采用主元件连接平台的过程变量测量

摘要

一种用于基于压差测量过程流体的流量的设备，包括细长筒，该细长筒设置有穿过其中的筒管，该筒管适于与过程管道成一直线连接以接收过程流体流。计量体被支承在细长筒中并接收从中穿过的筒管。该计量体具有从筒管延伸到计量体的外面的主元件开口。托架被构造为可移除地安装至计量体并通过主元件开口将主元件包括在筒管中。过程变量变送器连接至主元件并被构造为测量过程流体的过程变量。计量体优选地被构造为接收被支承在托架上的不同类型的主元件。

说明书

技术领域

本发明涉及工业过程中的过程变量的测量。更具体地，本发明涉及采 用放置在流动中的主元件对这种过程变量的测量。

背景技术

工业过程用在多种类型的过程流体的生产中。示例包括炼油厂、纸浆 制造、化工制造等。在工业过程中，需要监测该过程的操作以精确地控制 该过程。例如，该过程的诸如流量、温度、压力、液位等之类的“过程变 量”可以由过程变量变送器监测并用来提供信息到另一个位置，如中央控 制室。在多种情况中，存在可以用来监测过程变量的过程变量变送器的多 种不同的技术或配置。可以基于涉及设计约束条件、目标精度、预算问题 或其它标准选择特定的技术和配置。

已知多种技术用于测量工业过程中的过程流体的流量。示例包括压 差、磁性的、科里奥利、涡流和热质量基流量传感器。一种普通技术包括 使用电路以测量压差和基于压差响应地估计流量。例如，可以将限制装置 放置在载送过程流体的管道中。当过程流体移动经过该限制装置时，将在 该限制装置的两侧形成压差。该压差可以被测量并与过程流体的流量相关 联。

流量测量系统的特定安装通常需要基于选定的技术、该过程的配置、 被监测的流体、管道的直径、预期流量以及其它考虑因素的大量定制。这 种定制是昂贵的并且增加安装过程变量变送器和确保提供精确的测量的 时间量。进一步，通常是在实施该过程的工厂正在构造的同时进行该定制。 例如，在工厂的制造期间，可能已知的是，必须在特定位置处获得特定的 过程变量测量值，然而，可能不容易明白什么技术应当用来获得该过程变 量，或者即使该过程变量的测量是必要的。这通常在新设施的构建中引起 延迟以及增加成本。

发明内容

一种用于基于压差测量过程流体的流量的设备，包括细长筒，该细长 筒设置有穿过其中的筒管，该筒管适于与过程管道成一直线连接以及接收 过程流体流。计量体被支承在细长筒中并接收从中穿过的筒管。该计量体 具有从筒管延伸到计量体的外面的主元件开口。托架被构造为可移除地安 装至计量体并通过主元件开口将主元件包括在筒管中。过程变量变送器连 接至主元件并被构造为测量过程流体的过程变量。计量体优选地被构造为 接收被支承在托架上的不同类型的主元件。

附图说明

图1是示出根据本发明的一种实施例的用于基于压差测量程流体的流 量的设备的视图。

图2是图1中示出的筒部的透视图。

图3A，3B，3C和3D是主元件托架的透视图部件并图示示例性的主 元件配置。

图3E是图3A的主元件托架的侧面剖视图。

图4A，4B，4C和4D分别示出图3A-D的靠近计量体的主元件。

图5A和5B是密封板和计量体的透视图。

图6是压力变送器的简化示意图。

具体实施方式

如在背景部分中讨论的那样，已知多种技术用于测量工业过程中的过 程变量，如流量。在工厂的构建期间，可能明显的是，可能希望在该过程 的某个位置进行过程变量的测量。然而，在这种早期发展阶段中，可能不 完全清楚什么技术将是优选的。更进一步，一旦技术被选择，必须基于过 程环境被正确地安装和校准或配置。这种定制增加了构建新的工厂所需要 的时间，增加整体成本以及增加前段成本。本发明提供了一种新的过程变 量测量平台，以及新的分配和安装方法，其中能够支持不同类型的过程变 量测量技术，具体地，包括不同类型的流量测量技术的标准化(或通用)平 台，可以安装在过程中的一位置处。该安装平台可以被配置以根据需要在 没有任何过程变量测量技术的情况下运行。这允许过程变量变送器的可选 更新，包括在其中之前不存在过程变量变送器的位置处添加过程变量变送 器，以及将过程变量技术从一种测量技术改变成另一种测量技术。该平台 减少了在工厂的初始构建期间必须进行的定制的量，并允许更大的灵活性 来改变技术。

用于测量流量的一种具体过程变量测量技术是基于压差的，该压差可 以用来确定通过过程管道的过程流体的流量。与其它技术相比，压差基流 量测量提供多种优点，包括精度、移动部件的缺少、可以用在高温和高压 处的耐用设计、低成本部件、测量包括气体、液体和蒸汽的所有类型的过 程流体的流量的能力、可以容易地被验证的测量和确定气体和蒸汽应用的 质量流量的能力以及其它优点。进一步，可以采用可以被选择用于特定应 用的多种不同的技术产生压差。压差产生元件称为“主元件”。尽管存在上 述优点，压差基流量测量的一个缺点是，系统可能需要大量的定制用于给 定应用。例如，其中，可能需要基于所使用的管道的直径、管道的壁厚、 过程流体的温度、预期温度范围和压力范围、预期流量范围、被测量的过 程流体的特性定制该应用。必须针对工业过程内将进行压差基流量测量的 每个位置确定所有这些变量。这会是耗时的，并且进一步需要工业过程内 的流量测量装置中的每一个的定制。进一步，为了采用压差获得精确的流 量测量，过程流体的流量轮廓应当被完全地形成。然而，相邻管道(如弯道、 三通管、阀、收敛管道、膨胀部分、过滤器等)会扰乱流量轮廓，从而导致 测量误差。

本发明提供了用于采用压差对过程流体的流量进行测量的通用连接 平台。然而，本发明不限于压差基流量测量技术。根据本发明，提供了一 种平台，其采用可以针对特定应用和压差测量技术被选择的标准化部分。 根据本发明，计量体被支承在细长筒中。计量体被构造为接收由托架支撑 和固定的主元件。压差变送器连接至托架并测量在主元件的两侧产生的压 差。该信息随后用来确定流量。

图1是示出根据本发明的一种实施例的包括流量测量设备102的工业 过程100的一部分的示意图。流量测量设备102连接至过程管道104并被 构造为测量通过管道104的过程流体的流量，如下文更详细地讨论的那样。 流量测量设备102包括支承计量体112的筒部110。托架114连接至计量 体112并支撑主元件(图1中未示出)和压差变送器116。过程变量变送器 116通过歧管连接件118连接至托架114。典型地，变送器116通过用于 将两者固定在一起的螺栓或其它装置连接至法兰118。类似地，法兰118 可以螺栓连接至托架114，托架114又螺栓连接至计量体112。筒部110 通过例如螺栓连接至管道104。典型地，某种类型的密封件可以被包括在 变送器116、法兰118、托架114和计量体112之间。类似地，密封件可 以定位在筒110和过程管道104之间。虽然本文中描述的是螺栓，但可以 采用任何合适的连接技术。计量体112和筒110可以形成为连续部件，或 者可以单独地形成并焊接在一起或以其它方式连接在一起。图1中的变送 器还包括至托架114的附加过程变量连接件119。例如，这可以用来将变 送器116连接至温度传感器。压差变送器116基于由主元件产生的压差确 定过程流体的流量。压力变送器116例如通过二线式过程控制回路122连 接至控制室120。控制室120被建模为与电源串联的电阻。在一种配置中， 过程控制回路122是二线式过程控制回路。在这种配置中，控制回路122 可以同时载送信息以及用来给变送器116供电的电力。例如，根据一种实 施例，在该回路上载送的电流由压力变送器116控制并表示测量的流量。 同一电流还用来给变送器116内的电路供电。在另一个示例性实施例中， 数字通信信号可以叠加在该电流上以提供附加的通信。一种这种协议是 通信协议。示例性过程控制回路包括4-20mA回路、或与Profibus或Fieldbus标准一致的协议。无线通信技术的一种示例符合无线 通信协议(IEC62591)。还可以采用标准以太网、光纤连接或其它 通信信道。

图2是图1中示出的筒部110的透视图。筒部110包括连接至法兰142 的细长筒管140。法兰142用来将筒部110连接至过程管道，由此筒管140 接收通过该过程管道的过程流体流。筒管140延伸穿过计量体112，计量 体112包括本文中被详细地说明的主元件开口144。主元件开口144从计 量体112的外面延伸到筒管140内。在图2中图示的示例性实施例中，筒 管140是直管。

图3A，3B，3C和3D是主元件托架150的透视图。主元件托架150 包括具有形成在其中的压力端口154和156的变送器或歧管安装面152。 该安装面优选地被支撑在冒口部160上并连接至计量体安装面162。计量 体安装面162被构造能够密封地连接至图1中示出的计量体112。图3A-D 示出主元件170A-D的多种示例，主元件170A-D插入穿过图2中示出的 主元件开口144并被配置以接收通过同样在图2中示出的筒管140的过程 流体流。

在图3A中，元件170A被图示为节流板。节流板170A被图示为具有 穿过其中的开口的板，该开口的直径小于筒管140的直径。在图3B中， 主元件170B被图示为由四个较小的开口构成的调节节流板。图3C示出平 均皮托管型主元件170C的示例性实施例。主元件170C非常适合其中碎屑 可能损坏该装置的部件的恶劣环境。皮托管型主元件由细长管构成，该细 长管延伸到过程流体流中，并具有靠近皮托管的上游侧的至少一个开口 和靠近皮托管的下游侧的至少一个另一个开口。在这两个开口之间产生压 差。图3D图示平均皮托管型主元件170D的另一个示例性实施例。在图 3D中，皮托管被构造为可从Rosemount公司获得的平均皮托管。 同样在图3A-D中示出的实施例中图示的是计量体安装面162上的辅助连 接件164。辅助连接件164例如可以包括延伸靠近过程流体的开口，允许 收集附加的过程变量，如过程流体温度。如图1所示，过程变量连接件119 可以连接至辅助连接器164。虽然图3A-D中图示的节流板被示出为与主 元件托架150成一体的单个部件，在一种实施例中，这些节流板可以是两 个单独的部件，从而期望的节流板170可以连接至托架150。所述连接可 以借助于用来安装节流板的已知技术，例如，将节流板螺栓连接在托架上 并在其间包括密封件。

图3E是主元件托架150的剖视图。在该示例中，图3A的剖视图被示 出，其包括节流板主元件170A。图3E图示安装面152上的、可以从过程 开口176，178分别延伸至压力端口154，156的内部通路172和174。图 3E还图示了节流板开口182。端口176，178中的一个定位在主元件170A 的上游侧，另一个端口176，178定位在下游侧。因此，上游和下游压力 经由通路172，174连通至压力端口154，156。这些压力随后优选通过图 1中示出的歧管连接件118被传送至变送器116。

图4A，4B，4C和4D是邻近计量体112定位的主元件托架150的透 视图。如图4A-D中所示，主元件170A-D被配置为被容纳在主元件开口 144中。在一种配置中，主元件开口144和主元件140A-D被配置成使得 这两个部件可以仅与沿一个方向定位的主元件安装在一起。这可以用来确 保合适的上游和下游压力端口正确地连接至过程变量变送器。虽然图 4A-D中未示出，典型地，密封件放置在计量体112和托架150的面之间， 而托架150如图所示由螺栓固定至计量体112。然而，可以采用任何连接 技术。

图5A和5B图示安装至计量体112的密封板180。例如，在运送和初 始安装期间，可以采用螺栓或其它连接器安装密封板180，并且可以将密 封板180密封至计量体112。此外，如果希望去除主元件托架150并允许 过程继续运行，则可以使用安装板180。

图6是过程变量变送器116的一种示例性配置的简化示意图。在图6 中，高压和低压P_H和P_L分别地施加至压差传感器200。可以采用隔离配 置将压力P_H和P_L连接至压差传感器200，在该隔离配置中，隔离膜片202 和204分别将过程流体与在毛细管206和208中载送的隔离流体隔离。基 于施加的压差，压力传感器200提供压力传感器输出至传感器电路210。 传感器电路210可以对传感器信号执行补偿或其它动作并提供信号至测量 电路212。测量电路212可以包括例如根据存储器214中存储的指令运行 的微处理器系统。输入／输出电路216连接至测量电路212，并且可以用来 提供变送器输出。例如，这种输出可以在二线式过程控制回路122上被格 式化。在一种配置中，电路216还从回路122接收电力并用来提供电力至 变送器116内的其它电路。本发明不限于本文中讨论的特定的压力检测和 测量技术。

虽然已经参照优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员将会认识 到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节方面进行 改变。本发明提供了用于采用压差测量流量的通用连接平台。由于提供了 标准化部件和连接布置，因此过程变量变送器116的存储器214可以包括 包含用于该通用平台的标准化配置信息。例如，存储器可以包括与细长筒、 特定主元件相关的信息以及其它信息。这允许以较少的操作者交互作用并 以降低误差可能性更快地完成安装和配置。进一步，可以在可以容易地更 换损坏部件的位置处维持备用部件，而不需要获得专用或定制更换部件。 图5A和5B中图示的密封板180在通用托架的运送期间可以被使用，并 且在所述部件安装在工业过程中时还可以用来对所述部件进行压力测试。 进一步，密封板180可以用于筒，该筒可以用在不存在任何过程变量变送 器的过程位置处。这允许将来根据需要容易地更新该过程，以在该位置处 添加过程变量传感器。该配置减少了在将一装置交付使用时必须在过程变 量变送器上进行的定制量。更进一步地，该配置减少了在更新或构建一工 厂时必须进行的定制的量。这允许具有更大的灵活性用于随后通过在特定 位置处获得过程变量而修改该过程，或用于改变用来获得过程变量的技 术。进一步，该配置允许即使在该装置已经被安装在过程中之后也容易交 换不同的压力检测技术。例如，如果过程改变，由此不同的流量检测技术 可能是优选的，操作者可以根据需要用不同的主元件替换安装的主元件。 本发明不限于压差流量主元件并且还可以用在其它配置中。例如，托架可 以支承用于任何检测技术的部件，包括任何流量测量技术，如涡流、磁性 的、科里奥利、热质量基技术等。在这种配置中，可能不需要压力载送管 道从过程流体延伸穿过托架到达过程变量变送器。其它示例主元件包括文 丘里管、楔、喷嘴、小的联机主元件(用于高速流动)以及其它技术，包括 磁流量计、旋涡脱落杆、科里奥利基管、热质量传感器、超声波基传感器 等。

此外，如果筒管具有已知的形状，则可以在过程变量变送器中进行合 适的补偿。一种优选的形状是本文中图示的直线配置，因为这提供了通过 管道的更均匀的流量轮廓。如本文中使用的，“细长筒”包括不是直的筒结 构，并且可以包括一个或多个弯曲部、弯管或其它结构。