流量計和過程控制變送器的制造方法
【專利說明】流量計和過程控制變送器
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請基于2014年5月9日提交的美國臨時專利申請No. 61/991,215的優(yōu)先權(quán)， 并且要求其權(quán)益，其內(nèi)容通過引用的方式完整地并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003] 油井使礦物燃料從地下來到地面。在很多井中，井的輸出包括油、天然氣、水和諸 如沙或淤泥等的固體物料的組合。分離器位于陸上井場和近海平臺上，并且用于將油和天 然氣彼此分離以及將油和天然氣與水和固體碎片分離。
[0004] 存在很多類型的密度分離器，但是它們均通過使用重力和乳化劑層分離井輸出的 組成部分來以相同的方式工作。具體地，分離器減慢流體流動以允許更重的沙和水與油分 離。水和固體物料通過乳化劑層，而油保持在乳化劑層的頂部。在油上方設(shè)置允許天然氣 與油分離的空間?？梢栽O(shè)置一個或多個霧轉(zhuǎn)化器以收集可能在天然氣中懸浮的油滴。
[0005] 分離器包括使井的輸出進入分離器的流入管、天然氣輸出管、油輸出管和水輸出 管。如果油位或水位下降太慢，則天然氣可能流入油輸出管或水輸出管。為了防止這種情 況，一些分尚器在油輸出管和水輸出管上放置閥門，該閥門被設(shè)計為當(dāng)油位或水位太低時 閉合。然而，由于在分離器的流入物中存在沙或其他碎片，因此這些閥門容易卡住。有用的 是，確定氣體是否存在于場流中，使得可以采取步驟以防止天然氣進入油輸出管。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型的實施例解決了與流過導(dǎo)管的流體的某些異常相關(guān)聯(lián)的問題。更具體 地，本實用新型的實施例解決了以下情形：導(dǎo)管被設(shè)計用于承載一種類型的流體，但該導(dǎo) 管在第二類型的流體流過時容易受到影響。本實用新型的實施例檢測被設(shè)計用于承載一種 類型的流體的導(dǎo)管何時承載第二類型的流體。例如，本實用新型的實施例能夠確定被設(shè)計 用于承載液體的導(dǎo)管何時承載氣體，或者被設(shè)計用于承載氣體的導(dǎo)管何時承載液體。
[0007] -種流量計，包括：過程傳感器配件，該過程傳感器配件提供傳感器信號；以及濾 波級，該濾波級與過程傳感器配件相連，該濾波級包括低通濾波器和高通濾波器，并且根據(jù) 傳感器信號提供濾波的信號。診斷模塊與該濾波級相連，并且確定濾波的信號指示針對第 一流體的低流量狀況；響應(yīng)于該低流量狀況，改變低通濾波器的至少一個參數(shù)和高通濾波 器的至少一個參數(shù)，使得濾波級提供新的濾波的信號；確定新的濾波的信號未指示針對第 二流體的低流量狀況；以及響應(yīng)于新的濾波的信號未指示針對第二流體的低流量狀況，生 成警報。
[0008] -種過程控制變送器，包括：傳感器配件，該傳感器配件基于過程環(huán)境中的流體狀 況生成傳感器信號。濾波級從傳感器配件接收傳感器信號，并且向傳感器信號應(yīng)用低通濾 波器和高通濾波器以產(chǎn)生濾波的信號。診斷模塊從濾波級接收濾波的信號，并且基于濾波 的信號的改變來改變低通濾波器和高通濾波器，使得濾波級產(chǎn)生新的濾波的信號。然后，當(dāng) 新的濾波的信號指示在過程環(huán)境中存在不需要的流體時，診斷組件設(shè)置警報狀態(tài)。
[0009] 本實用新型的實施例產(chǎn)生了以下效果：能夠確定被設(shè)計用于承載某種流體的導(dǎo)管 中是否存在不同種類的流體。
[0010] 提供了【實用新型內(nèi)容】和摘要，從而以簡化的形式介紹構(gòu)思的選擇，下面將在詳細 描述中進一步描述構(gòu)思。該【實用新型內(nèi)容】和摘要并不旨在詳細說明要求保護的主題的關(guān)鍵 特征或?qū)嵸|(zhì)特征，也不旨在用于幫助確定要求保護的主題的范圍。
【附圖說明】
[0011] 圖1是分離器的橫截面圖。
[0012] 圖2是根據(jù)一個實施例的流量計的框圖。
[0013] 圖3是液體的傳感器信號的頻率響應(yīng)、氣體的傳感器信號的頻率響應(yīng)、針對液體 設(shè)置的濾波級的頻率響應(yīng)、以及針對氣體設(shè)置的濾波級的頻率響應(yīng)的圖形。
[0014] 圖4是根據(jù)一個實施例設(shè)置警報的方法的流程圖。
[0015] 圖5是根據(jù)第二實施例的流量計的框圖。
[0016] 圖6是根據(jù)第二實施例設(shè)置警報的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面所述的實施例提供了一種診斷模塊，當(dāng)診斷模塊檢測到被指定為運送一種流 體的導(dǎo)管實際上運送第二種液體時，觸發(fā)警報。例如，診斷模塊能夠確定被指定為運送液體 的導(dǎo)管何時正在運送氣體，并且能夠確定被指定為運送氣體的導(dǎo)管何時正在運送液體。診 斷模塊通過以下方式來做出這些確定：監(jiān)控濾波的信號以確定針對被指定給導(dǎo)管的液體是 否存在低流量狀況。當(dāng)感測到低流量狀況時，診斷模塊改變用于對傳感器信號進行濾波的 濾波器參數(shù)。具體地，診斷模塊使用被設(shè)計用于隔離與第二流體相關(guān)聯(lián)的傳感器信號的濾 波器參數(shù)。如果使用新的濾波器參數(shù)移除了低流量狀況（這將在第二流體正在導(dǎo)管中流動 的情況下發(fā)生），則診斷模塊生成指示導(dǎo)管正在運送第二流體而不是指定給導(dǎo)管的流體的 警報。
[0018] 圖1提供了可以在其中利用各個實施例的流量計102和104的示例性環(huán)境100。 環(huán)境100包括分離器油箱106,分離器油箱106能夠?qū)⒘魅胛?08分離為各種組成部分，包 括：水110、油112、以及氣體114。在一些實施例中，流入物108可以來自井口。
[0019] 分離器油箱106包括進口擋板116和消聲擋板118,進口擋板116和消聲擋板118 用于減小流入物108的速度以允許流入物108的組成部分相互分離從而形成氣體層122、油 層124和水層126。霧墊120收集氣體層122中存在的水和油滴，并且使所收集的油和水落 入油層124和水層126。油層124和水層126流向堰128,堰128將油層124與水層126分 離。具體地，油層124在堰128的頂部流入儲油室130。水層126在儲油器130下方流入儲 水室132。
[0020] 儲油室130中的油位是由液位控制器134和閥門136來控制的。當(dāng)液位控制器134 下降時，閥門136閉合以防止流體流過閥門136。液位控制器134的示例包括機械控制器、 氣動控制器和電子控制器。當(dāng)正確操作時，液位控制器134應(yīng)當(dāng)在油位下降至下導(dǎo)管138 的進入口以下時完全閉合閥門136,從而防止氣體114流過輸出導(dǎo)油管140。防止氣體流過 導(dǎo)管140是重要的，這是因為這種氣體是寶貴的并且如果未被正確處理則可能是危險的。
[0021 ] 儲水室132中的水位是由液位控制器142和閥門144來控制的。當(dāng)儲水室132中 的水位下降時，液位控制器142閉合閥門144以防止流體流過輸出導(dǎo)水管146。液位控制器 142可以是機械控制器、氣動控制器、或電子控制器。通過閉合閥門144,液位控制器142防 止氣體114在室132中的水110下降至下導(dǎo)管148的進入口以下時流過導(dǎo)管146。這防止 氣體進入儲水箱，從而防止損失寶貴的氣體并且防止爆炸氣體在儲水箱內(nèi)增長。
[0022] 由于流入物108中的沙和正常的磨損，閥門136和144可能在開口位置處卡住。當(dāng) 該情況發(fā)生時，氣體流過導(dǎo)管140和146。在下面所述的實施例中，流量計102和104檢測 該氣體流量并且提供警報使得位控制器和/或閥門可以得到修復(fù)。
[0023] 圖2提供了根據(jù)一個實施例的流量計的框圖。在圖2的實施例中，流量計是渦流 流量計210,渦流流量計210包括用于調(diào)節(jié)傳感器信號233的電子設(shè)備220。電子設(shè)備220 增加信號233的信噪比，并且產(chǎn)生表示流量的4-20mA電流形式的模擬信號和頻率與傳感器 信號233的頻率成正比的方波輸出F。#。
[0024] 電子設(shè)備220可應(yīng)用于必須對寬動態(tài)輸入頻率范圍做出響應(yīng)的現(xiàn)場安裝的過程 控制儀器。電子設(shè)備220特別適合于響應(yīng)于輸出表示的變量的功率來感測物理參數(shù)的測量 計。例如，渦流流量計和渦流式流量計通過感測頻率與流量成正比的幅度調(diào)制壓力信號來 測量流體流量，并且輸出表示流速的信號。
[0025] 液體或氣體223流過管道222。在圖1中，管道222是用于油的管道140和用于 水的管道146。其中具有阻流體226的渦流計外殼225位于管道222中。當(dāng)流體223流過 主體226時，產(chǎn)生具有表示流量的頻率的脫落渦流（shedding vortices) 228。阻流體226 或其子部分響應(yīng)于由于渦流脫落引起的阻流體兩端的壓力差而移動。例如，通過在229處 示出的壓電傳感器來感測移動。通過電壓源Es和串聯(lián)電容器C s來對傳感器229進行建模。 壓電傳感器的輸出信號的幅度與差分壓力成正比，差分壓力與PV2成正比，其中，P是流體 密度，V是流體223的速度，并且差分壓力還與pD2F2成正比（當(dāng)脫落條（shedding bar) 的大小與管道直徑之比保持恒定時），其中，D是測量計外殼225的內(nèi)徑，F(xiàn)是脫落頻率。
[0026] 壓電傳感器輸出親合到電荷放大器232,電荷放大器232包括電容器Cp和電阻器 RF，并且輸出渦流傳