真实蒸汽压力和闪蒸检测设备以及相关方法与流程

1.本发明涉及振动计，并且更具体地，涉及用于实时蒸汽压力确定的方法和设备。


背景技术：

2.雷德蒸汽压力(rvp)是用于测量和执行燃料质量标准的被最广泛认可的特性之一。在处理挥发性流体比如汽油、天然气液体和液化石油气的流动和储存的应用中，真实蒸汽压力是一个重要特性。蒸汽压力提供对处理期间挥发性流体可能如何表现的指示，并且进一步指示可能形成气泡和可能建立压力的状态。因此，挥发性流体的蒸汽压力测量提高了安全性并防止了对运输船只和基础设施的损坏。
3.如果流体的蒸汽压力太高，则可能在泵送和输送操作期间发生气穴现象。此外，容器或处理线蒸汽压力可能由于温度变化而会超过安全水平。因此，通常要求在储存和运输之前知道rvp。
4.通常，rvp是通过捕获样品并将其转移至实验室进行测试以确定样品的值来确定。由于获得最终结果的延迟、维持实验室的成本以及与样品处理相关联的安全和法律证据漏洞，这给监管燃料质量标准的执行带来了难题。真实蒸汽压力通常以下述方式确定：通过该相同的过程，然后通过依靠基于经验测量的查找表和数据库将在实验室中确定的rvp转换为流动温度下的真实蒸汽压力。
5.因此，需要一种可以在处理状态下连续、实时地测量真实蒸汽压力和/或rvp的在线装置或系统。这由本实施方式提供，并且实现了本领域的进步。现场测量更可靠，因为它避免了定期采样的需要，并且完全消除了在样品采集和实验室分析的时间之间流体性质变化的风险。此外，通过进行实时测量提高了安全性，因为可以立即纠正不安全的情况。此外，节省了资金，因为监管执行可以通过简单的现场检查进行，其中，检查和执行决定可以在几乎没有延迟或处理停止的情况下做出。


技术实现要素：

6.根据实施方式提供了一种确定流体的蒸汽压力的方法。该方法包括提供具有计量器电子设备的计量器的步骤，其中，计量器包括流量计和密度计中的至少一者。使处理流体流过该计量器，并且提供与该计量器相关联的低压位置。在低压位置处测量处理流体的温度。调节处理流体的静态压力，直到能够在低压位置处检测到闪蒸为止。在能够检测到闪蒸的情况下，确定处理流体的真实蒸汽压力。
7.根据实施方式提供了一种用于确定处理流体的真实蒸汽压力的系统。该系统包括计量器，该计量器包括流量计和密度计中的至少一者。低压位置与计量器相关联。压力调节器与计量器流体连通。压力传感器与处理流体流体连通。温度传感器配置成测量低压位置处的温度。计量器电子设备与计量器和压力传感器通信，其中，计量器电子设备配置成控制压力调节器，以调节处理流体的静态压力，直到能够在低压位置处检测到闪蒸为止，并且计量器电子设备配置成在能够检测到闪蒸的情况下，计算处理流体的真实蒸汽压力。
8.各个方面
9.根据一方面，提供了一种确定流体的蒸汽压力的方法。该方法包括提供具有计量器电子设备的计量器的步骤，其中，计量器包括流量计和密度计中的至少一者。使处理流体流过该计量器，并且提供与该计量器相关联的低压位置。在低压位置处测量处理流体的温度。调节处理流体的静态压力，直到能够在低压位置处检测到闪蒸为止。在能够检测到闪蒸的情况下，确定处理流体的真实蒸汽压力。
10.优选地，测量温度包括ir热成像。
11.优选地，检测闪蒸包括光学分析。
12.优选地，低压位置包括流量计歧管。
13.优选地，低压位置包括压差元件。
14.优选地，该方法包括以下步骤：测量处理流体的温度，以及根据温度和真实蒸汽压力计算雷德蒸汽压力。
15.优选地，该方法包括以下步骤：对测量到雷德蒸汽压力的时间点处的汽液比进行测量，以及将该汽液比与测量到雷德蒸汽压力的时间点处的雷德蒸汽压力相关联。
16.根据一方面，提供了一种用于确定处理流体的真实蒸汽压力的系统。该系统包括计量器，该计量器包括流量计和密度计中的至少一者。低压位置与计量器相关联。压力调节器与计量器流体连通。压力传感器与处理流体流体连通。温度传感器配置成测量低压位置处的温度。计量器电子设备与计量器和压力传感器通信，其中，计量器电子设备配置成控制压力调节器，以调节处理流体的静态压力，直到在低压位置处检测到闪蒸为止，并且计量器电子设备配置成在能够检测到闪蒸的情况下，计算处理流体的真实蒸汽压力。
17.优选地，温度传感器包括ir温度仪。
18.优选地，光学传感器配置成检测闪蒸。
19.优选地，低压位置包括流量计歧管。
20.优选地，低压位置包括压差元件。
21.优选地，计量器电子设备配置成对测量到雷德蒸汽压力的时间点处的汽液比进行测量，并将该汽液比与测量到雷德蒸汽压力的时间点处的雷德蒸汽压力相关联。
22.优选地，计量器包括：一个或更多个导管；至少一个驱动器，至少一个驱动器附接至一个或更多个导管并且配置为生成用以一个或更多个导管的振动信号；以及至少一个检出器，至少一个检出器附接至一个或更多个导管并且配置成接收来自一个或更多个导管的振动信号。
附图说明
23.图1图示了根据实施方式的流量计传感器组件；
24.图2图示了根据实施方式的计量器电子设备；
25.图3图示了根据实施方式的蒸汽压力确定系统；
26.图4图示了根据实施方式的蒸汽压力确定的方法；以及
27.图5图示了根据实施方式的蒸汽压力确定的另一方法。
具体实施方式
28.图1至图5和以下描述描绘了具体示例以教导本领域技术人员如何制作和使用本发明的最佳模式。出于教导本发明原理的目的，简化或省略了一些常规的方面。本领域技术人员将理解落入本发明的范围内的来自这些示例的变型。本领域技术人员将理解，以下描述的特征可以以各种方式组合以形成本发明的多种变型。因此，本发明不限于以下描述的具体示例，而仅由权利要求及其等同方案限定。
29.振动传感器、比如说例如振动密度计和科里奥利流量计通常是已知的，并且被用于测量与流动穿过流量计中的导管或包括密度计的导管的材料有关的质量流量和其他信息。在全部归于j.e.smith等人的美国专利4,109,524、美国专利4,491,025和re.31,450中公开了示例性流量计。这些流量计具有为笔直或弯曲构型的一个或更多个导管。科里奥利质量流量计中的每个导管构型例如具有一组可以是简单的弯曲、扭转或耦合类型的自然振动模式。可以以优选的模式驱动每个导管以进行摆动。
30.某些类型的质量流量计、尤其是科里奥利流量计能够以执行密度的直接测量的方式进行操作，以通过质量对密度的商来提供体积信息。例如，参见归于ruesch的美国专利no.4,872,351的纯油自动测定仪，该纯油自动测定仪使用科里奥利流量计来测量未知的多相流体的密度。归于buttler等人的美国专利no.5,687,100教导了一种科里奥利效应密度计，该科里奥利效应密度计在用作振动管密度计的质量流量计中校正用于质量流率效应的密度读数。
31.从位于流量计的入口侧的连接管道流动进入到流量计中的材料被引导穿过导管，并且穿过流量计的出口侧而离开流量计。振动系统的自然振动模式部分地由导管和在导管内流动的材料的组合质量共同限定。
32.当没有流量穿过流量计时，施加至导管的驱动力导致沿着导管的所有点以相同的相位或以小的“零偏移”进行摆动，这是在零流量下测量的实时延迟。当材料开始流动穿过流量计时，科里奥利力导致沿着导管的每个点具有不同的相位。例如，流量计的入口端处的相位滞后于集中式驱动器位置处的相位，而出口处的相位超前于集中式驱动器位置处的相位。导管上的检出器产生表示导管运动的正弦信号。处理从检出器输出的信号以确定检出器之间的时间延迟。两个或更多个检出器之间的时间延迟与流过导管的材料的质量流率成比例。
33.连接至驱动器的计量器电子设备产生驱动信号以操作该驱动器，并且还根据从检出器接收到的信号确定处理材料的质量流率和/或其他性质。驱动器可以包括许多众所周知的装置中的一种装置，然而，磁体和相对的驱动线圈在流量计行业中获得了巨大的成功。交流电传递到驱动线圈，以使导管以期望的振幅和频率振动。在本领域中还已知的是，将检出器设置为非常类似于驱动器装置的磁体和线圈装置。然而，当驱动器接收到感应运动的电流时，检出器可以使用由驱动器提供的运动来感应电压。由检出器测量的时间延迟量很小，通常以纳秒为单位。因此，必须使换能器输出非常精确。
34.图1图示了流量计5，该流量计5可以是例如但不限于任何振动计，比如科里奥利流量计或密度计。流量计5包括传感器组件10和计量器电子设备20。传感器组件10响应于处理材料的质量流率和密度。计量器电子设备20经由引线100连接至传感器组件10，以在路径26上提供密度、质量流率和温度信息以及其他信息。传感器组件10包括凸缘101和101’、一对
歧管102和102’、一对平行导管103(第一导管)和103’(第二导管)、驱动器104、温度传感器106比如电阻温度检测器(rtd)、以及一对检出器105和105’比如磁体/线圈检出器、应变计、光学传感器或本领域已知的任何其他检出器。导管103和103’分别具有入口支脚107和107’以及出口支脚108和108’。导管103和103’沿着导管103和103’的长度在至少一个对称的位置处弯曲，并且在导管103和103’的整个长度上基本上是平行的。每个导管103、103’分别绕轴线w和w’摆动。
35.导管103、103’的支脚107、107’、108、108’固定地附接至导管安装块109和109’，并且这些块又固定地附接至歧管102和102’。这提供了穿过传感器组件10的连续的闭合的材料路径。
36.当凸缘101和101’连接至承载被测量的处理材料的处理管线(未示出)时，材料通过凸缘101中的第一孔(在图1的视图中不可见)进入流量计5的第一端部110，并且穿过歧管102被引导至导管安装块109。在歧管102内，材料被分开并且定路径成通过导管103和103’。在离开导管103和103’时，处理材料在歧管102’内以单股流的形式重新结合，然后被定路径成离开通过凸缘101’连接至处理管线(未示出)的第二端部112。
37.选择导管103和103’并且将导管103和103’适当地安装至导管安装块109和109’，以便具有大致相同的质量分布、惯性矩和分别绕弯曲轴线w-w和w
’‑
w’的杨氏模量。由于导管103、103’的杨氏模量随温度而变化，并且该变化影响流量和密度的计算，因此至少一个导管103、103’上安装有温度传感器106安装以连续地测量导管的温度。导管的温度以及因此对于通过导管的给定电流跨温度传感器106而出现的电压主要由穿过导管的材料的温度决定。计量器电子设备20以众所周知的方法使用跨温度传感器106出现的与温度有关的电压来补偿由于导管103、103’温度的任何变化而引起的导管103、103’的弹性模量的变化。温度传感器106连接至计量器电子设备20。
38.两个导管103、103’由驱动器104围绕导管103、103’各自的弯曲轴线w和w’在相反的方向上以所谓的流量计的第一异相弯曲模式被驱动。该驱动器104可以包括许多众所周知的装置中的任何一种装置，比如安装至导管103’的磁体和安装至导管103的相对的线圈，交流电通过该相对的线圈以使两个导管振动。计量器电子设备20经由引线113将合适的驱动信号施加至驱动器104。应当理解的是，尽管讨论是针对两个导管103、103’进行的，但是在其他实施方式中，可以提供仅单个导管或可以提供多于两个的导管。给多个驱动器、以及以不同于第一异相弯曲模式的模式来驱动导管的驱动器产生多个驱动信号也在本发明的范围内。
39.计量器电子设备20接收引线114上的温度信号，以及分别出现在引线115和115’上的左速度信号和右速度信号。计量器电子设备20使出现在引线113上的驱动信号出现于驱动器104并且使导管103、103’振动。计量器电子设备20处理左速度信号和右速度信号以及温度信号，以对通过传感器组件10的材料的质量流率和密度进行计算。该信息以及其他信息通过路径26中的计量器电子设备20被施加至使用器件。不需要计量器电子设备20的电路的说明来理解本发明，并且为了本描述的简洁起见，省略了计量器电子设备20的电路的说明。应当理解的是，提供图1的描述仅仅是作为一种可能的振动计的操作的示例，而图1的描述不意在限制本发明的教导。
40.描述了一种科里奥利流量计的结构，但是对于本领域技术人员将明显的是，本发
明可以在振动管或叉式密度计上实施，而无需由科里奥利质量流量计提供的附加测量能力。
41.图2是根据实施方式的流量计5的计量器电子设备20的框图。在操作中，流量计5提供可以输出的各种测量值，包括质量流率、体积流率、单个流分量质量和体积流率以及总流率的测量值或平均值中的一者或更多者，总流率包括例如单个流分量的体积和质量流量两者。
42.流量计5产生振动响应。振动响应由计量器电子设备20接收和处理以生成一个或更多个流体测量值。可以监测、记录、保存、总计和/或输出该值。
43.计量器电子设备20包括接口201、与该接口201通信的处理系统203、以及与该处理系统203通信的存储系统204。尽管这些部件被示出为不同的框，但是应当理解的是，计量器电子设备20可以包括集成和/或分立部件的各种组合。
44.接口201被配置成与流量计5的传感器组件10通信。接口201例如可以被配置成耦接至引线100(见图1)并与驱动器104、检出传感器105和105’以及温度传感器106交换信号。接口201还可以被配置成通过通信路径26例如与外部装置通信。
45.处理系统203可以包括任何方式的处理系统。处理系统203被配置成取回并执行所存储的例程，以便操作流量计5。存储系统204可以存储包括流量计例程205、阀控制例程211、驱动增益例程213和蒸汽压力例程215的例程。存储系统204可以存储测量值、接收值、工作值和其他信息。在一些实施方式中，存储系统存储质量流量(m)221、密度(ρ)225、密度阈值(226)、粘度(μ)223、温度(t)224、压力209、驱动增益306、驱动增益阈值302、气体夹带阈值244、气体夹带分数248和本领域已知的其他变量。例程205、211、213、215可以包括任何注意到的信号和本领域已知的那些其他变量。其他测量/处理例程是预期的并且在说明书和权利要求的范围内。
46.流量计例程205可以产生和存储流体量化和流量测量值。这些值可以包括基本上瞬时的测量值，或者可以包括总计值或累计值。例如，流量计例程205可以生成质量流量测量值，并将其存储在例如存储系统204的质量流量221存储器中。流量计例程205可以生成密度225测量值，并将其存储在例如存储系统204中。如前所讨论和如本领域已知的，根据振动响应确定质量流量221值和密度225值。质量流量和其他测量值可以包括基本上瞬时的值，可以包括样本，可以包括时间间隔内的平均值，或者可以包括时间间隔内的累计值。可以将时间间隔选择成对应于在其期间检测到某些流体状态例如仅液体的流体状态或者替代性地包括液体和夹带气体的流体状态的一段时间。另外，其他质量和体积流量以及相关的量化值是预期的，并且在本说明书和权利要求书的范围内。
47.如上所述，驱动增益306可以用作对无流动/错误总计状态进行指示的信号。驱动增益阈值302可以用于区分流动、无流动、单相/双相的流体相边界和气体夹带/混合相流动的时段。类似地，也可以单独地或与驱动增益306一起使用应用于密度读数225的密度阈值226，以区分气体夹带/混合相流动。驱动增益306可以用作流量计5的导管振动对不同密度的流体、例如但不限制地比如为液相和气相流体的存在的灵敏度的度量。阻尼对能量输入和最终幅度的综合影响被称为扩展驱动增益，该扩展驱动增益表示在可用功率超过100％的情况下用以维持目标振动幅度所需的功率的多少的估计值：
[0048][0049]
应当注意的是，出于本文中所提供的实施方式的目的，在一些实施方式中，术语驱动增益可以指驱动电流、检出电压或者任何测量或推导的指示以特定幅度驱动流动导管103、103’所需的功率的量的信号。在相关的实施方式中，术语驱动增益可以扩展为涵盖用于检测多相流的任何度量，比如噪声水平、信号的标准偏差、与阻尼相关的测量值、以及本领域已知的用于检测混合相流的任何其他器件。在实施方式中，可以在检出传感器105和105’之间比较这些度量，以便检测混合相流。
[0050]
只要管中的流体中的所有流体在密度方面是均匀的，则振动导管103、103’只需消耗很少的能量即可保持以其第一共振频率进行振动。在流体由不同密度的两个(或多个)不溶混成分组成的情况下，管的振动将导致成分中的每种成分的不同大小的移位。移位的这种差异被称为解耦，并且该解耦的大小已被示出为取决于成分的密度之比以及反斯托克斯数：
[0051][0052][0053]
其中，ω是振动频率，ν是流体的运动粘度，r是颗粒的半径。应当注意的是，与气泡的情况一样，颗粒可以具有低于流体的密度。
[0054]
成分之间发生的解耦会导致在管的振动中产生阻尼，从而需要更多的能量来保持振动或者对于固定量的能量输入而言减小了振动的幅度。
[0055]
转至图3，根据实施方式提供了一种蒸汽压力确定系统300。设置有一种具有入口304和出口307的处理线303，其中，处理线303构造成承载通过入口304进入处理线303的处理流体。设置有控制穿过处理线303的流体流量的上游压力调节器308。设置有控制穿过处理线303的流体流量的下游压力调节器310。在上游压力调节器308与下游压力调节器310之间设置有具有计量器电子设备20的流量计5，并且该流量计5构造成接收穿过上游压力调节器308的处理流体。在系统300中还存在压力传感器312和温度传感器314。尽管压力传感器312和温度传感器314图示为位于流量计5的下游处，但是这些传感器312、314可以坐置在流量计5的前面，或者结合到流量计5中。
[0056]
由于低压力点一般取决于由速度引起的摩擦压力损失和静态压降以及伯努利原理，在实施方式中，速度控制系统可以控制压力。在这样的实施方式中，变速泵和压力控制阀可以一起调节流体速度。在该实施方式中，控制阀可以位于计量器的下游，并且泵位于计量器的上游，使得增加流率也不会增加计量器中的静态压力。因此，可以通过用上游阀和下游泵二者降低静态压力来控制计量器中的静态压力。增加计量器中的速度也会降低静态压力。计量器管中的压力可以通过了解上下游压力和流速来预测。通过增加泵速度或使阀关闭来降低计量器中的压力，直到检测到闪蒸为止。
[0057]
计量器电子设备20与上游压力调节器308、下游压力调节器310、压力传感器312和温度传感器314通信。计量器电子设备20可以控制上游压力调节器308和下游压力调节器
310。计量器电子设备20接收来自压力传感器312的压力测量值以及来自温度传感器314的温度测量值。计量器电子设备20配置成监测处理流体的压力并降低其压力，直到流量计5检测到第二相位的引入为止，该第二相位指示已经达到蒸汽压力。在实施方式中，仅存在压力调节器308。研究已示出，高精度的温度测量能够检测闪蒸/空化的早期迹象。在各实施方式中，检测到温度的极小范围的下降，这指示相位改变(由于汽化的潜热)。因此，闪蒸在第一次出现的位置和时间处被检测到。
[0058]
在各实施方式中，振动管传感器或专用压降元件的几何形状允许准确预测闪蒸将首次发生的位置。这允许温度测量集中在该点。因此，在各实施方式中，如在图4的方法350中所图示的那样，在352处提供低压位置。
[0059]
如果处理流体在正常的处理状态下是单相的，例如，可以通过使上游压力调节器308部分地关闭来降低压力，如步骤354中所示。在实施方式中，利用高分辨率红外(ir)热成像检测低压位置处的温度变化。在实施方式中，红外热成像与光学传感器及分析相结合，以检测闪蒸的发生。虽然特别提到了红外热成像，但是由于准确地知道第一次闪蒸的精确位置，设想了可以使用具有足够灵敏度的其他温度测量装置。
[0060]
低压位置、以及因此首次发生闪蒸的点，一般在振动管传感器上的出口歧管102’附近。闪蒸实际上在其能够通过常规方法被检测到之前在该位置处发生。因此，在356中，在该位置处的温度测量允许检测到闪蒸的最开始。在358处，闪蒸检测允许识别单相/双相的流体相边界。测量并记录与闪蒸相关联的温度。在步骤360中，考虑检测到闪蒸点处的温度，计算出真实蒸汽压力。
[0061]
在实施方式中，在流量计歧管中定位有足够灵敏以检测这样的变化的温度测量装置。
[0062]
在实施方式中，蒸汽压力测量的部分可以包括对以多少汽液比测量蒸汽压力进行指定。通过该方法能够检测在0％蒸气处的闪蒸。振动管传感器中的其他测量也可以用以随着蒸汽增加确定汽液比，使得可以从0％开始在多个汽液比处测量蒸汽压力。
[0063]
在实施方式中，如果认为没有必要测量除0％以外的汽液比处的蒸汽压力，则可以设置压差元件，使得呈现所需的压降。在该点处的温度测量或红外温度仪用于闪蒸检测。
[0064]
转至图5，提供了流程图400，该流程图图示了由系统300所采用的蒸汽压力确定方案的示例。在步骤402中，对系统300中的处理流体的压力进行测量。这通过压力传感器312来完成。在步骤403中，对系统300中的处理流体的温度进行测量。如果处理流体在正常处理状态下是单相的，则可以通过部分地关闭上游压力调节器308来降低流动压力，如步骤404中所示。在步骤406中，可以对驱动增益和/或密度进行测量，并且，如上所述，驱动增益和/或密度可以用于确定多相流的存在，并且也可以用于确定单相/双相的流体相边界。由于在402处对处理流体的压力进行测量，并且在404处使处理流体的压力下降，在406处经由驱动增益和/或密度测量值确定第二相的引入，这进而指示已经达到蒸汽压力。在步骤408中，通过记录在检测到第二相存在的点处的压力和温度二者来指示真实蒸汽压力的检测。在步骤410中，根据测量的真实蒸汽压力、考虑记录真实蒸汽压力时的温度来计算rvp。
[0065]
应当注意的是，如果处理流体已经包含一些蒸汽，这将通过测量驱动增益和/或密度被检测到，并且可以部分地关闭下游压力调节器310以增加压力，从而用于确定当第二相不再存在时的点处的蒸汽压力和温度的目的。在任一种情况下，都是利用单相/双相的流体
相边界和处理流体在该边界处的相关的温度/压力来指示处理流体的真实蒸汽压力。
[0066]
在其他实施方式中，如果上游/下游压力调节器构型不能提供足够的压力变化以达到蒸汽压力，则可以采用其他压力调节器和压力控制的方法。在其他实施方式中，还可以包括温度测量，从而提供真实蒸汽压力(tvr)与标准温度处的蒸汽压力(例如雷德蒸汽压力(rvp))之间进行转换的能力。tvp是液体产物在测量温度处的实际蒸汽压力。tvp很难直接测量，并且取决于液体在测量装置中的成分和温度。一旦已知tvp和温度，在任何其他温度处的真实蒸汽压力和/或rvp就可以从存储在计量器电子设备20中的经验相关数据中计算出来。经验相关数据可以包括查询表、数学算法和/或数学曲线。直接rvp测量通常需要发送样品以用于实验室分析。
[0067]
在实施方式中，系统300设置在仅测量主流动流的样品的滑流中，因此，减少了对材料处理的影响。因为rvp主要取决于成分，所以在成分相当均匀的情况下，滑流样品将是有效的。这使得系统的尺寸更小、成本更低、并且更不显眼。
[0068]
以上实施方式的详细描述不是发明人设想的落入本发明范围内的所有实施方式的详尽描述。实际上，本领域技术人员将认识到的是，上述实施方式的某些元件可以以不同的方式组合或移除以创建其他实施方式，并且这些其他实施方式均落入本发明的范围和教导内。对于本领域的普通技术人员来说还明显的是，上述实施方式可以全部或部分地组合以在本发明的范围和教导内创建另外的实施方式。
[0069]
因此，尽管本文中出于说明性目的描述了本发明的特定实施方式和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内的各种等效改型是可能的。本文中所提供的教导可以应用于其他振动系统，而不仅是以上所描述的和在附图中所示的各实施方式。因此，本发明的范围应当由所附权利要求确定。