske sensoren eller pluggen i kanalen, slik at man oppnår en valgt kanaldybde. Den spesifikke dybden kan variere med de aktuelle forholdene og kan velges slik at de minimerer slike forstyrrelser som turbulens og bølger i åpningen. Fluktuerende trykksignaler kan også håndteres ved programvare som filtrerer det målte trykket, for eksempel for å gi et gjennomsnittlig trykksignal over en valgt periode.

Trykksensorene kan være av hvilken som helst tilgjengelig type innrettet til å operere innen trykkene relatert til den spesifikke anvendelsen, og med en følsomhet som er valgt i henhold til det. Responstiden til sensoren kan også tas med i betraktningen hvis trykkvariasjoner, for eksempel på grunn av stående bølger eller turbulens, skal overvåkes. Trykksensorene som sådan er derfor ikke beskrevet i detalj her.

Vinkelen til åpningene a vil i den foretrukne utførelsen av oppfinnelsen som inkluderer de akustiske sensorene være omtrent 45 grader, ifølge en spesifikk løsning har oppstrømsåpningen en vinkel på 48 grader mens nedstrømsåpningen kan en vinkel på 42 grader, og kompenserer dermed til en viss grad for avviket i retning som den akustiske bølgen får på grunn av fluidstrømmen..

Dimensjonene og dybden til åpningene og kanalene kan tilpasses til spesifikke situasjoner, for derved å optimere forholdene for å redusere forstyrrelser fra turbulens og lignende i kanalen. For eksempel kan dybden være justerbar på en i og for seg kjent måte ved å justere posisjonen til sensorene inne i kanalen eller midler kan brukes for å kontrollere gassbevegelsene der inne.

I tillegg til trykk og muligens akustiske sensorer i åpningene kan temperatursensorer tilveiebringes for å overvåke forholdene i strømmen. Temperatursensorene kan være integrert i de akustiske transduserne eller trykksensorene, eller kan tilveiebringes som en separat enhet, for eksempel for posisjonering i en sensorholder innrettet til å motta alle disse sensorene og transduserne. I tillegg til overvåkning av de generelle forholdene i strømmen kan temperatursensorene hjelpe på målingene ved å gi en mulighet for å kompensere for temperaturinduserte endringer i forplantningshastigheten til de akustiske signalene..

Ifølge et typisk eksempel på den foretrukne utførelsen av oppfinnelsen vil transduserholderne som utgjør kanalene ha en indre diameter på 49mm og ha maksimumsdybder på 200mm. I fakkelapplikasjoner er rørdiameteren 18" og linjetrykket typisk 5barA ved maksimal strømningshastighet.

Claims (7)

1. Arrangement for hastighetsmåling for måling av fluid-strømningshastighet, særlig i rør eller rørledninger, der rørveggen omfatter minst to åpninger der hver definerer en kavitet innrettet til å inneholde fluid fra fluidstrømmen, der minst en av kavitetene har en vinkel i forhold til strømretningen som er forskjellig fra 90° og der kavitetene er plassert på motsatt side av fluidstrømningen langs i det vesentlige samme akse, der hver kavitet omfatter en trykksensor eller probe og der utgangen fra nevnte sensor eller probe er koblet til en beregningsenhet innrettet til å beregne strømningshastigheten basert på trykket i nevnte kaviteter, karakterisert ved at hver kavitet også omfatter akustiske transdusere for sending og/eller mottak av akustisk energi seg imellom, der begge transduserne er koblet til nevnte beregningsenhet, hvilken beregningsenhet er innrettet til å beregne strømningshastigheten basert på den akustiske forplantningshastigheten i strømmen, og der beregningsenheten er innrettet til å gi et utgangsignal basert på målingene av trykk og de akustiske målingene som indikerer strømningshastigheten, der de akustiske målingene anvendes for de laveste hastighetene og trykkmålingene anvendes for de høyeste hastighetene.

2. Arrangement ifølge krav 1, der beregningsenheten inkluderer en differensialtrykkmåler som måler differensialtrykket mellom trykk kommunisert fra nevnte prober eller sensorer.

3. Arrangement ifølge krav 1, der beregningsenheten er innrettet til å motta trykkindikerende signaler fra trykksensorer plassert i åpningene og for å beregne sfrømningshastigheten fra disse signalene.

4. Arrangement ifølge krav 1, omfattende tre åpninger, der en har en vinkel mot strømningsretningen, en har en vinkel 90° på strømningsretningen og en har en retning med strømningsretningen, der beregningsenheten er innrettet til å beregne strømningen fra frykkinformasjon fra de tre åpningene.

5. Arrangement ifølge krav 1, der nevnte vinkel er i området 15-75°, fortrinnsvis omtrent 45°, med eller mot strømningsretningen.

6. Arrangement ifølge krav 1, der begge kavitetene har omtrent samme vinkel i forhold til strømretningen og vender mot hverandre.

7. Arrangement ifølge krav 1, der en temperatursensor er inkludert i minst en av åpningene for måling av temperaturen i nevnte strøm.