用于低温时检验的装置和方法

专利名称：用于低温时检验的装置和方法
用于低温时检验的装置和方法相关申请的交叉引用本申请要求2008年4月30日提交的名称为“Apparatus and MethodFor Proving At Low Temperatures”的美国临时申请序号No. 61/049，110的优先权。技术领域
背景技术：
在从地面除去烃之后，通过管道将流体流(如原油或天然气)从一个地方输送至 另一地方。希望准确地知道流入流中的流体的量，且当流体转手或“密闭输送”时需要特定 的精确性。在流体财政输送测量站或滑道可发生密闭输送，其可能包括关键的输送部件，如 测量装置或流量仪表、检验装置、相关管子和阀以及电控制器。流过整个输送管道系统的流 体流的测量从流量仪表开始，流量仪表可包括涡轮流量计、容积式流量计、超声流量计、科 里奥利流量计(coriolis meter)或涡流流量计。流体流的流动特性在产品输送过程中可能改变，这影响输送的产品的精确测量。 一般地，由操作者干预来确认压力、温度和流速的改变。这些改变表现为流动特性的改变， 且通常由操作者通过改变的效果和其对测量装置的影响来检验。通常，该检验通过利用检 验装置或检验仪检验仪表来进行。对靠近滑道上的测量装置并与测量装置流体相通的校准 的检验仪进行取样，且将取样体积与测量装置的通过量体积进行比较。如果在对比体积之 间存在统计上重要的差异，则调节测量装置的通过量体积，以反映由检验仪确定的实际流 动体积。检验仪具有精确已知的体积，该体积被校准到已知的且可接受的精确性标准，如 由美国石油组织(API)或国际上可接受的ISO标准规定的那样。检验仪的精确已知的体积 能被定义为通过诸如弹性球或活塞的置换器的通道移位的两个检测器开关之间的产品体 积。将由检验仪移位的已知体积与仪表的通过量体积进行比较。如果该比较产生零体积差 异或可接受的变化，则认为流量仪表精确地位于容许偏差范围内。如果体积差异超过容许 的限制，则提供了证据表明流量仪表可能不精确。于是，能调节仪表通过量体积，以反映由 检验仪确定的实际的流动体积。该调节可根据仪表校正因子来进行。一种类型的仪表为脉冲输出仪表，其可包括涡轮流量计、容积式流量计、超声流量 计、科里奥利流量计或涡流流量计。举例来说，图1示出用于检验仪表12 (如涡轮流量计) 的系统10。涡轮流量计基于流体流11内的涡轮状结构的转动而产生电脉冲15，其中每个 脉冲与体积成比例，而脉冲速率与体积流速成比例。仪表12的体积能通过使置换器在检验 仪20中流动而与检验仪20的体积相关。通常，置换器被首先推过上游检测器16，之后通过 检验仪20中的下游检测器18。检测器16、18之间的体积为校准的检验仪体积。流动的置 换器首先致动或开动检测器16，使得开始时间t16被标示到处理器或计算机26。处理器沈 随后通过信号线14从仪表12收集脉冲15。流动的置换器最终开动检测器18以标明停止 时间t18，从而得到对于置换器一次通过的收集脉冲15的级数17。在单个置换器通过校准的检验仪体积期间由涡轮流量计12产生的脉冲15的数量17表示在时间t16至时间t18期 间由仪表测量的体积。通过比较检验仪体积与由仪表测量的体积，仪表可以被校正为由检 验仪限定的体积通过量。图2示出使用切换时间技术来检验超声流量计52的另一系统50。该系统50也包 括检验仪20和处理器26。通过超声波，意味着超声波信号被来回地发送经过流体流51，且 基于超声波信号的各种特性可以计算流体流量。超声流量计分批地产生流速数据，其中每 个批次包括来回地发送经过流体的多组超声波信号，因而每个批次跨过一时间段(例如一 秒)。由仪表确定的流速与批次时间段内的平均流速对应，而不是特定点时的流速。

发明内容
在检验仪20的特定实施例中且参考图3，示出了活塞或轻便式检验仪100。活塞 102往复式地设置在流管104中。管子120使流106从主管道传递到流管104的入口 122。 流体流108迫使活塞102通过流管104，且流最终通过出口 IM离开流管104。流管104和 活塞102也可连接到其他部件、如弹簧空间116，该弹簧空间116可具有用于活塞102中的 提升阀的偏置弹簧。腔室118也可连接到流管104和活塞102，其具有光学开关，用于检测 活塞102在流管104中的位置。液压泵和电动机110也被示出联接到流线120和空间116。 液压储存器112、控制阀114和液压压力管线126也被示出联接至空间116。如下面所示， 能采用根据本文教导的原理的活塞102。在一些应用中，管道(主管道和测量站的管道)中流动的流体被维持在低温。如此 处使用的，例如，低温通常低于约-50° F，可选地低于约-60° F，可选地低于约-200° F， 且可选地低于约-250° F。这些低温也可被称为非常低的温度或冷冻温度。维持低温的流 体的示例包括液态天然气(LGN)、液化石油气(LPG)和液氮。计量的流体的低温引起很多问 题，如检验仪的感测装置的不稳定性、诸如密封件的部件上的磨损以及低温流体的流体管 内表面上减小的润滑，这趋向于没有润滑。碳钢对在管道中流动的低温产品作出负面反应。为了解决这些问题，通过间接的检验方法来检验在非常低的温度下操作的仪表。 通常，通过使用检验仪检验适合于非常低的温度服役的仪表来实现间接检验，该检验仪不 适合于非常低的温度服役。首先，使流体(通常为水)流过检验仪表，并且以正常的方式检 验检验仪表来建立检验仪表的仪表因子。随后，在实际流动的低温产品上使用检验仪表，来 获得测量低温产品的仪表的仪表因子。因此，使用输送通过仪表的不同于(至少关于密度) 实际产品的流体来校准检验仪表，从而在待校准的实际产品仪表中产生不正确的结果。因此，需要适合于非常低的温度的检验仪，以至少增加检验仪的耐用性并提供非 常低的温度的产品的直接检验。


为了详细说明示例性实施例，现参考附图，附图中图1是用于检验仪表(例如涡轮流量计)的系统的示意图；图2是用于检验仪表(例如超声流量计)的另一系统的示意图；图3是双向活塞型检验仪的示意图；图4是根据本文的教导的活塞；
图5是图4的活塞的侧视图；图6是图4和图5的活塞的截面图；图7是根据本文的教导的检验仪流管中的活塞的示意图；并且图8是图7的活塞和检验仪的可选实施例的示意图。
具体实施例方式在附图和下面的说明中，相同的部件在说明书和附图中一般用相同的附图标记标 注。附图未必按比例绘制。某些发明特征可能以夸大比例或示意形式示出，且为了清楚和 简洁，常规元件的某些细节可能没有示出。本公开内容容许有不同形式的实施例。具体的 实施例被详细说明且在附图中示出，条件是本公开内容应被认为是本公开内容的原理的举 例说明且并不是要将本公开内容限于本文所示和说明的那些。应充分认识到，下面讨论的 实施例的不同教导可独立地或以任何合适的组合被应用，以产生期望的结果。除非另外表明，在以下论述和权利要求中，使用的术语“包括”和“包含”为开放式 的，因而应被解释为指“包括但不限于”。任何形式的术语“连接”、“接合”、“联接”、“附接” 或描述元件之间的相互作用的任何其他术语的使用不意味着将相互作用限制为元件之间 的直接相互作用，且也包括所述元件之间的间接相互作用。术语“流体”可指液体或气体且 不只关系到任何特定类型的流体如烃。术语“管子”、“管道”、“管线”等指任何流体输送装 置。本领域技术人员在阅读实施例的详细说明时且通过参考附图能容易明白上述各种特性 以及下面详细说明的其他特征和特性。此处描述的实施例包括适合于用于低温流体的检验仪如活塞型管子检验仪。具体 地，检验仪用于低于-50° F的低温流体。更具体地，检验仪用于低于-200° F的低温流体。 此处提出能提供极低温度下的液体的直接检验的低温检验仪或方法的部件和原理的各种 组合。例如，检验仪中的感测装置被改进用于低温，例如通过调节材料组分或替换传感器。 在一些实施例中，改进流管的内表面的表面光洁度，以润滑非油LNG和LPG产品。在另外的 实施例中，提供活塞旋转体来防止活塞密封件劣化。首先参考图3，检验仪100可选地包括沿活塞102的轴向长度的各个位置设置的检 测构件或目标环130。流管104包括传感器128，该传感器1 也可沿流管104的轴向长度 的各个位置设置，用于检测目标环130的通过。目标环130为用于进入和离开检验仪100 的流管104的校准测量部分的行程起动器。在非常低的温度下，由于例如非常低的温度下 检测器128的不稳定性或目标环130的材料，传感器128和目标环130之间的适当相通被 不利地影响。现参考图4，示出了检验仪活塞202的实施例。活塞202可用于各种检验仪，如检 验仪100。活塞202尤其适合于双向检验仪。活塞202包括带有端部206、208的本体230。 本体230的中间部分包括联接至其的环210。活塞本体230的内部部分包括内表面212，其 中板214通常垂直于活塞202的纵向轴线在内表面212之间延伸。第一组叶片216从板 214延伸。叶片216通常垂直于板214延伸，但也与板214成角度延伸，使得叶片可接纳作 用在板214上的流体并使施加到板214上的力改变方向。叶片216也可被称为减小体积的 叶片。叶片相对于板214的角度可变。在一些实施例中，第二组叶片类似地布置在板214 的相对侧上，以便以双向方式实现相同的功能。
简单地参考图5，显示的活塞202的侧视图示出具有端部206、208的本体230和环 210。在一些实施例中，环210为与活塞202相关的目标环。在一些实施例中，环210包 括具有磁性性能的材料。在一些实施例中，环210包括无碳材料。在示例性实施例中，环 210包括高mu(y)金属。在示例性实施例中，环210包括HYMU或HYMU 80金属组分。在示 例性实施例中，环210包括镍、铁、铜和/或钼的各种组合。目标环210与活塞202的连接 被设计成允许目标环210膨胀和收缩，使得其能膨胀和收缩但仍维持不超出万分之一的可 重复性的恒定的物理关系。参考图7，包含活塞202的流管204可包括安装在其上的磁性拾波线圈232。活塞 202可移动地且往复地设置在流管204的流道224中，因此活塞202能以双向方式通过磁 性拾波线圈232。当目标环210通过拾波线圈232时，环和线圈通过磁阻原理而通信。目 标环210提供由拾波线圈232接收的磁力通量。目标环210以预定的接近度(称为空气间 隙)通过并在拾波线圈232的现有磁场中引起偏转。所得到的磁路中的磁阻变化产生电压 脉冲，电压脉冲则被输送到前置放大器。前置放大器使信号加强，该信号用来触发检验仪计 算机(诸如本文中公开的计算机)，以从检验的仪表收集仪表脉冲。在另一实施例中，且参考图8，包括一对超声波收发器328、330的感测组件安装在 活塞或轻便式检验仪的流管304上。收发器328、330也可被称为超声速的声收发器。活塞 组件302在流管304的流道324中可双向移动。收发器3观、330通过直线声信号332通 信。当活塞302的前沿与收发器3观、330对齐时，无论其是在端部306还是在端部308，信 号332被中断。信号332的中断触发检验仪计算机，引起检验仪和检验仪的其余部分以正 常方式操作且与本文教导一致。仍参考图7和8，流道2Μ和3Μ分别包括内表面226、326。一般，检验仪流管或 筒包括由可应用的材料规范书明确定义的管道材料。检验仪筒的内部光洁度(如表面226、 3 上的内部光洁度)一般为由常规的喷涂技术应用的浸环氧树脂石墨。由于待检验的某 些烃产品(例如丁烷、丙烷和LPG)的非润滑性，加工的内表面上的涂层有助于置换器活塞 平滑地移动通过检验仪筒。这是一致且精确检验的要求。但是，这些涂层不适合于本文限 定的低温。因此，图7和8的实施例的表面226、3沈包括微精加工部。表面226、326的微 精加工部允许在表面2沈、3沈维持产品的微细膜，从而最大化产品能够固有地承受的低的 润滑程度。在示例性实施例中，应用到表面2沈、3沈的微精加工部包括通过珩磨、磨削或研 磨实现的约32微英寸到16微英寸的微精加工部。现参考图6，示出了沿检验仪活塞202的轴向长度截取的截面。活塞本体230在 其端部206包括第一环M0、第二环242和插孔M4，主要用于组装目的。除了相对于目标 环210说明的位置之外，环M0、242提供此处说明的待设置的目标环的可选位置。第一组 叶片216在第一方向上从板214延伸，而第二组叶片246在与第一方向大致相反的第二方 向上延伸，以实现活塞202的双向运动。而且，叶片216、246可变地成角度，以提供下面更 充分说明的功能。一般而言，活塞202上的置换器密封件提供防漏屏障，以防止产品从活塞202的一 侧转移到另一侧。该密封件能基于两个主要原因而劣化。第一，活塞在正常操作过程中通 过检验仪的摩擦能随时间而使密封表面恶劣。劣化和密封失效的时间长度由检验仪的使用频率来确定。有助于活塞组件磨损的第二因素是由活塞重量引起的密封件上的重力。集中 于该第二因素能提供益处。活塞围绕其轴的旋转运动，引起活塞202在其移位时在流管204中旋转，将减小磨 损因素并延长活塞密封件的寿命。可旋转叶片216、246提供活塞202的旋转或螺旋形运动。 流垂直于活塞末端引入将根据叶片的可变角度A旋转活塞。止动件可对应于活塞放置在检 验仪末端，其不被叶片阻碍。止动件防止叶片由开始靠着流管或检验仪筒的端部的活塞扭 曲ο此外说明的实施例的教导能以任何合适的组合实施。本公开内容不限于此处说 明的具体实施例和组合。本文的教导包括直接仪表检验方法，使得流到仪表的流体被直接 转移到检验仪，尽管流体处于不能由目前的活塞和方便式检验仪处理的非常低的温度下。 流体可被引导通过检验仪并随后向下流到管道系统，该管道系统将产品重新引入传送的管 道。尽管不是经常，但是检验仪有时位于仪表的上游，使得流被引导到检验仪并随后流过仪 表。检验仪的目的是提供已知的体积以与标示的计量体积相比。两个体积随后使用用于产 品的温度、压力和密度参数的校正因子来标准化，以建立仪表因子。通过用仪表的流体体积 (当检验时由检验仪体积确定)除以相应的仪表标示的体积来得到仪表因子。检验仪体积 为在检测器开关之间移位的体积。检验仪体积通过利用所谓的水标定方法(如由美国石油 组织说明的那样)的方法精确确定检测器开关之间的体积(也称为检验仪的基础体积)来 建立。双向活塞型管子检验仪和整个测量站的精确度(当在低于-50° F，且具体地 约-220° F的温度下操作时)显著地受到部件材料限制的影响。阀(如四通阀)在非常低 的温度下不可利用，因此在非常低的温度下使得其他检验仪类型不可操作。检验仪中的检 测器感测环和检测器装置不适合于低温使用。用于非润滑产品如LPG的自润滑涂层不可用 于非常低的稳定。本文说明的实施例解决这些及其他问题。用于低温流体的流量仪表检验仪的示例性实施例包括构造成直接联接到传送 低温流体的管道的入口、构造成直接联接到传送低温流体的管道的出口、联接在入口与出 口之间的流管以及在流管的流道中可移动的置换器，其中流管和置换器构造成接收低温流 体。在实施例中，检验仪还包括联接到流管的磁性拾波线圈和联接到置换器以通过磁阻与 磁性拾波线圈通信的磁性构件。置换器可为活塞，且磁性构件可为围绕活塞的目标环。在 另一实施例中，检验仪包括联接到流管的磁性拾波线圈和联接到置换器以与磁性拾波线圈 通信的无碳目标构件。无碳目标构件可包括高mu ( μ )金属、HYMU金属和HYMU80金属中的 至少一种。无碳目标构件可包括镍、铁、铜和/或钼的组合。在另一实施例中，检验仪包括 联接到流管且跨过流管中的流道传递信号的一对超声波收发器，且其中，置换器可在流道 中移动以中断信号。在一些实施例中，检验仪的流道包括具有微精加工部的内表面。微精加工部维持 流道内表面和置换器之间的低温流体的微细膜，以用于润滑。微精加工部的范围可在32微 英寸至16微英寸内。微精加工部可通过珩磨、磨削并研磨内表面中的至少一种方式来实 现。在其他实施例中，置换器包括相对于低温流体的流动方向成一定角度设置的叶片。置换 器可为活塞，该活塞包括沿活塞的纵向轴线延伸并相对于该轴成角度设置的一组内叶片。 叶片响应于低温流体的流动而旋转置换器。
用于低温流体的流量仪表检验仪的示例性实施例包括流管，该流管在其中具有 流道和安装在其上的磁性拾波线圈；以及设置在流道中并包括无碳磁性构件的活塞，其中 活塞可移动以使磁性构件移动经过磁性拾波线圈并通过磁阻而与磁性拾波线圈通信。流道 的内表面可包括用于维持润滑流体的微膜的微精加工部。活塞包括一组活塞旋转叶片。在 另外的实施例中，检验仪包括设置在流管上且跨过流道通信的一对超声波收发器，其中活 塞运动中断超声波收发器通信。用于检验低温流体的系统的示例性实施例包括传送低温流体的管道、联接到管道 并接纳低温流体的检验仪，其中检验仪包括流管，该流管包括可移动地设置在其中的活 塞；以及联接流管并与活塞通信的磁性拾波线圈和/或一对超声波收发器。低温流体包括 低于约-50° F的温度，且可选地低于约-220° F的温度。在实施例中，活塞包括无碳磁性 目标构件。流管的内表面可包括用于维持润滑流体的微膜的微精加工部。活塞可在轴向移 动时可旋转。上述论述意味着本公开内容的原理和各种实施例的表示。尽管示出并说明了某些 实施例，但是在不偏离本公开内容的精神和教导下，本领域技术人员可对本公开内容作出 修改。此处说明的实施例仅是示例性的，且不是限制性的。因此，保护范围不由上面陈述的 说明来限制而仅由所附权利要求限制，该范围包括权利要求主题的所有等效物。
权利要求
1.一种用于低温流体的流量仪表检验仪，包括 入口，所述入口直接联接到传送低温流体的管道； 出口，所述出口直接联接到所述传送低温流体的管道； 流管，所述流管联接在所述入口与所述出口之间；以及 置换器，所述置换器能够在所述流管的流道中移动； 其中所述流管和所述置换器接纳低温流体。
2.根据权利要求1所述的检验仪，还包括磁性拾波线圈，所述磁性拾波线圈联接到所述流管；以及磁性构件，所述磁性构件联接到所述置换器，所述磁性构件通过磁阻与所述磁性拾波 线圈通信。
3.根据权利要求2所述的检验仪，其中所述置换器为活塞，且所述磁性构件为围绕所 述活塞的目标环。
4.根据权利要求1所述的检验仪，还包括磁性拾波线圈，所述磁性拾波线圈联接到所述流管；以及无碳目标构件，所述无碳目标构件联接到所述置换器，所述无碳目标构件与所述磁性 拾波线圈通信。
5.根据权利要求4所述的检验仪，其中所述无碳目标构件包括高πιιι(μ)金属、HYMU金 属和HYMU 80金属中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的检验仪，其中所述无碳目标构件包括镍、铁、铜和/或钼的组合。
7.根据权利要求1所述的检验仪，还包括一对超声波收发器，所述超声波收发器联接到所述流管且跨过所述流管中的流道传递 信号，并且其中所述置换器能够在所述流道中移动，以中断信号。
8.根据权利要求1所述的检验仪，其中所述流道包括具有微精加工部的内表面。
9.根据权利要求8所述的检验仪，其中所述微精加工部维持所述流道内表面与所述置 换器之间的低温流体的微细膜，以用于润滑。
10.根据权利要求8所述的检验仪，其中所述微精加工部在32微英寸至16微英寸的范 围内。
11.根据权利要求8所述的检验仪，其中所述微精加工部通过珩磨、磨削及研磨所述内 表面中的至少一种方式来实现。
12.根据权利要求1所述的检验仪，其中所述置换器包括相对于低温流体的流动方向 成一定角度设置的叶片。
13.根据权利要求12所述的检验仪，其中所述置换器为活塞，所述活塞包括沿所述活 塞的纵向轴线延伸并相对于该轴线成角度设置的一组内叶片。
14.根据权利要求12所述的检验仪，其中所述叶片响应于低温流体的流动而旋转所述 置换器。
15.根据权利要求1所述的检验仪，其中所述低温流体包括低于约-50°F的温度。
16.根据权利要求1所述的检验仪，其中所述低温流体包括低于约-220°F的温度。
17.根据权利要求1所述的检验仪，其中所述低温流体包括液态天然气(LNG)、液氮、液 态丁烷、液态丙烷和液化石油气(LPG)中的至少一种。
18.一种用于低温流体的流量仪表检验仪，包括流管，所述流管具有在所述流管内的流道和安装在所述流管上的磁性拾波线圈；以及 活塞，所述活塞设置在所述流道中并包括无碳磁性构件；其中所述活塞能移动，以使所述磁性构件移动经过所述磁性拾波线圈并通过磁阻与所 述磁性拾波线圈通信。
19.根据权利要求18所述的检验仪，其中所述流道的内表面包括用于维持润滑流体的 微膜的微精加工部。
20.根据权利要求18所述的检验仪，其中所述活塞包括一组活塞旋转叶片。
21.根据权利要求18所述的检验仪，还包括一对超声波收发器，所述超声波收发器设置在所述流管上且跨过所述流道通信；并且 其中所述活塞运动中断所述超声波收发器通信。
22.一种用于检验低温流体的系统，包括 管道，所述管道传送低温流体；.检验仪，所述检验仪联接到所述管道并接纳低温流体， 其中所述检验仪包括流管，所述流管包括能移动地设置在所述流管内的活塞；以及 磁性拾波线圈和/或一对超声波收发器，其联接到所述流管并与所述活塞通信。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述低温流体包括低于约-50°F的温度。
24.根据权利要求22所述的系统，其中所述低温流体包括低于约-220°F的温度。
25.根据权利要求22所述的系统，其中所述活塞包括无碳磁性目标构件。
26.根据权利要求22所述的系统，其中所述流管的内表面包括用于维持润滑流体的微 膜的微精加工部。
27.根据权利要求22所述的系统，其中所述活塞能够在轴向移动时旋转。
全文摘要
用于低温时检验流量仪表的装置和方法。测量低温流体(例如低于约-50°F或低于约-220°F)的流量仪表仍必须经过检验。低温流体对活塞或轻便式检验仪能够是破坏性的，或者可能需要间接的检验方法。所公开的装置为直接联接到传送低温流体的管道内的低温检验仪。在某些实施例中，磁性拾波线圈(232)和磁性构件(210)在置换器(202)与流管(204)之间通信。磁性目标构件(210)可为无碳的。在某些实施例中，联接到流管(304)的一对超声波收发器(328、330)跨过流管(304)传递信号(332)，且置换器(302)能移动以中断信号(332)。在某些实施例中，流管包括具有用于润滑的微精加工部的内表面。置换器可为活塞，该活塞可在轴向移动时旋转。
文档编号G01F25/00GK102047083SQ200980119787
公开日2011年5月4日 申请日期2009年4月29日 优先权日2008年4月30日
发明者唐纳德·戴 申请人:丹尼尔度量和控制公司