(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気流量計であって、
プロセス流体流内に磁場を発生させるように構成された少なくとも１つのコイルと、
前記磁場に反応した前記流動プロセス流体内の起電力を検出するように構成された一対の電極と、
前記一対の電極に結合され、前記検出された起電力の指示を提供するように構成された測定回路と、
前記測定回路に結合され、前記検出された起電力の前記指示を受信し、前記検出された起電力に基づいて流動関連の出力を決定するように構成されたプロセッサと、
検出された同伴流体に関する情報を提供するために前記磁気流量計のいくつかの連続したパラメータを分析するように構成された診断コンポーネントと
を含み、前記同伴流体に関する情報は同伴流体の識別を含む、磁気流量計。
【請求項２】
無線プロセス通信ループに結合するように構成された通信モジュールをさらに含む、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項３】
前記診断コンポーネントは、前記連続したパラメータの標準偏差を計算するように構成されている、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項４】
前記診断コンポーネントは、前記連続したパラメータの変動係数を計算するように構成されている、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項５】
前記同伴流体に関する情報は同伴流体が検出されたことを示す警報を含む、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項６】
磁気流量計で同伴流体を検出する方法であって、該方法は、
複数のプロセス変数信号測定値を取得するステップと、
前記複数のプロセス変数信号測定値に少なくとも一部は基づいて、統計値を計算するステップと、
前記計算された統計値を所定の閾値と比較するステップと、
前記比較に基づいて、同伴流体が存在するかどうか判定するステップと、
同伴流体が存在するという指示を提供するステップと、
前記同伴流体の識別を提供するステップと、
を含む、方法。
【請求項７】
前記比較に基づいて、前記同伴流体は同伴ガスを含むことを検出し、同伴ガスが存在するという指示を提供するステップ
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記比較に基づいて、前記同伴流体は同伴油を含むことを検出し、同伴油が存在するという指示を提供するステップ
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記所定の閾値は、前記磁気流量計のメモリコンポーネント内に格納された、以前に測定された値に少なくとも一部は基づくものである、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記プロセス変数信号測定値及び前記計算された統計値のうちの少なくとも１つを外部ディスプレイに表示するステップ
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記提供される指示は視覚的警報を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記提供される指示は可聴警報を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記計算される統計値は標準偏差である、請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
前記計算される統計値は変動係数である、請求項６に記載の方法。
【請求項１５】
プロセス流内の同伴流体を検出するための装置であって、
プロセス流の特性を指示するセンサ信号を受信するように構成された信号受信コンポーネントであって、該センサ信号は、該プロセス流に結合された磁気流量計と関連付けられたセンサによって生成される、信号受信コンポーネントと、
前記受信したセンサ信号を分析し、前記受信したセンサ信号に少なくとも一部は基づいて統計値を計算するように構成された診断コンポーネントと、
前記計算した統計値に少なくとも一部は基づいて、前記プロセス流内に同伴流体が存在すると判定し、検出された同伴流体に関する情報を提供するように構成されたプロセッサコンポーネントと
を含み、前記同伴流体に関する情報は同伴流体の識別を含む、装置。
【請求項１６】
前記装置は、前記磁気流量計内の診断コンポーネントである、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記装置は、プロセス通信ループ上で前記磁気流量計に通信可能に結合されている、請求項１５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［背景技術］
セパレータは、様々な工業プロセスに使用される公知のプロセスユニットである。セパレータは、プロセス流を受け取り、プロセス流の材料を、多くの場合、廃棄物とさらなる加工用の材料とに分離することによって作動する。セパレータは、様々な工業プロセスにおいて、液体、気体、固体又はそれらの組み合わせを含む様々なプロセス混合物に使用することができる。特に、セパレータは石油天然ガス採掘プロセスにおいて有用であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
多相流を取り扱うセパレータが直面する１つの問題は、下流の処理、特にガスブローバイにおける同伴流体の問題である。気体流と液体流を受け取るセパレータでは、液体が容器から完全に排出されると、液体流のみを扱うように設計された下流の装置に気体が自由に流入することが可能になる。これはシステムに損傷や潜在的な危険をもたらす可能性があり、多くの場合、除去装置を作動させてシステムから同伴ガスを除去することが必要になる。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
磁気流量計は、プロセス流体流内に磁場を発生させるように構成された少なくとも１つのコイルを含む。一対の電極は、磁場に反応した流動プロセス流体内の起電力を検出するように構成されている。測定回路は、一対の電極に結合され、検出された起電力の指示を提供するように構成されている。プロセッサは、測定回路に接続され、検出された起電力の指示を受信し、検出された起電力に基づいて流動関連の出力を決定するように構成される。診断コンポーネントは、検出された同伴流体の指示を提供するために磁気流量計のいくつかの連続したパラメータを分析するように構成されている。
【０００４】
特許請求される実施形態を特徴付ける上記及び様々な他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を考察すれば明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の実施形態が特に有用である例示的なプロセス環境の概略図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態によるプロセス制御システム内の磁気流量計を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による磁気流量計の簡略ブロック図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による、プロセス流中の同伴ガスを検出するのに有用であり得る複数のプロセス変数を経時的に測定した結果を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による、プロセス流中の同伴ガスを検出するのに有用であり得る複数のプロセス変数を経時的に測定した結果を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による、プロセス流中の同伴ガスを検出するのに有用であり得る複数のプロセス変数を経時的に測定した結果を示す図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態による、プロセス流中の同伴ガスを検出するのに有用であり得る複数のプロセス変数を経時的に測定した結果を示す図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、プロセス流中の同伴油を検出するのに有用であり得る複数のプロセス変数を経時的に測定した結果を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による、プロセス流中の同伴油を検出するのに有用であり得る複数のプロセス変数を経時的に測定した結果を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による、プロセス流中の同伴油を検出するのに有用であり得る複数のプロセス変数を経時的に測定した結果を示す図である。
【図４Ｄ】本発明の一実施形態による、プロセス流中の同伴油を検出するのに有用であり得る複数のプロセス変数を経時的に測定した結果を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態によるプロセス環境における同伴流体の指示を提供する例示的な方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図１に、本発明の実施形態が特に有用である簡略化された例示的なプロセス環境を示す。プロセス流体は、例示的なプロセス環境５０内を循環し、又はプロセス環境５０によって生成され得る。プロセス流体は、天然ガス、油又は別の流体であってよい。流体は、坑口装置などの例示的な流体源１０から発生し、流体を非生産的な材料から分離する、例えば、天然ガスを水圧破砕用流体又は処理水から分離するように構成されたセパレータ２０に供給される。一実施形態では、流体がセパレータ２０を通過すると、生成物はさらなる下流処理のためにプロセス流４０内を移動する。非生産的な材料はそうではなく廃棄流３０に誘導され得る。流量計１０２は、セパレータ２０を出る廃棄流３０に関連する１つ以上のプロセス変数又はパラメータを測定するように構成される。
【０００７】
プロセス流中の同伴流体を早期に検出すれば、廃棄ライン又は貯蔵システムに入るガス又は油を最小限に抑えることができる。廃棄流内でガスが検出された場合、そのガスを再捕獲し、又は焼却処理しなければならない。同伴ガスを早期に検出すれば、焼却処理を減らすことができる。焼却処理を最小限に抑えることにより、環境への影響が減少し、全体のガス生産量が増加する。典型的な設備では、同伴ガスは、圧力逃がし通気口を通して大気中に排出され、又はプロセス環境内にフレアシステムが設置されている場合には、同伴ガスは燃焼される。蒸気回収装置が設置されている場合、プロセス環境はそのガスを再捕獲することができるかもしれないが、そうでない場合、ガスからの収益が失われる可能性がある。収益の損失に加えて、放出されたガスにより、特定のプロセス環境での炭素排出量に関する規制に適合しなくなる可能性もある。
【０００８】
プロセス流内の同伴ガスは、コストの増加を引き起こす可能性がある。プロセス流中の同伴ガスは、典型的には、体積流量計が、生成された水の体積を過剰に記録する原因となる。これにより、貯蔵タンクが満杯でないときに、ポンパーが現場まで余分に往復することになりかねない。したがって、システム内の同伴ガスの検出及び除去は、廃棄物処理コストの管理及び他の潜在的な問題の検出にとって重要である。
【０００９】
したがって、可能な限り早く是正措置を講じるために、磁気流量計１０２がプロセス流内の同伴ガス及び／又は同伴油を検出できることが望ましい。
【００１０】
図２Ａに、プロセス制御又は監視システム内の例示的な磁気流量計を示す。磁気流量計１０２は、プロセスプラント内の流体と関連付けられた流量関連のプロセス変数を監視するように構成されている。そのような流体の例には、化学薬品、パルプ、石油、ガス、医薬品、食品及び他の流体の処理プラントにおけるスラリー及び液体が含まれる。環境１００において、磁気流量計１０２は、制御弁１１２にも結合されているプロセス配管１０４に結合されている。
【００１１】
流量計１０２などの磁気流量計において、監視されるプロセス変数は、プロセス配管及び流管１０８を流れるプロセス流体の速度に関するものである。流量計１０２によって取得された測定値は、以下でより詳細に説明するように、オペレータに他の情報、例えば廃棄流中の同伴ガス又は同伴油の指示を提供するために使用されてもよい。磁気流量計１０２は、流管１０８に連結された電子機器ハウジング１２０を含む。磁気流量計１０２の出力は、通信バス１０６を介してコントローラ、例えばコントローラ２００やインジケータに長距離伝送されるように構成されている。典型的な処理プラントでは、通信バス１０６は、４〜２０mAの電流ループ、FOUNDATION（商標）フィールドバスセグメント、パルス出力／周波数出力、Highway Addressable Remote Transducer（HART（登録商標））プロトコル通信、ＩＥＣ  ６２５９１によるものなどの無線通信接続、イーサネット（登録商標）、又はシステムコントローラ／モニタ２００などのコントローラへの光ファイバ接続、又は他の適切な装置とすることができる。システムコントローラ２００は、流量情報を表示し、人間のオペレータのためにシステム内の問題の潜在的な指示を提供する、プロセスモニタとして、又は通信バス１０６上で制御弁１１２を使用してプロセスを制御するプロセスコントローラとしてプログラムされ得る。
【００１２】
図２Ｂは、本発明の一実施形態による磁気流量計の簡略ブロック図である。コイル１２２は、コイル駆動回路１３０からの印加駆動電流に応答して流体流において外部磁場を印加するように構成されている。ＥＭＦセンサ（電極）１２４は、流体流に電気的に結合し、ＥＭＦ信号出力１３４を、増幅器１３２及びアナログ／デジタル変換器１４２を含む測定回路に提供する。増幅器１３２に提供される信号は、印加された磁場に起因して流体流で発生するＥＭＦと、流体速度とに関連したものである。アナログ／デジタル変換器１４２は、デジタル化されたＥＭＦ信号をマイクロプロセッサシステム１４８に提供する。信号プロセッサ１５０は、ＥＭＦ出力１３４に結合して流体速度に関連した出力１５２を提供する流量計電子回路１４０のマイクロプロセッサシステム１４８において実装される。メモリ１７８は、以下で論じるように、プログラム命令又は他の情報を格納するのに使用することができる。流量計１０２は、本明細書に記載の実施形態に従って、デジタル信号処理アルゴリズムを実行して、プロセス流体流内の同伴空気又は同伴油を検出するように構成された診断コンポーネント１５４を含む。
【００１３】
一実施形態では、流量計１０２は、デジタル通信回路１６２を使用して１台以上の遠隔装置と通信することができ、デジタル通信回路１６２は、一実施形態では、無線プロセス通信ループ又はセグメントで動作することができる。この場合、デジタル通信回路は無線送受信機を含み、よって、マイクロプロセッサシステム１４８からのコマンド及び／又はデータに基づいて、外部無線装置とやりとりすることができる。
【００１４】
同伴ガス及び／又は同伴油は、一実施形態では、磁気流量計１０２の様々な測定値又はパラメータを追跡、分析することによって、プロセス流内で検出可能とすることができる。測定値又はパラメータのいくつかは、流量値、差動電極電圧値、空パイプ値、及び信号対雑音比を含む。流量計１０２は、受け取った値と関連付けられた統計、例えば標準偏差や変動係数を計算することもできる。これらの変数を経時的に監視することにより、流量計１０２は、プロセス流が同伴ガス又は同伴油を含む場合にそれを検出することができる。例えば、以下でより詳細に説明するように、同伴ガスは、一実施形態では、流量値、差動電極電圧、及び空パイプ値に関連した測定変数値又は計算変数値の急激な増加及び減少によって検出することができる。他方、同伴油は、一実施形態では、空パイプ値、空パイプ位相角及び空パイプ振幅に関連した測定値の持続的な増加によって検出することができる。オペレータにシステム内の同伴ガス又は同伴油の存在を知らせることができる診断方法を有するため、より迅速な是正措置が可能になる。
【００１５】
同伴流体を指示するプロセス変数
図３Ａ〜図３Ｄに、本発明の一実施形態による、プロセス流中の同伴ガスを検出するために有用であり得るいくつかのプロセス変数を示す。ガスが流体流内に混入すると、ガス泡が流体流を流れる際に電極１２４と接触するために信号対雑音比が減少する。この変数出力の急激な変化は、流量計１０２から報告される信号において目視で確認できる場合がある。図３Ａ〜図３Ｄに示す結果は、一実施形態において、磁気流量計１０２によって取得され、又は受信信号に基づいて計算され、分析のためにコントローラ２００に提供され得る様々なプロセス変数測定値を示している。一実施形態では、図３Ａ〜図３Ｄに提示された結果は正規化された結果である。
【００１６】
図３Ａ〜図３Ｄに示すように、例示的なプロセスの間の様々な時点で、流体流に空気を導入した。空気注入点３０６は、同伴空気の流体流への導入に対応している。同伴空気は、おおよそ、１９秒、３３秒、４６秒、及び６３秒の時点で導入した。
【００１７】
図３Ａに、磁気流量計１０２の流量測定値の未処理の信号、計算された標準偏差、及び計算された変動係数をそれぞれ示すグラフ３１０、グラフ３１５、及びグラフ３２０を示す。グラフ３１０は、空気注入点３０６でプロセス流に空気を注入した際の、流量計１０２の例示的な未処理の流量値測定値３０４及び平均流量値測定値３０２を示している。グラフ３１５は、未処理の流量値の計算された標準偏差３０８を経時的に示している。グラフ３２０は、未処理の信号値の変動係数３１２を経時的に示している。変動係数３１２は、標準偏差３０８を平均値３０２で割ったものから計算される。変動係数３１２を使用する利点の１つは、生成される検出が流量値の変化に無関係であることである。したがって、同伴ガスを、受け取られた流量値信号３０４、計算された標準偏差値３０８及び／又は計算された変動係数３１２によって検出することができる。グラフ３１５に示すように、標準偏差値３０８は、システム内に同伴空気がなかったときに取得されたベースライン値の４０倍を超える増加を示している。変動係数３１２も、ベースライン値の４０倍を超える増加を示している。同伴空気が電極１２４と接触して通過する際の、計算された標準偏差３０８及び変動係数３１２の著しい増加及び減少は、プロセス流中の同伴ガスを検出するための示差的で認識可能な診断ツールを提供する。
【００１８】
図３Ｂに、磁気流量計１０２の差動電極電圧測定値の未処理の信号、計算された標準偏差、及び計算された変動係数をそれぞれ示すグラフ３２５、グラフ３３０、及びグラフ３３５を示す。グラフ３２５は、様々な空気注入点３０６でシステムに空気を注入した際の、磁気流量計１０２によって取得された例示的な未処理の差動電極電圧測定値３０４及び平均差動電極データ３０２を示している。グラフ３３０は、受け取られた差動電極電圧の計算された標準偏差３０８を経時的に示している。グラフ３３５は、差動電極電圧の変動係数３１２を経時的に示している。グラフ３３０に示すように、偏差基準３０８は、最低でも、システム内に同伴ガスが存在していなかったときに取得されたベースライン値の１００倍超まで急激に増加し、次いで、急激にベースライン値に戻った。同様に、変動係数３１２も、ベースラインを超える非常に大きな増加と、ベースラインまでの急激な減少を示した。標準偏差３０８及び変動係数３１２の急激な増加及び減少は、プロセス流中に同伴ガスが存在し得るという検出可能な指示を提供する。
【００１９】
図３Ｃに、磁気流量計１０２の空パイプ値測定値の未処理の信号、計算された標準偏差、及び計算された変動係数にそれぞれ対応するグラフ３４０、グラフ３４５、及びグラフ３５０を示す。グラフ３４０は、様々な空気注入点３０６でシステムに空気を注入した際の、磁気流量計１０２の例示的な未処理の空パイプ値測定値３０４及び平均空パイプ値測定値３０２を示している。グラフ３４５は、受け取られた空パイプ値測定値の計算された標準偏差３０８を経時的に示している。グラフ３５０は、空パイプ値測定値の変動係数３１２を経時的に示している。空パイプ値は、グラフ３４０、グラフ３４５、及びグラフ３５０に示すように、システムへの空気注入発生の４回のうちの３回を首尾よく検出した。図３Ｃに示す例では、空パイプ値を毎秒１回だけ測定した。空パイプ値測定値をもっと頻繁に、例えば毎秒２回又は毎秒４回取れば、空パイプ値に基づく診断が、プロセス流への空気混入の発生を全て首尾よく検出することになる可能性がある。一実施形態では、空パイプ値に基づく診断の代わりにコモンモード電極電圧に基づく診断を使用することにより、全ての同伴空気の発生を検出することができるツールを提供することもできる。図３Ｃに示すように、空パイプ値を経時的に測定すれば、かなりの数のシステムへのガス混入の発生を検出することができる可能性がある。
【００２０】
図３Ｄに、５Hzで取得された磁気流量計１０２の信号対雑音比測定値の未処理の信号、計算された標準偏差、及び計算された変動係数にそれぞれ対応するグラフ３５５、グラフ３６０、及びグラフ３６５を示す。グラフ３５５は、様々な空気注入点３０６でシステムに空気を注入した際の、磁気流量計１０２の例示的な未処理の信号対雑音比測定値３０４、及び平均の未処理の信号対雑音比測定値３０２を示している。グラフ３３０は、信号対雑音比測定値の計算された標準偏差３０８を経時的に示している。グラフ３３５は、信号対雑音比測定の変動係数３１２を経時的に示している。ガスが流体中に混入すると、ガス泡が電極と接触するため、信号対雑音比は経時的に減少するはずである。これは、キャビテーションの有無にかかわらず、長期間にわたって見られることがある。しかし、図３Ｄに短時間で示されるように、信号対雑音比の使用は、同伴ガスがシステム内に存在する場合に著しい変化を示さない。
【００２１】
図４Ａ〜図４Ｄに、本発明の一実施形態による、プロセス流中の同伴油を検出するのに有用であり得るいくつかのパラメータを経時的に測定した結果を示す。同伴油は、一実施形態では、油の導入に起因するプロセス流体流中の流体の導電率の変化として検出することができる。同伴油の検出が重要なのは、それが漏れを示すものであり、漏れの原因を特定するのに有用となる可能性があるからである。図４Ａ〜図４Ｄに示す結果を得る際に、水流に油、キャノーラ油を注入した。注入点４０６から開始して、約６０秒に対応する時間にわたって油を流れにゆっくりと注入した。一例では、図４Ａ〜図４Ｄで表す結果は正規化される。
【００２２】
図４Ａに、磁気流量計１０２の流量値測定値の未処理の信号、計算された標準偏差、及び計算された変動係数にそれぞれ対応するグラフ４１０、グラフ４１５、及びグラフ４２０を示す。グラフ４１０は、油導入点４０６から開始して、システムに油を導入した際の、磁気流量計１０２の例示的な未処理の流量値測定値４０４、及び平均流量値測定値４０２を示している。グラフ４１５は、流量値測定値の計算された標準偏差４０８を経時的に示している。グラフ４２０は、流量値測定値の変動係数４１２を経時的に示している。図４Ａに示すように、流量測定値及び計算された標準偏差は、油がシステムに導入される際にあまり変化しなかった。これは、システムに同伴空気を導入した場合の図３Ａに示す流量値測定値の著しい急激なスパイクとは対照的である。したがって、本明細書に記載する実施形態による診断システムは、プロセス流中の同伴ガスを検出し、同定することができる可能性がある。
【００２３】
図４Ｂに、磁気流量計１０２の空パイプ値測定値の未処理の信号、計算された標準偏差、及び計算された変動係数にそれぞれ対応するグラフ４２５、グラフ４３０、及びグラフ４３５を示す。グラフ４２５は、油導入点４０６から開始して、ある期間にわたってシステムに油を導入した際の、磁気流量計１０２の例示的な未処理の空パイプ値測定値４０４、及び平均空パイプ値測定値４０２を示している。グラフ４３０は、空パイプ値測定値の計算された標準偏差４０８を経時的に示している。グラフ４３５は、受け取られた空パイプ値測定値の変動係数４１２を経時的に示している。図４Ｂに示すように、空パイプ値測定値は、油がシステムに導入された後のある期間にわたって迅速かつ持続的な増加を示している。グラフ４２５に示すように、空パイプ値測定値の未処理の信号は、１００秒前後に著しく変動し始める。空パイプ値の標準偏差も、油が流体流に入った後３０秒に対応する９０秒前後から著しく持続的な増加が開始することを示している。加えて、変動係数４１２も、９０秒前後に、以前に測定されたベースラインと比較して、著しい増加を示している。また、グラフ４３０に示すように、標準偏差４０８は、単に増加するだけではなく、油を同伴する前の状態の２０倍を超えて増加する。標準偏差も、経時的にベースラインよりも少なくとも１０倍大きいままである。変動係数４１２も著しい検出可能な増加を示しており、ベースラインの３０倍を超えて上昇し、一貫してベースラインの１０倍を超えたままでとどまる。
【００２４】
図４Ｂに示す結果は、空パイプ値測定値が、同伴油がシステムにいつ入ったかについての指示を確実に提供できることを示している。加えて、システム内の同伴空気に対応する、図３Ｃに見られる空パイプ値測定値と比較すると、図４Ｂの空パイプ値測定値は、同伴油が存在する場合の持続的な増加を示している。よって、空パイプ値測定値は、プロセス流中の同伴異質流体の確実な指示を提供し、受け取られた、又は計算された変数測定値に基づいて異質流体を同伴空気又は同伴油として確実に識別することができる。
【００２５】
図４Ｃに、油導入点４０６から開始して、ある期間にわたってシステムに油を導入した際の、磁気流量計１０２の空パイプ値から計算された空パイプ位相角４１２及び空パイプ値振幅４１４の標準偏差に対応するグラフ４４０を示す。左側の軸には度単位で測定された位相角４１２を示し、右側の軸には ｋオーム単位の振幅４１４を示す。図示のように、位相角４１２は、同伴油がプロセス流体流に導入された直後に急激かつ著しい減少を示している。加えて、位相角の振幅４１４も、同伴油がシステムに入った直後に著しい増加を示している。位相角４１２及び振幅４１４は、油がプロセス流体流に入る際の導電率及び誘電率の変化に起因して著しく変化する。
【００２６】
図４Ｄに、磁気流量計１０２の空パイプ値位相角測定値の未処理の信号、計算された標準偏差、及び計算された変動係数にそれぞれ対応するグラフ４４５、グラフ４５０、及びグラフ４５５を示す。グラフ４４５は、油導入点４０６から開始して、ある期間にわたってシステムに油を導入した際の、磁気流量計１０２の例示的な未処理の空パイプ値位相角測定値４０４、及び平均空パイプ値位相角測定値４０２を示している。グラフ４５０は、受け取られた空パイプ値位相角測定値の計算された標準偏差４０８を経時的に示している。グラフ４５５は、受け取られた空パイプ位相角値測定値の変動係数４１２を経時的に示している。グラフ４４５、グラフ４５０及びグラフ４５５の各々において、油がシステムに入る点は、同伴油注入点４０６によって示されている。約９０秒のところにはっきりと示されるように、平均空パイプ位相角信号は、劇的な減少を示し、次いで１１０秒に再度の増加の開始を示している。未処理の空パイプ位相角信号も、経時的に値の劇的に大きな変動を示し始める。空パイプ位相角の標準偏差４０８も、９０秒前後から著しい増加を示し、ベースラインの１０倍を超えて増加している。加えて、空パイプ位相角の変動係数４１２も、グラフ４５５で示すように、９０秒間前後で著しい増加を示している。グラフ４４５、グラフ４５０、及びグラフ４５５は、空パイプ位相角測定に基づく診断ツールが、プロセス流中の同伴油の指示を提供できるという証拠を提供している。
【００２７】
図３及び図４に示されている様々な変数測定値及び計算値は、プロセス流体流内の同伴異質流体の様々な確実な指標を示している。加えて、これらの指標のいくつかは、同伴流体を同伴ガス又は同伴油として識別するための識別可能な傾向も提供する。一実施形態では、流量計１０２は、有用な診断出力を提供するために、流量値、空パイプ測定値、空パイプ位相角、空パイプ値振幅、差動電極電圧、コモンモード電圧、及び／又は信号対雑音比の各プロセス変数測定値の全部又は一部を処理することができる。しかし、パラメータ／データ又は少なくともいくつかをプロセスコントローラ又は他の適切な装置に送信することもでき、そのデバイスによってそのような診断を実行できることも企図されている。流量計又は他のプロセス装置は、次いで、プロセス変数測定値の各々の標準偏差又は変動係数のいずれか又は両方を計算することができる。流量計はまた、各変数若しくはパラメータ、それらの標準偏差、及び／又はそれらの変動係数の閾値を用いてプログラムされてもよい。流量計は、受信信号が設定された閾値を上回っていることを検出すると、警報を出すようにプログラムすることができる。閾値は、オペレータが選択可能とすることもでき、製造者によって事前設定されてもよく、同伴流体のないプロセス流体流のベースライン値を指示する履歴データに基づくものであってもよい。
【００２８】
一実施形態では、未処理の変数測定値及び／又は計算された統計値のグラフ表示を、外部ディスプレイ上でオペレータに提示することができる。別の実施形態では、標準偏差及び／又は変動係数は、外部ディスプレイ上で未処理の信号あり又はなしでオペレータに提供される。別の実施形態では、信号のいずれもディスプレイ上では提供されず、流量計又は他の処理装置は、受信信号を分析し、プロセス流内の同伴油又は同伴空気の警報、例えば可聴アラームや点滅光を提供するように構成される。一実施形態では、信号は、同伴油及び／又は同伴ガスが検出されたときに警報機構と共に外部ディスプレイで提供される。一実施形態では、警報は可聴警報であってもよい。別の実施形態では、警報は、視覚的警報、例えばディスプレイ上の指示や、プロセス環境内に位置する点滅光であってもよい。あるいは、警報は遠隔地でオペレータに表示することもできる。
【００２９】
同伴流体を同定する方法
図５に、本発明の一実施形態によるプロセス環境における同伴流体の指示を提供する例示的な方法を示す。ブロック５０２で、方法５００は、磁気流量計を使用してプロセス変数測定値を取得する。プロセス変数測定値は、流量値、空パイプ値、差動電極電圧値、空パイプ位相角若しくは振幅値、コモンモード値、又はそれらの任意の組み合わせのいずれかを含むことができる。加えて、これらの値のいずれか１つ以上を経時的に取得して保存することもできる。一実施形態では、（図２Ｂに示す）マイクロプロセッサシステム１４８などのコントローラが、取得した信号を閾値と比較する。コントローラは、データの統計分析を行うために取得したプロセス値をメモリに保存することもできる。
【００３０】
ブロック５０４で、コントローラは、ブロック５０２で取得した（１つ以上の）プロセス変数測定値から１つ以上の統計値を計算する。計算される統計値は、例えば、標準偏差及び／又は変動係数とすることができる。一実施形態では、コントローラは、計算した統計量を未処理のプロセス変数と併せてメモリ１７８などのメモリコンポーネントに格納する。
【００３１】
ブロック５０６で、コントローラは、取得したプロセス変数及び／又は計算した統計値を事前設定された閾値と比較する。一実施形態では、閾値は製造業者によって事前設定され、例えば、プロセス流内の流体の予想される成分に応じて、ユーザが選択可能とすることができる。一実施形態では、プロセス変数及び計算された統計値は正規化されてよく、閾値は公知のベースラインと比較した増加に対応していてよい。例えば、閾値は、一実施形態では、５倍を超える標準偏差値の検出とすることができる。しかし、公知のベースラインの１０倍超や２０倍超など、他の倍数も使用することができる。図３及び図４に示すように、同伴ガスは経時的にプロットされるとベースラインからの検出可能な変化を提供する。別の実施形態では、閾値は、規定の値にではなく、規定の変化、例えば、前の６０秒で検出された値からの５倍を超える標準偏差及び／又は変動係数の増加の検出に対応していてよい。しかし、前の６０秒で検出された値の１０倍超や２０倍超など、他の倍数も使用することができる。加えて、最後の９０秒や最後の数分などの他の時間窓も使用することができる。
【００３２】
ブロック５０８で、コントローラは、例えば、受け取られたプロセス変数情報又は計算された統計値の経時的な変化の検出に基づいて、プロセス流内に同伴ガス又は同伴油が存在すると判定する。例えば、流量値の標準偏差で変化が検出された場合、これは、同伴油ではなく同伴ガスが存在することを指示する。加えて、例えば、差動電極電圧又は空パイプ値の突然の増加及び減少は、同伴ガスが存在することを指示し得るが、空パイプ値の持続的な増加は、同伴ガスではなく同伴油がプロセス流体流中に存在することを指示し得る。しかし、別の実施形態では、コントローラは、異質流体が同伴油かそれとも同伴ガスかを検出せず、異物が存在すると判断するだけである。
【００３３】
図３及び図４に示すように、様々な診断測定値を経時的に追跡し、分析することにより、オペレータがプロセス流内の同伴異質流体を検出し、識別することが可能になる。同伴油は、空パイプ値及びコモンモード電圧の標準偏差の変化によって検出可能とすることができる。コモンモード電圧標準偏差は、ある期間にわたる同伴空気も指示することができる。加えて、同伴油の濃度が十分に高い場合、差動電圧の測定値を使用して、同伴油を検出することもできる。
【００３４】
ブロック５１０で、方法はオペレータに警報を提供する。一実施形態では、警報は、取得されたプロセス変数及び／又は計算された統計値に基づくプロセス環境に何らかの問題があるという指示を含み、流量計のオペレータがプロセスをチェックし、エラーの原因が何か突き止めるよう提案することができる。しかし、別の実施形態では、コントローラは、プロセス変数及び計算された統計量の検出された変化に基づいて、システム内に同伴ガス又は同伴油が存在すると判定し、ブロック５１０で、例えばシステムのオペレータにシステム内に同伴油が存在するという警報を提供するなど、より詳細な警報を提供することができる。加えて、方法５００は、特定の流量計１０２の位置に基づいて、システム内の同伴流体の潜在的な位置を指示することもできる。例えば、同伴油は漏れがある弁を指示している可能性もある。コントローラは、環境１００内の流量計１０２の位置に基づいて、漏れが上流にある可能性が最も高いと指示できる場合もある。複数の流量計１０２を有する例示的な環境では、警報を発していない第１の流量計１０２の下流の第２の流量計１０２からの警報は、漏れが２つの流量計１０２の中間に位置する弁からであると指示することができる。
【００３５】
一実施形態では、ブロック５１６で、警報が必要であるとコントローラが判断した後、警報の状況を適切なディスプレイに表示することができる。これは、一実施形態では、同伴流体が存在することを指示する視覚的警報を含むことができる。別の実施形態では、警報は、同伴流体の同伴空気又は同伴油のいずれかとしての識別を含むことができる。別の実施形態では、警報は、同伴流体の供給源の潜在的な位置を指示することができる。
【００３６】
本発明を、好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細に変更を加えることができることを認めるであろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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