用于在工业设施中分配流体的装置和方法与流程

本发明涉及使用一种或多种流体的工业设施的领域，更具体地涉及这些流体在这些设施内的分配。

以已知的方式，这种设施包括至少一个分配阀，也称为生产阀，该阀布置在分配管线上，以便控制在分配管线输送的流体所源自的上游区域或生产区域与由分配管线输送的流体被传送到的下游区域之间的流体分配。术语“管线”在此被理解为是指一个或多个管道，流体通过该一个或多个管道被输送以在相关设施中进行分配。

本发明所涉及的设施还以已知的方式包括被称为排放阀的至少一个阀，该阀被配置成当下游需求减缓或停止时排泄流体，并且上游流体供应的任何减缓或停止是不可预见的或者不足以避免分配管线中的过载。

因此，排放阀防止或至少限制这种过载，这种过载有损坏该设施的在分配阀上游的部件或损害生产流体的品质的风险。排放阀常规地布置在排放管线上，该排放管线与用于分配流体的主管道连通，例如构成这个主管道的分支。排放阀可以是例如排出阀或火炬阀。

更准确地说，一旦在分配管线上检测到可能导致过载的事故，就命令排放阀打开：例如，当流体是气体时，一旦在分配管线上检测到这种气体的过压，就命令排放阀打开。

用于控制这种排放阀的已知方法通常包括将流体分配的参数特征的值与预先定义的阈值进行比较的步骤。然后，由这个比较的结果来管控排放阀的打开和/或关闭。流体分配的参数特征可以例如在流体是气体的情况下是流体的压力，或者在流体是液体的情况下是流体的流速。阈值常规地基于所讨论的特征参数的值(是被应用了先前定义的安全裕度值的值)来定义，该特征参数的值通过分配管线的校准来预定义。

在此很容易理解在定义这个安全裕度值时出现的技术问题：如果安全裕度值太高，则只有在所讨论的参数相对于由校准预定义的值显著变化时，才发生排放阀的打开，其风险在于可能由于排放阀的控制方面的灵敏度不足而损坏或破坏分配管线的部件。

另一方面，如果安全裕度值太低，则在所讨论的参数相对于由校准预定义的值较小变化时将命令排放阀打开，具有将这个排放阀过早打开的风险，并且因此具有流体损失以及该工业设施实施的过程的潜在附加成本的风险。

本发明旨在克服这些缺点，并提出一种用于尽可能精确地控制排放阀的打开或关闭以避免任何流体损失，同时确保对流体分配管线的部件的保护的解决方案。

de102004033453描述了根据权利要求1的前序部分的装置。

为此，本发明的主题是一种用于在工业设施中分配流体的分配装置，该分配装置包括：至少一个流体分配管道，该至少一个流体分配管道被配置成在该分配装置的上游区域与下游客户之间输送流体；排放管道，该排放管道源自该分配管道；分配阀，该分配阀被放置在该分配管道上并控制该上游区域与该下游客户之间的流体分配；排放阀，该排放阀被放置在该排放管道上；以及测量装置，该测量装置用于实时测量这些管道中的一个内的流体的特征参数，其特征在于，该分配装置包括用于计算该特征参数的滑动阈值的模块，以及被配置为根据所述滑动阈值与由该测量装置测量的该特征参数的瞬时值之间的比较的结果来命令逐渐地部分打开或关闭该排放阀的装置。

术语“管道”在此被理解为意味着具有一个或多个流体输送导管的一组：因此，术语“管道”在下文中不加区别地适用于所讨论的流体流过其中的管、软管和连接元件。

有利的是，本发明提供了排放管道从分配管道中分支出去。这意味着排放管道和分配管道彼此连通，使得在分配管道中传送的流体可以容易地从分配管道传送到排放管道。

作为非限制性示例，排放管道可以被配置为分配管道的分支。换句话说，优选地在分配管道中流动的流体可以全部或仅部分地在分配管道中传送，在这种情况下，流体的另一部分朝向排放管道被转向。

根据所讨论的工业设施的性质，作为非限制性示例，流体被输送到的下游客户可以是该设施的在其中实施工业过程的一部分，或者是这种过程的在其中实施这个过程的特定步骤的特定区域。

更一般地说，下游客户在此应被理解为该工业设施的、所讨论的流体优选地通过分配管道被传送到的一部分，排放管道使得可以使全部或部分流体从分配管道转向，例如当来自下游客户的需求减缓或停止时。

如上所提及的那样，排放阀控制流体中的全部或部分的排泄，以防止分配管道和与分配管道相关联的任何装备(作为非限制性示例：仪器)过载。根据各种非穷举性实施例，排放阀可以是排出阀或火炬阀。

有利的是，根据本发明的分配装置包括用于计算在分配管道中输送的流体的特征参数的滑动阈值的模块。在这种情况下，特征参数有利地是代表流体和/或代表其在分配管道中的输送的物理化学量。

更准确地说，特征参数是易于变化的量，这些变化足够迅速和显著，以致于这些变化可以用作定义用于排放阀控制的阈值的基础。

例如，当所讨论的流体是气体时，所选择的特征参数可以是压力、温度、流速或其组成(非穷举性列表)。当所讨论的流体是液体或液体与气体的混合物时，所选择的特征参数可以是流速、温度、液位或其组成(非穷举性列表)。注意，所选择的特征参数也可以是代表流体或代表其在分配管道内的输送的不同参数的组合，而不会对本发明造成负面影响。

根据本发明，通过将先前定义的固定参考值与由前述计算模块实时计算出的滑动平均值相加来定义所选特征参数的滑动阈值。更具体地说，本发明提供了：在固定的滑动时间间隔上，根据由在根据本发明的分配装置中实施的实时测量装置测得的值来计算前述滑动平均值。

术语“实时”在此应理解为意味着对滑动平均值的两个相继的计算相隔的时间间隔(固定的且预定义的)足够小，而能反映特征参数的值随时间的最大可能数量的显著变化。根据各种替代性实施例，这个时间间隔可以被定义为基本上等于对特征参数的两个相继测量相隔的时间间隔，或者可以被预定义为任意固定值。

在本发明的上下文中，这种“实时”的概念也适用于先前限定的测量装置，并且在本发明的上下文中必须在以下意义上进行理解：对所选择的特征参数的两个相继测量相隔的时间间隔被定义为，使得前述测量装置可以检测到这个参数的最大可能数量的显著变化。

因此，根据本发明的各种替代实施例，先前限定的实时测量装置可以是在通常归属于这个术语的意义上的实时测量装置，或者是被编程为以根据上述标准预定义的时间间隔来执行测量的装置。

根据以上内容得出，根据本发明，计算模块被配置为在预定义的固定时间间隔上计算所选择的特征参数的瞬时值的平均值，该时间间隔的限值中的一个被不断更新。因此，所计算出的平均值在以下意义下实际上是滑动平均值：它通过在计算所述平均值的时间间隔的限值处更新特征参数的瞬时值而被不断地更新。

根据本发明的有利的非排他性实施例，与滑动平均值相加以获得滑动阈值的该固定参考值可以例如通过分配管线的预先校准或者通过下游客户的预先校准来定义。

根据其他实施例，它也可以通过根据工业设施整体的总体操作参数进行的计算来定义。

在所有情况下，它构成了关于命令排放阀的打开和关闭的一种形式的安全裕度。然而，随着滑动阈值被不断更新，这个固定参考值可以被选择成低于常规地与用于控制诸如现有技术中已知的系统中的排放阀的所选特征参数的固定值相加的固定参考值。

有利的是，根据本发明的分配装置还包括被配置成根据前述滑动阈值和所讨论的特征参数的瞬时值之间的比较的结果来命令逐渐地部分打开或关闭该排放阀的装置。

根据优选但非排他的实施例，本发明提供了：在前述比较中考虑的瞬时值是所选择的特征参数的最后测得的瞬时值。

根据另一实施例，作为非限制性示例，在这个比较中考虑的瞬时值可以是在计算用于该比较的滑动阈值时考虑的最终瞬时值。

有利的是，该特征参数的最后测得的瞬时值和在计算用于前述比较的滑动阈值时考虑的最终瞬时值可以是一致的。

逐渐地部分打开和/或关闭排放阀使得可以避免由于排放阀的打开或关闭而导致的分配管道中该特征参数的任何突然变化，这种突然变化可能导致“水锤”，其后果可能是对各种分配管道和排放管道以及对与这些管道相关联的装备和/或下游客户造成损害。

为此，作为非限制性示例，该排放阀可以是由步进电机控制的阀。

有利的是，根据本发明的分配装置还可以单独地或组合地具有以下特征中的一个或多个：

-计算模块被配置为一旦所选择的特征参数的测得瞬时值超过实时更新的滑动阈值并且排放阀的开度达到预定义值，就将先前定义的滑动阈值设定在恒定值。本发明的这一特征允许更快地稳定测得的特征参数，特别是在该特征参数的演进缓慢、连续且不可阻挡的情况下。在这种情况下，排放阀的开度是例如这个阀的百分比开度，阀的全开对应于100％的开度。有利的是，上述恒定值被选择成基本上等于当排放阀的开度同时达到预定义值时测得的所选择的特征参数的瞬时值。优选地，排放阀的预定义开度在百分之几的量级，例如5％的量级，超过该预定义开度时，计算模块被配置为将滑动阈值设定在前述恒定值。

-控制装置被配置成基于先前定义的关于分配管线的操作的信息来命令排放阀的初步预打开。换句话说，在这种情况下，根据本发明的分配装置包括以下模块，该模块被配置为向控制装置发送关于分配管线的操作的预定义信息，使得甚至在所选择的特征参数的实时测得瞬时值超过先前定义的滑动阈值之前，也命令排放阀部分地或完全打开。这特别地使得可以预测所选择的特征参数的任何预期的(突然的或者其他的)显著变化。

-本发明还涉及一种用于在工业设施中分配流体的分配方法，该方法包括：

-通过被放置在用于分配流体的分配管道上的测量装置来实时测量流体的特征参数的步骤，

-在预定义的固定时间间隔上计算特征参数的滑动平均值的步骤，

-根据前述滑动平均值来定义滑动阈值的步骤，

-将该滑动阈值与该特征参数的实时测得瞬时值进行比较的步骤，

-根据在前一步骤期间进行的比较的结果，逐渐地部分打开被放置在源自该分配管道的排放管道上的排放阀的步骤。

在如上所述基于不断更新的平均值来计算滑动阈值，并且然后将其与所选择的特征参数的实时测得瞬时值进行比较时，根据本发明的方法确实使得可以实施对排放阀的精确且优化的控制。

根据本发明的不同实施例，更准确地说，根据所选择的特征参数，当所选择的特征参数的瞬时值上升到先前定义的滑动阈值以上时，可以命令排放阀打开，或者当所选择的特征参数的瞬时值下降到这个滑动阈值以下时，可以命令排放阀打开。

有利的是，根据本发明的方法还可以单独地或组合地具有以下特征中的一个或多个：

-计算特征参数的滑动平均值的预定义时间间隔至少大于10秒。

-计算特征参数的滑动平均值的预定义时间间隔在30到40秒的量级。

-根据本发明的方法包括一旦排放阀的部分打开达到预定义程度，例如在完全打开的百分之几的量级，就将滑动阈值维持在所选择的特征参数的恒定值处的步骤。

-一旦排放阀的开度达到前述预定义程度就被取为该恒定阈值的值是特征参数的测得瞬时值，在该瞬时值处超过了先前定义的滑动阈值。换句话说，根据本发明的方法提供了：一旦所选择的特征参数的测得瞬时值超过由计算模块实时计算出的滑动阈值，并且排放阀的开度达到预定义值，则由计算模块将阈值恒定地设定为滑动阈值被超过之处的瞬时值。

-根据本发明的方法包括预打开排放阀的步骤，该预打开是基于预定义的操作信息被命令来进行的。这更特别适用于在分配管线或整个工业设施的操作中可以预测所选择的特征参数的显著变化的情况。在这种情况下，预打开排放阀的步骤使得可以预测特征参数的预期变化，并且因此提前保护分配管线的部件以及下游客户。

-排放阀连接到露天、火炬或储存或回收区域。

因此，通过实施简单的测量、计算和控制装置，本发明使得可以实现对排放阀的打开和/或关闭的实时的、永久调节的控制，因此实现其目的。

而且，根据以上内容得出，本发明适用于任何类型的流体，无论它是气体、气体的混合物、液体、液体的混合物、或是液体与气体的混合物。

更特别地，该流体可以是气体，并且流体的特征参数是气体的压力。

借助于描述和附图，本发明的另外的特征和优点将变得更加清楚，在附图中：

-图1是根据本发明的流体分配装置的示意图，

-图2分别呈现了根据本发明的第一实施例的在诸如图1中示意性示出的分配管线中输送的流体的特征参数随时间的变化，以及这种分配管线的滑动阈值和排放阀的打开方面的相对应的变化；以及

-图3分别呈现了根据本发明的第二实施例的在诸如图1中示意性示出的分配管线中输送的流体的特征参数随时间的变化，以及这种分配管线的滑动阈值和排放阀的打开方面的相对应的变化。

首先应注意的是，虽然为了实施的目的，附图详细描绘了本发明，但是这些附图当然可以在必要时用于更好地限定本发明。

然而，应当记住的是，这些附图仅示出了根据本发明的可能的实施例中的一些。

图1示意性示出了根据本发明的流体分配装置100。

流体分配装置100有利地形成图1中未示出的工业设施的一部分。分配装置100包括分配管道1，该分配管道被配置成在作为示例在图1中示出的前述工业设施内在上游区域200与下游客户300之间输送流体110：流体110因此在图1中由箭头f1指示的方向上流动。作为非排他性示例，上游区域200例如是流体储存区域110，或者是该工业设施的在其中获得流体110(例如作为主要产品或者作为一个或多个化学反应的副产品)的一部分。

下游客户300是该工业设施的、流体110被输送到的一部分。

作为非排他性示例，下游客户300可以是工业设施的、在其中实行所述工业设施针被设计用于的过程的一部分，或者下游客户300可以是这个工业设施的、在其中实行所述过程的特定步骤的一部分。

根据本发明的不同实施例，流体110可以是气体、气体的混合物、液体、液体的混合物或者液体与气体的混合物。

参照图1，根据本发明的分配装置100还包括源自分配管道1的排放管道2，以及被放置在分配管道1上的分配阀3和被放置在排放管道2上的排放阀4。分配阀3控制流体110到下游客户300的分配，并且排放阀4例如是排出阀或火炬阀。根据其他示例性实施例，排放阀4可以是使在排放管道2中传送的流体110与图1中未示出的临时储存区域或回收区域相连通的阀。由分配管道1、排放管道2、分配阀3和排放阀4形成的组件构成了用于在工业设施内分配流体110的管线，根据本发明的分配装置100位于该工业设施内。

在该工业设施内，分配管道1是用于在上游区域200与下游客户300之间输送流体110的优选路线。然而，在工该业设施内，来自下游客户300的对流体110的需求可能减缓或甚至停止：本发明涉及这样的情况：当下游客户300减缓或停止对流体110的需求时，工业设施不可能或不期望在上游减缓或停止从上游区域200输送流体110。

在这种情况下，流体110的多余部分在源自分配管线1的排放管道2中传送，以便通过打开排放阀4而从先前限定的分配管线中排泄。

如图1示意性所示，排放管道2被连接为从分配管道1分支出去。因此，当下游客户300减缓或停止对流体110的需求时，全部或一些流体110可以被传送到排放管道2。然后，必须命令排放阀4允许在排放管道2中流动的流体110排泄到如上所述的露天、火炬或储存区域或回收区域，视情况而定。

有利的是，排放阀4的打开和随后的关闭由用于实时测量流体110的特征参数p的装置5提供的指示来管控。根据本发明，测量装置5实时执行对作为流体110的特征的先前选择的参数p的测量。如上文提及的，在这种情况下，“实时”意味着测量装置5被配置成使得两个相继的测量相隔的时间间隔被定义为使得检测到特征参数p的最大可能数量的显著变化。因此，根据本发明的不同实施例，测量装置5可以是通常使用的术语意义上的实时测量装置，或者可以被编程为以根据上述指标预定义的时间间隔进行相继的测量。

特征参数p有利地是物理化学量，其值代表流体110及其在分配装置100内的输送。根据本发明的不同实施例，并且取决于流体110的性质，特征参数p可以是特定部件中的流体110的(非穷举列表)压力、温度、流速、组成，或者这些量中的两个或更多个的组合。

根据本发明，分配装置100进一步包括模块6，该模块被配置为计算特征参数p的滑动阈值st，并将这个滑动阈值st与由所述测量装置5测量的相同特征参数p的瞬时值vt进行比较。根据本发明的分配装置100还包括命令装置7，该装置被配置为根据前述瞬时值vt与滑动阈值st之间的比较结果来命令逐渐地部分打开/关闭排放阀4。

分别根据第一和第二实施例在图2和图3中更具体地描绘根据本发明的分配装置100的操作。

更准确地说，图2包括第一曲线(在顶部处的曲线)，在该曲线上，一方面(呈实线的曲线c1)示意性地示出了当由根据本发明的分配装置100按照由这个装置实施的根据本发明的方法来控制排放阀4时特征参数p的变化的示例，并且另一方面(呈虚线的曲线c2)，示意性示出了先前定义的滑动阈值st的对应变化。

不言而喻，选择特征参数p的变化的一般轮廓来展示本发明的操作和益处：虽然它描绘了工业设施中通常遇见的变化趋势，但它不是其精确代表，并且应被理解为说明性示例。

一般而言，根据本发明，模块6以图中未示出的预定义时间间隔来在计算先前定义的时间间隔dt上瞬时值vt的滑动平均值。

更具体地说，本发明有利地提供了，在由前述装置5进行特征参数p的测量的每个时刻t，由计算模块6在时间间隔dt上计算这个参数p的瞬时值vt的平均值，该时间间隔的上限是前述时刻t。

有利的是，计算滑动平均值的时间间隔dt至少大于10秒。根据本发明的特别有利但非排他的实施例，这个时间间隔dt具有30至40秒的量级。

根据本发明的滑动阈值st是通过对滑动平均值mt加上先前确定的固定值而获得的。这个固定值例如但不排他地是通过对工业设施和/或根据本发明的分配装置100所在的分配管线的预先校准来定义。它也可以被定义为根据工业设施的参数计算出的安全裕度值。

参考图2，初始滑动平均值与初始滑动阈值st0相关联，该初始滑动阈值由计算模块6基于在由初始时刻t0和较早时刻t0-dt(在图2中未示出)定义的时间间隔上测量的参数p的瞬时值来建立。

当特征参数p的测得瞬时值变化时，最终如滑动阈值st一样对滑动平均值进行调整。

因此，参考图2，在第一时刻t1，参数p已经达到小于值vt0的值vt1。在这个第一时刻t1，基于在这个第一时刻t1之前的预定义时间间隔dt期间相继测量的参数p的值来计算滑动平均值。然后，由新的滑动平均值得到新的滑动阈值st1，依此类推，直到在第一时刻t1之后的第二时刻t2，参数p超过了等于在这个第二时刻t2计算出的滑动阈值st2的值vt2。

根据本发明，计算模块6被配置为在进行特征参数p的测量的每个时刻t，将滑动阈值st与所述参数p的测得瞬时值vt进行比较，并且根据这个比较的结果，命令先前定义的装置7逐渐地部分打开排放阀4，因此允许逐渐地部分排泄排放管道2中存在的流体110。

换句话说，根据图2中更具体描绘的实施例，在第二时刻t2，由于参数p的瞬时值vt2大于在由时刻t2-dt和t2限定的时间间隔上计算出的滑动阈值st2，因此命令排放阀4逐渐地部分打开。

根据本发明，计算模块6被配置为继续实时更新滑动阈值st，并命令先前限定的装置7逐渐打开排放阀4，只要特征参数p的测得瞬时值vt大于计算出的滑动阈值st，直到在图2中由呈虚线的曲线c3(底部曲线)描绘的排放阀4的开度达到预定义开度t0时的第三时刻t3。

根据本发明，在这个第三时刻t3，计算模块6被配置为定义参数p的固定阈值st，并且因此将滑动阈值转换为固定阈值。换句话说，一旦排放阀4达到预定义开度t0，本发明就提供：滑动阈值st取固定值st(该值是恒定的)，并且该固定值等于时刻t3时的滑动阈值st3。

然后，本发明提供了，排放阀4超过预定义开度t0继续被控制，直到特征参数p的测得瞬时值vt稳定在基本上等于前述恒定的固定阈值st的值。

换句话说，根据图2中更具体示出的实施例，本发明提供：

-在第一操作方案中，滑动阈值st被实时更新，并将其与参数p的测得瞬时值vt实时比较，这个比较的结果将管控排放阀4的打开，

-在第二操作方案中，一旦以调节参数p的瞬时值vt的方式控制排放阀4，如果排放阀4达到预定义的固定开度，阈值st就被固定在恒定值st。

前述第一操作方案可以包括一旦特征参数p的瞬时值超过可调节阈值st就打开排放阀的临时方案，并且第二操作方案可以被认为是连续排放方案，一旦有必要通过排放管道2连续排放流体110就实施该连续排放方案。

有利的是，排放阀4的前述开度t0在这个阀的完全打开的百分之几的量级，计算模块6被配置为基于该开度来设定参数p的恒定阈值：优选地但不排他地，前述开度在排放阀4的完全打开的5％的量级。

根据以上内容得出，本发明能够随时更新用于控制排放阀4的状态的参数，从而优化用于打开或关闭该排放阀的命令。

注意，排放阀4的逐渐的部分打开使得可以避免排放管道2内的任何突然变化，该突然变化可能导致“水锤”，“水锤”可能损坏排放管道2的部件本身，并且可能远至分配管线1都有影响，不仅有损坏排放管道的部件的风险，而且由于在这种“水锤”之后参数p的任何突然变化，还具有使滑动平均值mt的计算失真并因此损害排放阀4的控制品质的风险。

有利的是，排放阀4例如是被步进电机命令来打开和关闭的阀，以便有助于阀的逐渐的部分打开和关闭。

还应注意的是，尽管根据图2中示出的示例，在每个时刻t、在瞬时值vt与在这个相同时刻t计算出的滑动平均值mt之间进行比较，但是作为非限制性示例并且在不对本发明造成负面影响的情况下，这个比较可以在每个时刻t、在前述滑动平均值mt与在时刻t-dt测量的瞬时值v(t-dt)之间进行。

图3示出了本发明的第二实施例。这个图描绘了图2中呈现的并在上文进行了解释的曲线c1、c2和c3。图3在顶部处示出了流体110的特征参数p的变化(呈实线的曲线c1)和滑动阈值st的相关联变化(呈虚线的曲线c3)的示例。

根据图3中示出的本发明的第二实施例，在第四时刻t4，基于先前从计算模块6接收的信息由控制装置7命令预打开排放阀4。例如，当在工业设施中预期存在特征参数p的变化时命令这种预打开，这种变化可能包括根据例如由曲线c1所示的操作模式来打开排放阀4。这种配置使得尤其可以预测参数p的显著变化，并且因此保护在其中安装了根据本发明的分配装置100的分配管线的部件。根据设施的特征并且特别是导管的尺寸和在这些导管中流动的流体的流速来确定预打开的尺寸。应当理解的是，根据所编程变化的内容，在预测参数p的这种未来变化时即时执行的预打开是在更大或更小的程度上。

根据图3中更具体示出的示例，在前述时刻t4，命令排放阀4打开到值t4，其值超过先前定义的开度t0，在时刻t4时参数p突然增加。

根据以上内容，一旦排放阀的打开超过预定义开度，本发明就提供：计算模块6被配置成接着定义例如与在时刻t4测量的参数p的瞬时值vt4相对应的恒定阈值st4，并且排放阀4因此被控制来将参数p调整到这个阈值st4附近。

刚刚描述的本发明当然实现了其目的，因为它使得可以通过简单的装置和简单的方法来控制用于在工业设施中分配流体110的分配装置100的排放阀4。

这种控制是精确的并且对流体110的分配的量p的变化作出反应，使得既可以保护分配管线的部件免受任何过载的影响，同时优化由排放阀4排泄的流体110的量，并且因此限制这种流体110的损失。

然而，刚刚描述的本发明不单单限于所描述和展示的装置和配置，并且还适用于任何等同的装置或配置以及这些装置或配置的任何组合。

特别地，尽管在本文件中已经根据一旦特征参数p的瞬时值vt上升到滑动阈值st以上就命令排放阀4打开的实施例描述和展示了本发明，但是本发明涵盖替代性实施例，根据这些替代性实施例，一旦前述瞬时值vt下降到前述滑动阈值st以下就命令排放阀4打开。