Коррозионностойкий модуль давления для измерительного преобразователя давления технологической текучей среды - RU2649042C1
Код документа: RU2649042C1
Чертежи
Описание
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] Системы управления производственным процессом используются для мониторинга и управления производственными процессами, которые производят или переносят жидкости, или что-либо подобное. В таких системах обычно бывает важно измерять "технологическую переменную", такую как значения температуры, давления, расходов, и другие переменные. Технологические измерительные преобразователи используются для измерения таких технологических переменных и для передачи информации, относящейся к измеренной технологической переменной, назад к центральному пункту, например к центральному пункту управления.
[0002] Один из типов измерительных преобразователей технологической переменной - это измерительный преобразователь давления, который измеряет давления, или разность давлений между двумя давлениями технологических текучих сред, и предоставляет выходной сигнал, связанный с давлениями или разностями давлений. В случае дифференциальных давлений, разность давлений может, в свою очередь, отображать расход, уровень технологической текучей среды в резервуаре, или другую технологическую переменную. Измерительный преобразователь давления сконфигурирован для передачи информации о давлении назад на центральный пункт управления, обычно через двухпроводной контур технологического управления. Однако другие методики, такие как методики беспроводной связи, также могут быть использованы.
[0003] Технологические измерительные преобразователи давления обычно считывают давление, используя датчик давления, соединенный по текучей среде с, по меньшей мере, одной изолирующей диафрагмой. Изолирующая диафрагма изолирует датчик давления от измеряемых технологических текучих сред. Технологические текучие среды, которые могут быть сильно коррозирующими, таким образом, остаются изолированными от датчика давления, избегая коррозии или повреждения датчика давления. Давление передается от изолирующей диафрагмы на датчик давления, используя по существу несжимаемую, инертную заполняющую техническую среду. Датчик давления сам по себе имеет такую физическую структуру, как считывающая диафрагма, которая реагирует на давление, например, посредством деформации. Датчик давления также включает в себя электрическую структуру, такую как тензометрический датчик или емкостную пластину, или электрод, который реагирует на физическую деформацию. Например, некоторые известные датчики давления имеют отклоняемую диафрагму, которая поддерживает емкостную пластину, или электрод, так, что отклонение диафрагмы производит изменение емкости датчика. Однако, известны и разнообразные другие методики.
[0004] Некоторые технологические измерительные преобразователи давления работают вблизи морской воды, или в пределах морской воды. Соответственно, такие морские измерительные преобразователи давления подвергаются значительному коррозийному воздействию морской воды. Для предоставления надежной конструкции, которая сможет функционировать достаточно длительное время, становятся важными определенные конструктивные соображения. Например, выбор материала, который по существу невосприимчив к коррозийным эффектам морской воды, может обеспечить надежную конструкцию, однако стоимость материалов при использовании экзотических сплавов, которые обеспечивают такую защиту, может привести к чрезмерной стоимости конструкции. Титан, например, полностью невосприимчив к вызываемой морской водой коррозии, но было установлено, что его по существу невозможно сваривать с другими сплавами и материалами, например, с нержавеющей сталью. Кроме того, трудно спаять два материала между собой. Кроме того, измерительный преобразователь давления, выполненный целиком из титана, не эффективен по стоимости.
[0005] Предоставление экономически эффективного технологического измерительного преобразователя давления, который приспособлен к длительному воздействию морской воды, предоставило бы важное усовершенствование для морских систем управления технологическими процессами.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Предоставляется модуль датчика давления для технологического измерительного преобразователя давления. Модуль датчика давления включает в себя первый элемент, сформированный из металла, подходящего для воздействия морской воды. Первый элемент имеет канал, проходящий через него. Изолирующая диафрагма соединена с первым элементом и имеет первую сторону, сконфигурированную для контакта с технологическим текучей средой, и противоположную сторону, сообщаемую текучей средой с каналом первого элемента. Второй элемент сформирован из металла, отличного от металла первого элемента и механически соединен с первым элементом для задания камеры, которая связана текучей средой с каналом. Датчик давления располагается для регистрации давления в пределах камеры. Уплотнение связано с первым и вторым элементами для уплотнения границы стыка между первым и вторым элементами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0007] Фиг.1 изображает схематический вид измерительного преобразователя давления технологического текучей среды, с которым варианты реализации настоящего изобретения оказываются особенно полезными.
[0008] Фиг.2 - вид сечения участка известной изолирующей сборки.
[0009] Фиг.3 - вид сечения модуля давления для измерительного преобразователя давления в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ
[0010] На Фиг.1 показан примерный измерительный преобразователь 12 давления технологического текучей среды, с которым варианты реализации настоящего изобретения оказываются особенно полезными. Система 10 технологического управления или измерения включает в себя измерительный преобразователь 12 давления, соединенный с технологическим трубопроводом 14, который переносит технологическую текучую среду 16. (Измерительный преобразователь 12 - это измерительный компонент системы 10). Технологическая текучая среда 16 прикладывает давление P к измерительному преобразователю 12 давления. Измерительный преобразователь 12 давления предоставляет выходной сигнал, например, на двухпроводной контур 20 технологического управления на удаленный пункт, например, на пункт 22 управления. Контур 20 технологического управления может работать в соответствии с любым соответствующим технологическим протоколом связи. В одной конфигурации, контур 20 технологического управления содержит двухпроводный контур технологического управления, в котором аналоговый уровень тока используется для отображения "технологической переменной", относящейся к технологическому давлению P. В другом примерном варианте контур 20 технологического управления поддерживает цифровое значение, которое относится к технологическому давлению P. Примеры таких протоколов включают в себя Протокол Взаимодействия с Удаленным Источником (HART®) или протокол связи FOUNDATIONTM Fieldbus. Другой примерный контур технологического управления содержит канал беспроводной связи, например, в соответствии со стандартом IEC62591. В такой конфигурации, элемент 20 отображает канал беспроводной связи между измерительным преобразователем 12 и пунктом 22 технологического управления.
[0011] Измерительный преобразователь 12 включает в себя датчик давления (в этом примере, головка датчика давления) 40, который может работать в соответствии с любой соответствующей методикой. Примерные методики включают в себя конфигурации с микро-обработкой, например, такие, которые имеют элемент с электрическим свойством, изменяемым в ответ на приложенное давление. Технологический соединитель 42 соединяет корпус, или покрытие 18 измерительного преобразователя 12 с технологическим трубопроводом 14. Это позволяет приложить технологическое давление P к изолирующей диафрагме 50 измерительного преобразователя 12. Давление P вызывает отклонение диафрагмы 50, которое передается через заполняющий текучая среда, например силиконовое масло, в капиллярную трубку 52 на датчик 40 давления. Таким образом, изолирующая диафрагма 50 имеет первую сторону, которая входит в контакт с технологической текучей средой, и противоположную сторону, которая входит в контакт с заполняющей текучей средой. Капиллярная трубка 52 проходит через модуль 54 датчика давления, который также поддерживает датчик 40 давления. Датчик 40 давления предоставляет электрический вывод 60 на измерительную электронную схему 62. Измерительная электронная схема 62 соединяется с оконечным блоком 70, который соединен с контуром 20 технологического управления. В одной примерной конфигурации, контур 20 технологического управления также используется для предоставления питания на электронную схему, такую как измерительная электронная схема 62 измерительного преобразователя 12.
[0012] На Фиг.2 показан схематический вид сечения модуля датчика давления для измерительного преобразователя давления технологической текучей среды в соответствии с техникой предшествующего уровня. Модуль 100 включает в себя корпус 102, имеющий капиллярную трубку 52, проходящую через него. Капиллярная трубка 52 содержит заполняющую текучую среду, например силиконовое масло, которая гидравлически связывает давление, воздействующее на изолирующую диафрагму 50 технологической текучей средой, на датчик 40 давления. Корпус 102 обычно выполняется из нержавеющей стали, и изолирующая диафрагма 50 приваривается к корпусу 102. Верхний участок корпуса 102, в целом, включает в себя покрытие датчика из нержавеющей стали, или насадку 104, которое приварено к корпусу 102 с датчиком 40 давления, расположенным вблизи нижней его поверхности. Цилиндрическая камера 106 заполняется заполняющей текучей средой так, что любое давление, действующее на изолирующую диафрагму 50, передается на датчик 40 давления, и регистрируется датчиком 40 давления. Хотя структура, показанная на Фиг.2, работает очень хорошо во многих средах, она имеет ограничения, если используется в среде морской воды. Конкретно, модуль имеет значительный вес и не вполне подходит для длительного воздействия морской воды. Хотя вся структура может быть сформирована из металла или сплава, которые по существу невосприимчивы к коррозийным эффектам морской воды, например, из титана, такая структура не будет эффективна в связи с ее стоимостью.
[0013] На Фиг.3 показан схематический вид сечения модуля датчика давления в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения. Модуль 200 включает в себя покрытие из двух частей, с каждым элементом покрытия, сформированным из различающегося металла или сплава. Первый элемент 202 сформирован из материала, который является подходящим для воздействия морской воды. Примеры такого материала включают в себя титан, но могут также включать в себя другие металлы или сплавы, которые подходят для длительного воздействия морской воды, например, Сплав C-276. Второй элемент 204 сформирован из менее дорогостоящего металла, по сравнению с первым элементом 202. Пример подходящего металла для конструкции второго элемента 204 - это нержавеющая сталь. Второй элемент 204 в одном варианте реализации включает в себя кольцевой обод 206, которая принимается в пределах кольцевой канавки 208 первого элемента 202. В одном варианте реализации, первый элемент 202 и второй элемент 204 свинчиваются у секции 205 скрепления для формирования разъемной, надежной механической связи. Однако, любая подходящая механическая связь (например, использующая другие типы крепления) может быть использована. Кроме того, сборка может быть изготовлена как единственная деталь, используя горячую посадку. В таком случае, эти два элемента разделяются только при большом усилии и/или с приложением дифференциальных температур к этим двум деталям. Хотя много типов связей могут быть использованы, предпочтительно, чтобы связь была разъемной.
[0014] Второй элемент 204 включает в себя цилиндрическую боковую стенку 208, которая соединяется с насадкой 210 сварным швом 212. В одном варианте реализации, второй элемент 204 и насадка 210 сформированы из одного и того же металла, например, из нержавеющей стали, которая облегчает сварочный процесс. На нижней поверхности насадки 210 монтируется датчик 40 давления. Подходящие электрические соединения проходят от датчика 40 давления через насадку 210 и связываются с подходящей измерительной электронной схемой измерительного преобразователя давления, например, с электронной схемой 62 (показанной на Фиг.1). Насадка 210 также включает в себя заполняемый трубопровод 212, который позволяет ввести заполняющую текучую среду в систему и затем герметизировать ее. После заполнения заполняющей текучей средой, давление, приложенное к изолирующей диафрагме, передается через канал 214 в камеру 216 и, в конечном счете, оказывает давление на датчик 40. Давление технологической текучей среды действует на все поверхности в пределах камеры 216. В соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, уплотнение 218 располагается для уплотнения границы стыка между первым элементом 202 и вторым элементом 204. Уплотнение 218 предпочтительно приваривается к и первому элементу 202, и ко второму элементу 204. В одном варианте реализации, предоставляется пара сплошных, кольцевых сварных швов. Первый сварной шов 220 связывает уплотнение 218 с поверхностью 222 второго элемента 204, тогда как второй сварной шов 224 связывает уплотнение 218 с поверхностью 226 первого элемента 202. Однако варианты реализации настоящего изобретения могут быть осуществлены при использовании единственного сварного шва, расположенного по границе стыка между первым элементом 202 и вторым элементом 204.
[0015] Поскольку первый элемент 202 и второй элемент 204 сформированы из различных металлов, или сплавов, уплотнение 218 предпочтительно выполняется из третьего металла, или сплава, имеющего точку плавления между таковыми для первого и второго элементов 202, 204, соответственно. В одном варианте реализации, первый элемент 202 выполнен из титана; второй элемент 204 выполнен из нержавеющей стали; и уплотнение 218 выполнено из тантала. Одно из конкретных преимуществ, предоставленное вариантами реализации настоящего изобретения, заключается в том, что уплотнение 218 не должно поддерживать механические усилия для связывания первого элемента 202 со вторым элементом 204. Вместо этого, уплотнение 218 должно только удерживать заполняющую текучую среду от утечки в границу стыка между элементами 202 и 204. Эта функция облегчается в соответствии с конструкцией самоуплотняемого уплотнения 218 в камере 216. Конкретно, когда давление в пределах камеры 216 увеличивается, давление приводит к тому, что уплотнение 218 в большей степени прилегает к соответствующим поверхностям 226, 222 первого элемента 202 и второго элемента 204, тем самым, увеличивая эффективность уплотнения. Использование танталового кольцевого уплотнения 218 между первым и вторым элементами 202, 204 вдоль поверхностей 226, 222 обеспечивает возможность надежной сварки несходных металлов или сплавов, то есть металла с высокой температурой плавления, который по существу невосприимчив к коррозийной среде, и нержавеющей стали
[0016] Хотя настоящее изобретение было описано в отношении предпочтительных вариантов реализации, специалисты в данной области техники увидят, что изменения могут быть сделаны по форме и в деталях, не отступая от существа и объема притязаний изобретения. Например, хотя варианты реализации настоящего изобретения описаны в связи с конкретными материалами (титан, нержавеющая сталь и тантал), варианты реализации настоящего изобретения могут быть осуществлены с любой подходящей группой металлов или сплавов, если только третий материал имеет точку плавления достаточно близкую к первым двум металлам или сплавам, чтобы позволить надежную сварку.
Реферат
Предоставляется модуль датчика давления для технологического измерительного преобразователя давления. Модуль датчика давления включает в себя первый элемент, сформированный из металла, подходящего для воздействия морской воды. Первый элемент имеет канал, проходящий через него. Изолирующая диафрагма (50) связана с первым элементом и имеет первую сторону, сконфигурированную для вхождения в контакт с технологической текучей средой, и противоположную сторону, сообщаемую текучую среду с каналом первого элемента. Второй элемент сформирован из металла, отличного от металла первого элемента, и механически связан с первым элементом для задания камеры, которая связана текучей средой с каналом. Датчик (40) давления расположен для регистрации давления в пределах камеры. Уплотнение связано первым и вторым элементами для уплотнения границы стыка между первым и вторым элементами. Технический результат – создание эффективного технологического измерительного преобразователя давления, который приспособлен к длительному воздействию морской воды. 13 з.п. ф-лы, 3 ил.
