Прувер расходомера, способ поверки расходомера и компьютер прувера расходомера - RU2522118C2
Код документа: RU2522118C2
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области расходомеров. Более конкретно, изобретение описывает прувер расходомера, способ поверки расходомера и компьютер прувера расходомера.
Уровень техники
Извлеченные из недр жидкие или газообразные углеводороды в виде потока текучей среды (например, сырая нефть или природный газ) транспортируется по трубопроводам. Желательно иметь точное представление о количестве транспортируемой текучей среды; особенно точность требуется, когда при транспортировке текучая среда переходит из собственности одного владельца в собственность другого.
Способ поверки расхода потока "удостоверяет" точность измерений, сделанных расходомерами. Для калибровки расходомеров применяется устройство, которое называется прувером. Он измеряет объем пропускаемых жидких или газообразных углеводородных продуктов, находящихся в трубопроводе. Прувер имеет точно известный объем, который откалиброван по известным и принятым стандартам точности, подобным стандартам, установленным Американским институтом нефти (АР1) или стандартам Общего рынка (европейского) 180. Точно известный объем прувера может быть определен как тот объем продукта между двумя переключателями датчиков, который вытесняется в результате прохода вытеснителя, такого как эластомерный шар или поршень. Известный объем, который вытесняется в результате прохода вытеснителя, сравнивается с объемом продукта, измеренного расходомером. Если сравнение показывает объемную разность, равную нулю или разность находится в допустимых пределах, то данный расходомер считается точным в пределах разрешенных допусков.
Если объемная разность превышает допустимые пределы, то представляется доказательство того, что данный расходомер не может быть точным. После этого значение объема продукта, измеренного расходомером, можно настроить, чтобы отобразить действительный расход, который был зафиксирован прувером. Эта настройка может быть выполнена при помощи поправочного коэффициента расходомера.
Одним из типов расходомеров является расходомер с импульсным выходным сигналом, в состав которого может входить турбинный расходомер, объёмный расходомер, ультразвуковой расходомер, расходомер Кориолиса или вихревой расходомер. Из уровня техники известна система для поверки расходомера, такого как турбинный расходомер. Турбинный расходомер, работа которого основана на вращении детали (похожей на турбину) в потоке текучей среды, генерирует электрические импульсы, при этом каждый импульс пропорционален объему, а частота импульсов пропорциональна объёмному расходу. Объем, измеренный расходомером, может быть соотнесен с объемом, измеренным прувером, благодаря перемещению в потоке вытеснителя, при этом сначала он проходит датчик, расположенный выше по потоку, затем датчик, расположенный ниже по потоку в трубе прувера. Объем, находящийся в трубе между датчиками является калиброванным поверочным объемом. Перемещающийся вытеснитель сначала приводит в действие или выключает один датчик, так что начальный момент времени сообщается процессору или компьютеру.
После этого процессор считывает импульсы с расходомера по сигнальной линии. Перемещающийся вытеснитель в конечном счёте выключает второй датчик, чтобы сообщить время его остановки и, таким образом формируется последовательность считанных импульсов за период одного прохода вытеснителя. Количество импульсов, сгенерированных турбинным расходомером за период одного прохода вытеснителя через калиброванный поверочный объем, является показателем объема, измеренного расходомеров в период между начальным моментом времени и временем остановки. По результатам сравнения поверочного объема с объемом, измеренным расходомером, данный расходомер может быть подвергнут настройке для индикации объема продукта, измеренного прувером.
Известна другая система для поверки ультразвукового расходомера, использующего способ регистрации времени прохода. Под термином "ультразвуковой" подразумевается следующее: ультразвуковые сигналы излучаются в направлении, совпадающем с направлением потока текучей среды, и в противоположном направлении, и на основе различий в характеристиках ультразвуковых сигналов можно рассчитать расход текучей среды. Ультразвуковые расходомеры генерируют данные об объемном расходе в виде наборов, где каждый набор содержит совокупность ультразвуковых сигналов, излученных как в направлении потока, так и в обратном ему направлении в течение некоторого периода времени (например, одной секунды). Объемный расход, вычисленный расходомером больше соответствует среднему объемному потоку за период формирования набора, нежели объемному расходу в конкретный момент времени.
Некоторые пруверы являются однонаправленными; при этом подразумевается, что вытеснитель перемещается в одном направлении между датчиками и требуется устройство для выполнения операций с вытеснителем. Другие пруверы являются двунаправленными. В них один вытеснитель циркулирует туда и обратно внутри калиброванной мерной цилиндрической емкости прувера или трубопровода, снабженного поверочным участком, размеры которого зависят от расстояния между парой датчиков. Поверочный участок включает в себя калиброванный поверочный объем. В этом случае, двунаправленным перемещением вытеснителя управляет четырёхходовой клапан. В первом положении четырехходовой клапан управляет впуском текучей среды из трубопровода через первую трубу и в поверочный контур через вторую трубу. Текучая среда течет в первом направлении по поверочному контуру, проталкивая вытеснитель из первого положения через поверочный участок. Вытеснитель останавливается во втором
положении после датчика, и текучая среда направляется обратно к четырёхходовому клапану через третью трубу и в трубопровод через четвертую трубу. Четырёхходовой клапан может быть затем переключен во второе положение, при котором поток из трубопровода проходит через четвертую трубу, через четырехходовой клапан, через третью трубу, через поверочный участок, через вторую трубу и обратно в четырехходовой клапан и трубопровод через первую трубу.
Во время такого протекания текучей среды, вытеснитель циклически возвращается из второго положения в первое положение, проходя первый датчик. Команда включения для четырехходового клапана может быть выдана компьютером управления потока, таким как процессор. Термин "проход" может относиться к одному проходу вытеснителя в одном направлении через поверочный участок и датчики. "Испытательный прогон" может относиться к перемещению вытеснителя в одном направлении, затем в другом, к двум проходам вытеснителя, начиная с исходного положения и обратно.
АР1 требует, чтобы поверка проводилась путем сравнения объема, измеренного прувером (поверочного объема), с объемом, измеренным расходомером; при этом объем, измеренный расходомером, определяется путем подсчета импульсов. Импульсы поступают прямо из расходомера. Для ультразвукового расходомера, согласно этому стандарту требуется, чтобы данные, поступающие из расходомера, преобразовывались в импульсы для проведения измерения и поверки. Такое преобразование может быть выполнено во встроенном процессоре, при этом импульсы, передаваемые во внешний процессор, служат для вышеописанной поверки ультразвукового расходомера. АР1 также требует, чтобы минимальное количество импульсов (например, 10000) было проанализировано с определенным уровнем погрешности (например, плюс-минус один импульс на 10000) и повторяемости измеренного объема (например, 0,02%). Недавно АР1 выпустила нормы, относящиеся к поверке расходомеров, в частности, ультразвуковых расходомеров. Такие нормы включают в себя определение количества поверочных
прогонов для заданного уровня погрешности, и соотношение между количеством поверочных прогонов и рекомендованного поверочного объема для достижения требуемого коэффициента погрешности расходомера ± 0,027%.
Импульсы, сгенерированные расходомером, передаются в компьютер управления потоком, такой как процессор, где происходит их накопление и обратное преобразование для индикации фактически измеренного расходомером объема продукта. Затем определяется поправочный коэффициент путем сравнения калиброванного поверочного объема с фактическим объемом продукта, измеренным расходомером. В промышленности наблюдается значительное увеличение количества интеллектуальных первичных расходомеров, таких как ультразвуковые расходомеры, расходомеры Кориолиса и вихревые расходомеры. Такие расходомеры генерируют импульсные выходные сигналы об объеме продукции. Источником таких сигналов является встроенный процессор, данные которого несколько отстают от значений реального расхода. Для этих расходомеров характерна задержка в работе, вызванная вычислениями, выполняемыми процессором для преобразования данных о реальном расходе, измеренном расходомером в последовательность выходных импульсов из процессора. Во время обычной работы, задержка между выработанным импульсом-индикатором объема и реальным объемом очень слабо влияет на точность измерений, но во время поверочного процесса она может стать причиной холостого хода и повлиять на повторяемость прогона, а также внести систематическую погрешность в расчет поправочного коэффициента. Основным способом решения проблемы запаздывания последовательности импульсов в приборах, вырабатывающих импульсы, является увеличение количества поверочных прогонов.
Для того, чтобы достичь уровня погрешности измерений, который требуется по описанным выше нормам АР1, например, для ультразвуковых расходомеров требуются дополнительные поверочно-испытательные прогоны. Размер прувера повлияет на количество испытательных прогонов, которые необходимо выполнить на повторяющейся основе, и на совокупность объемов для статистически точной выборки. Для создания такой совокупности требуется выполнение неоднократных проходов вытеснителя через прувер. Увеличение размеров прувера и длительности поверки для создания статистических совокупностей объемов является нежелательным. Пруверы большого размера дороги в сборке и обслуживании; также велика занимаемая ими площадь. Большая длительность поверки требует большего внимания от операторов, приводит к проходу значительных объемов продукта через расходомер до того, как он будет откалиброван и увеличивает износ компонентов. Поэтому желательно уменьшать размеры и объемы прувера, а также длительность поверки. В результате рабочее время оператора используется более эффективно.
Кроме того, для параметров, необходимых для проведения поверки, в частности, для температуры, будет уменьшена вероятность перехода в нестабильное состояние.
Раскрытие изобретения
Изобретение раскрывает прувер расходомера, включающий трубу, имеющую поверочный участок, вытеснитель, расположенный в трубе с возможностью перемещения по поверочному участку между первым и вторым положениями, первую пару датчиков, установленную на поверочном участке между первым и вторым положениями, определяющую первый калиброванный объем, вторую пару датчиков, установленную на поверочном участке между первым и вторым положениями, определяющую второй калиброванный объем, и процессор, при этом первая и вторая пары датчиков установлены с возможностью передачи в процессор данных о первом и втором калиброванных объемах при каждом проходе вытеснителя между первым и вторым положениями, а процессор выполнен с возможностью создания первой и второй выборок первого и второго калиброванных объемов, соответственно.
Прувер расходомера дополнительно может включать группу пар датчиков, установленных с возможностью передачи в процессор данных о группе калиброванных объемов при каждом проходе вытеснителя между первым и вторым положениями.
Процессор прувера может быть выполнен с возможностью приема сигналов с первой и второй пар датчиков, отображающих данные о первом и втором калиброванном объеме при каждом проходе вытеснителя между первым и вторым положениями, приема первого набора импульсов с расходомера, соответствующего первому калиброванному объему и второго набора импульсов с расходомера, соответствующего второму калиброванному объему.
Согласно варианту осуществления изобретения процессор может быть выполнен с возможностью вычисления первого и второго поправочных коэффициентов на основании только первой и второй выборок, соответственно или процессор может быть выполнен с возможностью вычисления комбинированного поправочного коэффициента на основании первого и второго поправочных коэффициентов.
Также раскрывается способ поверки расходомера, включающий многократный проход вытеснителя через прувер, приведение в действие вытеснителем первой пары датчиков, посредством которой определяют первый калиброванный объем при каждом проходе вытеснителя, отображение первого калиброванного объема при каждом проходе вытеснителя, приведение в действие вытеснителем второй пары датчиков, посредством которой определяют второй калиброванный объем при каждом проходе вытеснителя, отображение второго калиброванного объема при каждом проходе вытеснителя, создание первой выборки отображенных первых калиброванных объемов и создание второй выборки отображенных вторых калиброванных объемов.
Дополнительно способ может включать запись группы наборов импульсов расходомера для каждого калиброванного объема или включать определение первого и
второго поправочных коэффициентов на основании первой и второй выборки, соответственно.
Кроме того, способ дополнительно может включать вычисление комбинированного поправочного коэффициента на основании первого и второго поправочных коэффициентов.
Согласно варианту осуществления изобретения, способ дополнительно может включать корректировку данных об объеме, измеренном расходомером на основании комбинированного поправочного коэффициента.
Изобретение также раскрывает компьютер прувера расходомера, включающий процессор, связанный с многообъемным прувером, снабженным вытеснителем, выполненный с возможностью приема сигналов, при каждом проходе вытеснителя, о первом и втором калиброванных объемах с соответствующими наборами импульсных сигналов расходомера, сгенерированных при одном проходе вытеснителя, и создания первой и второй выборок на основании только совокупности сигналов о первом и втором калиброванных объемах, соответственно.
Выборки могут быть созданы в соответствии со стандартами поверки АР1.
А процессор дополнительно может быть выполнен с возможностью генерирования первого и второго поправочных коэффициентов на основании только первой и второй выборки, соответственно.
Согласно варианту осуществления изобретения процессор дополнительно может быть выполнен с возможностью генерирования комбинированного поправочного коэффициента на основании первого и второго поправочных коэффициентов.
Выборки калиброванных объемов могут быть основаны на сигналах с группы пар датчиков на прувере, и процессор дополнительно может быть выполнен с возможностью генерирования группы отдельных поправочных коэффициентов, при этом каждый поправочный коэффициент может относиться к одной выборке, с возможностью генерирования комбинированного поправочного коэффициента на основании группы отдельных поправочных коэффициентов и использования комбинированного поправочного коэффициента к объему, измеренному расходомером.
Краткое описание чертежей
Для подробного описания примеров осуществления раскрываемого изобретения, здесь дается ссылка на прилагаемые фигуры:
Фиг. 1 представляет собой схему системы для поверки расходомера, такого как турбинный расходомер.
Фиг. 2 представляет собой схему той части системы, показанной на Фиг. 1, в которой находится поверочный контур.
Фиг. 3 представляет собой увеличенное изображение вытеснителя и трубы прувера с Фиг. 1 и 2.
Фиг. 4 представляет собой схему другой системы для поверки расходомера, такого как ультразвуковой расходомер.
Фиг. 5 представляет собой увеличенное изображение поверочного участка прувера с Фиг. 1-4.
Фиг. 6 представляет собой увеличенную схему участка прувера в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 7 представляет собой увеличенное изображение прувера с Фиг. 6, отображающего участок прувера.
Фиг. 8 - это другой вариант осуществления прувера с группой пар датчиков и калиброванными объемами в соответствии с принципами раскрываемого изобретения.
Фиг. 9 - это другой вариант воплощения прувера, отображающий схему участка прувера с двумя парами датчиков и четырьмя калиброванными объемами.
Фиг. 10 - блок-схема, описывающая способы работы прувера и процессора в соответствии с принципами раскрываемого изобретения.
Осуществление изобретения
На приведенных ниже чертежах и описаниях детали обычно имеют сквозную нумерацию; в описании и чертежах приведены одинаковые ссылочные номера. Фигуры не всегда даны в соответствии с масштабом. Некоторые детали, указанные в описании, могут быть показаны в увеличенном масштабе или в несколько схематичном виде, а некоторые детали обычных составных частей могут быть не показаны, для ясности и краткости. В настоящем описании допускаются варианты в разных формах. Конкретные варианты осуществления описаны подробно и показаны на чертежах, исходя из предположения, что настоящее описание будет рассматриваться как иллюстрация принципов работы описываемого устройства, и что оно не подразумевает ограничения описания теми сведениями, которые проиллюстрированы и описаны в данном документе. Полностью признается, что разные принципы вариантов воплощений, обсуждаемые ниже, могут использоваться по отдельности или в любом подходящем сочетании для получения нужного результата.
Если не указано иначе, то любое использование любой формы терминов "соединять", "взаимодействовать", "связывать", "подключать" или любого другого термина, описывающего взаимодействие между элементами не подразумевает ограничения взаимодействия только непосредственным взаимодействием между элементами и может также включать косвенное взаимодействие между описанными элементами.
В следующем далее обсуждении и в формуле изобретения термины "включающий" и "содержащий" используются в допускающем поправки смысле, и таким образом, должны пониматься как означающие "включающий, но не ограничивающийся...".
В следующем далее обсуждении и в формуле изобретения термин "текучая среда" может относиться к жидкости или газу, и не относится исключительно к какому-то отдельному типу текучей среды, например к углеводородам. Различные вышеупомянутые характеристики, равно как и другие функции и характеристики, которые более подробно описаны ниже, будут явно очевидны для специалистов в этой области после прочтения нижеследующего описания вариантов воплощения устройства, и ознакомления с прилагаемыми чертежами.
На примере Фиг. 1 и 2 иллюстрируются система 10 для поверки расходомера 12, такого как турбинный расходомер. Турбинный расходомер, функционирование которого основано на вращении детали (похожей на турбину) в потоке 11 текучей среды, генерирует электрические импульсы 15, при этом каждый импульс пропорционален объему, а частота импульсов пропорциональна объёмному расходу. Объем, измеренный расходомером, может быть соотнесен с объемом, измеренным прувером, благодаря перемещению в потоке вытеснителя 24, (нумерация дана по Фиг. 3), при этом сначала он проходит датчик 16, расположенный выше по потоку, затем датчик 18, расположенный ниже по потоку в трубе 22 прувера 20. Объем, находящийся в трубе 22 между датчиками 16 и 18 является калиброванным поверочным объемом. Перемещающийся вытеснитель 24 сначала приводит в действие или выключает датчик 16, так что начальный момент 1)6 сообщается процессору или компьютеру 26.
После этого процессор 26 считывает импульсы 15 с расходомера 12 по сигнальной линии 14. Перемещающийся вытеснитель 24 в конечном счёте выключает датчик 18, чтобы сообщить время остановки t18 и, таким образом формируется последовательность 17 считанных импульсов 15 за период одного прохода вытеснителя 24. Количество 17 импульсов 15, сгенерированных турбинным расходомером 12 за период одного прохода вытеснителя через калиброванный поверочный объем, является показателем объема, измеренного расходомеров в период между моментами времени t16 и t18. По результатам сравнения поверочного объема с объемом, измеренным расходомером, данный расходомер может быть подвергнут настройке для индикации объема продукта, измеренного прувером.
На Фиг. 4 показана другая система 50 для поверки ультразвукового расходомера 52, использующего способ регистрации времени прохода. Под термином "ультразвуковой" подразумевается следующее: ультразвуковые сигналы излучаются в направлении, совпадающем с направлением потока текучей среды 51, и в противоположном направлении, и на основе различий в характеристиках ультразвуковых сигналов можно рассчитать расход текучей среды. Ультразвуковые расходомеры генерируют данные об объемном расходе в виде наборов, где каждый набор содержит совокупность ультразвуковых сигналов, излученных как в направлении потока, так и в обратном ему направлении в течение некоторого периода времени (например, одной секунды). Объемный расход, вычисленный расходомером больше соответствует среднему объемному потоку за период формирования набора, нежели объемному расходу в конкретный момент времени.
Некоторые пруверы являются однонаправленными; при этом подразумевается, что вытеснитель перемещается в одном направлении между датчиками и требуется устройство для выполнения операций с вытеснителем. В соответствии с Фиг. 2 и 5, другие пруверы являются двунаправленными. В них один вытеснитель 24 циркулирует туда и обратно внутри калиброванной мерной цилиндрической емкости прувера или трубопровода 22, снабженного поверочным участком 25, размеры которого зависят от расстояния между парой датчиков 16 и 18. Поверочный участок 25 включает в себя калиброванный поверочный объем. Согласно Фиг. 2, двунаправленным перемещением вытеснителя управляет четырёхходовой клапан 60. В первом положении четырехходовой клапан 60 управляет впуском текучей среды из трубопровода 13 через трубу 62 и в поверочный контур 29 через трубу 64. Текучая среда течет в первом направлении по поверочному контуру 29, проталкивая вытеснитель из первого положения через поверочный участок 25. Вытеснитель останавливается во втором положении после датчика 18, и текучая среда направляется обратно к четырёхходовому клапану 60 через трубу 66 и в трубопровод 13 через трубу 68. Четырёхходовой клапан 60 может быть затем переключен во второе положение, при котором поток из трубопровода 13 проходит через трубу 68, через четырехходовой клапан 60, через трубу 66, через поверочный участок 25, через трубу 64 и обратно в четырехходовой клапан 60 и трубопровод 13 через трубу 62.
Во время такого протекания текучей среды, вытеснитель циклически возвращается из второго положения в первое положение, проходя датчик 16. Команда включения для четырехходового клапана 60 может быть выдана компьютером управления потоком, таким как процессор 26. Термин "проход" может относиться к одному проходу вытеснителя в одном направлении через поверочный участок и датчики. "Испытательный прогон" может относиться к перемещению вытеснителя в одном направлении, затем в другом, к двум проходам вытеснителя, начиная с исходного положения и обратно.
АРI требует, чтобы поверка проводилась путем сравнения объема, измеренного прувером (поверочного объема), с объемом, измеренным расходомером; при этом объем, измеренный расходомером, определяется путем подсчета импульсов. Импульсы поступают прямо из расходомера. Для ультразвукового расходомера, согласно этому стандарту требуется, чтобы данные, поступающие из расходомера, преобразовывались в импульсы для проведения измерения и поверки. Такое преобразование может быть выполнено во встроенном процессоре 54, при этом импульсы, передаваемые во внешний процессор 26, служат для вышеописанной поверки ультразвукового расходомера 52. АРI также требует, чтобы минимальное количество импульсов (например, 10000) было проанализировано с определенным уровнем погрешности (например, плюс-минус один импульс на 10000) и повторяемости измеренного объема (например, 0,02%). Недавно АРI выпустила нормы, относящиеся к поверке расходомеров, в частности, ультразвуковых расходомеров. Такие нормы включают в себя определение количества поверочных прогонов для заданного уровня погрешности, и соотношение между количеством поверочных прогонов и рекомендованного поверочного объема для достижения требуемого коэффициента погрешности расходомера ± 0,027%.
Импульсы, сгенерированные расходомером, передаются в компьютер управления потоком, такой как процессор 26, где происходит их накопление и обратное преобразование для индикации фактически измеренного расходомером объема продукта. Затем определяется поправочный коэффициент путем сравнения калиброванного поверочного объема с фактическим объемом продукта, измеренным расходомером. В промышленности наблюдается значительное увеличение количества интеллектуальных первичных расходомеров, таких как ультразвуковые расходомеры, расходомеры Кориолиса и вихревые расходомеры. Такие расходомеры генерируют импульсные выходные сигналы об объеме продукции. Источником таких сигналов является встроенный процессор 54, данные которого несколько отстают от значений реального расхода. Для этих расходомеров характерна задержка в работе, вызванная вычислениями, выполняемыми процессором 54 для преобразования данных о реальном расходе, измеренном расходомером 52 в последовательность выходных импульсов из процессора 54.
В настоящем описании частично описывается то, каким образом достигается требуемое количество поверочных прогонов с применением меньшего или минимального числа проходов вытеснителя через калиброванный поверочный участок прувера. В некоторых вариантах осуществления при одном проходе вытеснителя через поверочный участок производится запись данных о нескольких калиброванных поверочных объемах. В одном варианте во время одного прохода вытеснителя переключается группа пар датчиков, при этом каждая пара переключившихся датчиков означает калиброванный поверочный объем. Подключенный поверочный компьютер или процессор математически пересчитывает поправочный коэффициент ' расходомера отдельно для каждого калиброванного объема, а затем объединяет каждый поправочный коэффициент расходомера в один результирующий поправочный коэффициент расходомера. Таким образом, система и способ поверки расходомера предназначены для записи нескольких значений калиброванных поверочных объемов в компьютер управления потоком за период одного прохода вытеснителя. Компьютер управления потоком выполнен для записи и анализа значений группы калиброванных объемов, полученных после каждого прохода вытеснителя, для сбора совокупностей тех же значений в течение сокращенного периода поверки, а также для вычисления поправочных коэффициентов расходомера и их анализа. В некоторых вариантах прувер производит один проход, многообъемную поверку для необходимого сокращения длительности поверки.
Рассмотрим сначала Фиг. 6; на ней изображена часть прувера 120. Схематически показан поверочный участок трубы 122, внутри которой находится вытеснитель. Вытеснитель 124 может перемещаться в двух направлениях между первым положением, находящимся слева от датчика 116 и вторым положением, находящемся справа от датчика 132. Датчик 116 объединен в пару с датчиком 118 для того, чтобы работать в соединении друг с другом и подавать команду на компьютер управления потоком на запись ограниченного количества импульсов с расходомера в то время, когда вытеснитель проходит через калиброванный объем V1. Датчик 130 объединен в пару с датчиком 132 для того, чтобы приводиться в действие в соединении друг с другом и сообщать компьютеру управления потоком, когда начинать и прекращать регистрацию выходных импульсов расходомера, соответствующих калиброванному объему V2. Таким образом, первая пара датчиков 116 и 118, можно сказать, определяет первый калиброванный объем V1 трубы 122 прувера, а вторая пара датчиков 130, 132 можно сказать, определяет второй калиброванный объем V2 трубы 122 прувера. По мере перемещения вытеснителя 124 в направлении, указанном стрелкой 140, вытеснитель сначала приводит в действие датчик 116, который передает сигнал на процессор, такой как процессор 26 на Фиг. 1, 2 и 4. Затем вытеснитель 124 приводит в действие датчик 130, и процессор записывает этот сигнал.
После этого, вытеснитель 124 приводит в действие датчик 118, тем самым, сообщая процессору о том, что вытеснитель вытеснил объем V1. И наконец, вытеснитель 124 приводит в действие датчик 132, тем самым прекращая запись импульсов, соответствующих объему V2 и инициируя эту запись в процессор. Вытеснитель 124 может также перемещаться в противоположном направлении, вызывая сначала индикацию данных об объеме V2, а затем об объеме V1.
Калиброванные поверочные объемы сравниваются с объемами продукта, измеренного расходомером, путем подсчета импульсов, сгенерированных расходомером; описание этой процедуры приведено выше. После приведения в действие первого датчика из пары, например, датчика 116, запускается внутренний счетчик процессора 26, который подсчитывает импульсы, выдаваемые расходомером. Процессор получает сигнал на прекращение подсчета импульсов, когда приводится в действие второй датчик из пары, или определен калиброванный объем. Количество импульсов, подсчитанных для калиброванного объема при переключении, в целом должно быть больше 10000, согласно требованиям АРI. Как уже было сказано выше, один импульс пропорционален расходу, а частота импульсов пропорциональна объёмному расходу. Программа процессора также учитывает известный коэффициент К, который выражает количество импульсов на единицу объема. Например, для прувера большого объема, коэффициент К может быть равен 525 импульсам на баррель жидких углеводородов. Программа процессора может быть выполнена так, чтобы в последующем делить количество подсчитанных импульсов на коэффициент К, а потом применить поправки, относящиеся к температуре и давлению: 1) для расходомера, работающего в стандартных условиях, и 2) для калиброванного участка трубы прувера, для корректировки базового объема и объема текучей среды, проходящей через прувер. Такое использование коэффициента К известно специалистам в данной области. В конечном счёте, поправочный коэффициент расходомера генерируется программой процессора; он представляет собой соотношение известного объема к объему,
вычисленному на основе данных, полученных из расходомера. Благодаря многократным вычислениям сгенерированного поправочного коэффициента расходомера, программа процессора может проверить повторяемость поправочного коэффициента расходомера, т.е. его нахождение в допустимых пределах, например 0,02%.
Рассмотрим теперь Фиг. 7; на ней снова показан прувер 120 и показаны связи между датчиками 116, 118 и датчиками 130, 132, используемые для определения соответствующих объемов VI и V2. Вытеснитель будет перемещаться между положениями запуска и остановки, находящимся за поверочным участком 125, расположенным между датчиками 116 и 132. Переключается группа пар датчиков для того, чтобы передать данные о калиброванных объемах V1 и V2 в компьютер управления потоком при каждом проходе вытеснителя через поверочный участок 125.
Рассмотрим теперь Фиг.8, другие варианты осуществления поверочных систем включают в себя дополнительные пары датчиков, которые задают дополнительные калиброванные объемы, которые можно записать при помощи компьютера управления потоком при каждом проходе вытеснителя. Прувер 220, снабженный трубой 222, включает первую пару датчиков 216, 218, вторую пару датчиков 230, 232 и третью пару датчиков 234, 236. Первая пара датчиков 216, 218 задает калиброванный поверочный объем Vз, вторая пара датчиков 230, 232 задает калиброванный поверочный объем V4, и третья пара датчиков 234, 236 задает калиброванный поверочный объем V5. Некоторые варианты осуществления могут включать в себя больше пар датчиков, которые указывают на дополнительные калиброванные объемы при каждом проходе вытеснителя. Поскольку каждый проход вытеснителя указывает на большее количество калиброванных объемов, и соответствующие им импульсные выходные сигналы, то общая длительность поверки может быть сокращена благодаря прямой зависимости количества пар датчиков и связанных с ними калиброванных объемов.
В некоторых вариантах количества зафиксированных объемов могут быть увеличены до максимума при минимальном количестве пар датчиков. Например, в соответствии с Фиг. 9, прувер 320 содержит трубу 322 прувера, внутри которой находится вытеснитель 324, первую пару датчиков 316, 318 и вторую пару датчиков 330, 332. Однако, в отличие от режима, при котором пара датчиков 316, 318 может взаимодействовать только друг с другом (так же как и пара 330, 332), здесь применен режим, при котором эти датчики могут взаимодействовать с датчиками из другой пары, чтобы указать более двух калиброванных объемов, как показано на Фиг.6. Во-первых, датчик 316 может работать вместе с датчиком 318 для отображения объема V6. Во-вторых, датчик 316 может также работать вместе с датчиком 332 для отображения объема V7. В- третьих, датчик 330 может работать вместе с датчиком 332 для отображения объема V7. В- четвертых, датчик 330 может также работать вместе с датчиком 318 для отображения объема V9. Таким образом, за один проход вытеснителя 324 могут быть отображены четыре калиброванных объема при помощи пар датчиков 316, 318 и 330, 332 (или всего четырех датчиков). Компьютер 326 управления потоком выполнен так, чтобы в первую очередь зарегистрировать приведение в действие датчика 316, затем приведение в действие датчика 330, затем приведение в действие датчика 318, и одновременно отобразить объемы V7 и затем в последнюю очередь зарегистрировать приведение в действие датчика 332 и одновременно отобразить объемы V7и V9. Процессор 326 выполнен также на подсчет отдельных наборов импульсов, поступающих от расходомера для каждого отображаемого объема.
Кроме того, процессор 326 или другие процессоры, подключенные к различным вариантам пруверов, описанных здесь, и выполненных для записи отображаемых объемов, могут выполнять дополнительные функции. Во-первых, вытеснитель содержит каждую независимую пару датчиков и сигнал соответствующий калиброванному объему, процессор записывает наборы значений объемов для каждого независимого калиброванного объема. Необходимая выборка создается до тех пор, пока не будет достигнута необходимая повторяемость и погрешность измерений, как того требуют применяемые поверочные нормы. После этого, процессор сравнивает набор объемов с объемами продукта, измеренного расходомером, и вычисляет поправочный коэффициент расходомера для каждого отдельного калиброванного объема. И наконец, процессор может выполнить комбинирование поправочных коэффициентов, сгенерированных для каждого отдельного калиброванного объема в один объединенный поправочный коэффициент. Этот окончательный объединенный поправочный коэффициент может быть потом использован для корректировки объема продукта, измеренного расходомером, чтобы отобразить действительный расход, который был зафиксирован прувером.
Например, что касается прувера 120, то данные об объеме V1 и объеме V2передаются в процессор при каждом проходе вытеснителя 124 в прямом и обратном направлении. При каждом проходе, в набор данных об объемах для V1 и отдельно для V2 добавляются данные о следующем объеме (на основании соответствующего набора импульсов, поступающих с расходомера). Это продолжается до тех пор, пока не будет собрана каждая отдельная выборка до достижения необходимой повторяемости и погрешности измерений, согласно требованиям стандартов. После этого процессор может, применяя сравнение с данными об объемах продукта, измеренного расходомером, сгенерировать поправочный коэффициент F1 для набора данных об объемах, относящийся к калиброванному объему V1 и второй поправочный коэффициент F2 для набора данных об объемах, относящийся к калиброванному объему V2. И наконец, процессор может выполнить комбинирование поправочных коэффициентов F1 и F2, чтобы получить комбинированный результирующий поправочный коэффициент Fс, который может быть использован для корректировки данных об объеме продукта, измеренного прувером, чтобы отобразить действительный расход, который был зафиксирован прувером.
В других вариантах, согласно Фиг. 8, в результате многократных проходов вытеснителя будут созданы отдельные наборы данных для каждого из калиброванных объемов V3, V4 и V5. Процессор генерирует поправочные коэффициенты F3, F4 и F5 для каждого отдельного набора данных об объемах и окончательно выдаст комбинированный поправочный коэффициент Fс1 для корректировки данных об объеме продукта, измеренного расходомером. В других имеющихся вариантах, согласно Фиг. 9, в результате многократных проходов вытеснителя будут созданы отдельные наборы данных для каждого из калиброванных объемов V6, V7, V8 и V9. Процессор 326 генерирует поправочные коэффициенты F6, F7, F8 и F9 для каждого отдельного набора данных об объемах и окончательно выдаст комбинированный поправочный коэффициент Fс2 для корректировки данных об объеме продукта, измеренного расходомером.
В других вариантах осуществления изобретения поправочный коэффициент вычисляется процессором для каждого отображаемого объема при каждом проходе вытеснителя, и отдельные поправочные коэффициенты собираются для создания статистической совокупности. Совокупность поправочных коэффициентов для каждого калиброванного объема собирается для достижения необходимой повторяемости и погрешности измерений, согласно требованиям стандартов. Поправочный коэффициент Р1 (или F2, или F3, и т.д) затем генерируется из этой совокупности поправочных коэффициентов. Комбинированный результирующий поправочный коэффициент может быть потом вычислен по приведенной выше методике.
Согласно Фиг. 10, только что описанные процессы показаны схематически на блок- схеме 400. Во-первых, текучая среда направляется из трубопровода в прувер, на шаге 402. Затем вытеснитель, перемещаемый потоком, проходит первую пару датчиков, на шаге 404. Далее вытеснитель, перемещаемый потоком, проходит вторую пару датчиков, шаг 406. Данные о калиброванном объеме V1 и калиброванном объеме V2 записываются в компьютер управления потоком на шаге 408. На шаге 410 делается вывод - соответствуют ли совокупности данных от V1 и V2 статистическим нормам и стандартам. Если не соответствуют, то процесс направляется обратно на шаг 402. Если соответствует, то процесс продолжается до шага 412, где программа компьютера управления потоком создает комбинированный поправочный коэффициент Fс. На шаге 414 данные о реальным объеме продукта, измеренного расходомером, корректируются при помощи комбинированного поправочного коэффициента Fс, который, согласно описанным в данном документе принципам, вычисляется с использованием меньшего числа физических проходов вытеснителя прувера, обеспечивая при этом адекватную статистическую совокупность данных о поверочных объемах. В других вариантах осуществления изобретения после шага 408, поправочный коэффициент F1 вычисляется на основе V1, а поправочный коэффициент F2 вычисляется на основе V2 в программе компьютера управления потоком на шаге 416. После этого, на шаге 418 делается вывод - соответствуют ли совокупности коэффициентов F1 и F2 статистическим нормам и стандартам. Если не соответствуют, то процесс направляется обратно на шаг 402. Если соответствует, то процесс продолжается до шага 412, где программа компьютера управления потоком создает комбинированный поправочный коэффициент Fс.
Процессор 326 и другие процессоры, работающие с различными вариантами однопроходных многообъемных пруверов, описанных в данном документе, могут базироваться на автономном процессоре или микроконтроллере. В других вариантах осуществления изобретения функции процессора могут быть реализованы при помощи программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), программируемой вентильной матрицы (ПВМ), за счет применения специализированной ИС (АSIС) или им подобных средств. В некоторых вариантах процессор может базироваться на компьютере управления потоком жидкости, таком как Emerson ROC800 Liquid Flow Computer. Во всех вариантах процессор выполнен для соединения с различными вариантами прувера, описанными в данном документе, и снабженными группой одновременно работающих парами датчиков, которые отображают данные о группе калиброванных объемах (и наборах импульсов) для каждого прохода вытеснителя через поверочный участок. Процессор также выполнен для обработки отдельных наборов данных об объемах для создания выборок, в соответствии со статистическими нормами, опубликованными АРI и другими организациями, а также для генерации группы поправочных коэффициентов и комбинированных поправочных коэффициентов для корректировки данных об объеме продукта, измеренного расходомером, к реальным условиям протекания среды.
В то время, как расходомеры 12, 52 показаны установленными после прувера 20, в других вариантах расходомер может равноценно располагаться до прувера 20. В других вариантах расходомер извлекается из трубопровода и переносится на устройство для отработки или в лабораторию. Кроме того, в других вариантах, в качестве расходомеров 12, 52 могут также применяться расходомеры Кориолиса или вихревые расходомеры, или расходомеры других типов.
В некоторых ситуациях вполне нормальным является использование одного поверочного объема, как для больших, так и для малых расходомеров, несмотря на то, что для обеспечения соответствия пропускной способности скорость потока больше для больших расходомеров. Применение прувера, предназначенного для больших расходомеров, для поверки малых расходомеров приводит в результате к низким скоростям пропуска потока и, таким образом, к увеличению длительности поверки, так как вытеснитель перемещается по пруверу медленнее. Так, в то время как большой расходомер с внутренним диаметром 12- или 16 дюймов можно поверить в течение 30 или 40 минут, то поверка 4-х дюймового расходомера в том же самом прувере может занять восемь часов. Однако, если за один проход вытеснителя можно получить несколько результатов, относящихся к объему, вместо одного, то время, затрачиваемое на поверку, может быть значительно сокращено. Применение группы пар датчиков или детекторов позволяют оператору быстрее создать статистическую совокупность. Различные варианты
осуществления, описанные в данном документе, обеспечивают прувер такими характеристиками.
Еще одним параметром, который учитывается при различных вариантах осуществления изобретения, описанных в данном документе, является поверочный объем. Общий поверочный объем и размер могут быть уменьшены, если при проходе вытеснителя отображаются и записываются дополнительные калиброванные поверочные объемы и наборы импульсов.
Для получения требуемых результатов могут применяться различные описанные здесь принципы в подходящих сочетаниях. Описанные варианты осуществления изобретения описаны только в качестве примеров, и не ограничивают описание. Объем настоящего описания определен следующей формулой изобретения.
Реферат
Изобретение относится к области расходомеров. Более конкретно, изобретение описывает прувер расходомера, способ поверки расходомера и компьютер прувера расходомера. Заявлена группа изобретений, которая включает прувер расходомера, способ поверки расходомера и компьютер прувера расходомера. При этом прувер расходомера включает трубу, имеющую поверочный участок, вытеснитель, установленный в трубе с возможностью перемещения по поверочному участку между первым и вторым положениями, первую пару датчиков, установленную на поверочном участке между первым и вторым положениями, определяющую первый калиброванный объем, вторую пару датчиков, установленную на поверочном участке между первым и вторым положениями, определяющую второй калиброванный объем, и процессор, при этом первая и вторая пары датчиков установлены с возможностью передачи в процессор данных о первом и втором калиброванных объемах при каждом проходе вытеснителя между первым и вторым положениями, а процессор выполнен с возможностью создания первой и второй совокупностей выборок по первому и второму калиброванным объемам соответственно. Способ поверки расходомера включает многократный проход вытеснителя через прувер, приведение в действие вытеснителем первой пары датчиков, посредством которой определяют первый калиброванный объем при каждом проходе вытеснителя, отображение первого калиброванного объема при каждом проходе вытеснителя, приведение в действие вытеснителем второй пары датчиков, посредством которой определяют второй калиброванный объем при каждом проходе вытеснителя, отображение второго калиброванного объема при каждом п
