СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ЗАСОРЕНИЯ В РАСХОДОМЕРЕ КОРИОЛИСА И РАСХОДОМЕР КОРИОЛИСА
DETECTION METHOD OF BLOCKAGE IN CORIOLIS FLOW METER, AND CORIOLIS FLOW METER

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение касается способа для обнаружения полного или частичного засорения измерительной трубы расходомера Кориолиса, который может устанавливаться в трубопроводе и который имеет измерительный преобразователь вибрационного типа, по меньшей мере, с двумя благоприятными в гидродинамическом отношении, установленными параллельно измерительными трубами. Кроме того, изобретение касается соответственным образом сконструированного расходомера Кориолиса.
Уровень техники
Принцип Кориолиса действует всегда в том случае, если в системе, в которой движется масса, вращающая составляющая движения массы и прямолинейная составляющая, проходящая, по меньшей мере, частично, вертикально относительно оси вращения массы, накладываются, причем на движущуюся массу накладывается дополнительная сила, которая называется силой Кориолиса. Это явление известным способом используется в расходомерах Кориолиса, например, для определения массового расхода среды, протекающей в трубопроводе. На практике такие расходомеры Кориолиса устанавливаются в трубопроводе, по которому протекает соответствующая среда, в качестве так называемых встроенных измерительных приборов.
Зачастую в расходомерах Кориолиса устанавливаются измерительные преобразователи, которые имеют две благоприятные в гидродинамическом отношении, параллельно установленные измерительные трубы, в которые протекает проходящая по трубопроводу среда. Как правило, обе измерительные трубы на практике приводятся в колебательные движения в противоположной фазе относительно друг друга. Такой способ позволяет защитить колебательную систему, которая имеет две измерительные трубы, от влияния внешних вибраций. Кроме того, измерительный преобразователь расходомера Кориолиса может также иметь больше двух измерительных труб, например четыре измерительные трубы, которые являются благоприятными в гидродинамическом отношении и устанавливаются параллельно относительно друг друга. При этом в промышленных установках может сложиться ситуация, когда в таких расходомерах Кориолиса полностью или частично засоряется (по меньшей мере) одна из труб. Такая ситуация может сложиться, в особенности, тогда, когда в упомянутом трубопроводе протекает высоковязкая, негомогенная и/или склонная к образованию отложений среда.
Такое засорение только одного подмножества измерительных труб трудно обнаружить, поскольку среда продолжает протекать, по меньшей мере, по одной, оставшейся свободной измерительной трубе. Кроме того, даже при полном засорении только одной измерительной трубы, можно обеспечить проведение измерение массового расхода с помощью расходомера Кориолиса. Засорение измерительной трубы нельзя установить, в особенности, прямо, без помощи определенного значения массового расхода. Однако желательно, по возможности, надежно и своевременно обнаружить засорение измерительной трубы в расходомере Кориолиса. Такая потребность возникает, в особенности, в установках, которые должны соответствовать гигиеническим требованиям, и/или в установках, в которых по упомянутому трубопроводу планируется пропускать среду другого типа и необходимо предотвратить взаимное смешение сред.
В документе WO 2009/134268 А1 описывается расходомер, посредством которого можно обнаружить отклонение в параметре расходомера. Такое отклонение параметра расходомера может происходить, в том числе, в результате засорения измерительной трубы. В описанном способе на первой, а также на второй измерительной трубе расходомера регистрируется температура и по ней рассчитывается температурный градиент. Отклонение в параметре расходомера определяется в том случае, если рассчитанный температурный градиент превышает предельное значение. В другом описанном способе с помощью расходомера измеряется падение давления и на основе этого измерения рассчитывается ожидаемая скорость расхода. Эта ожидаемая скорость расхода сравнивается со скоростью расхода, которая действительно измеряется в расходомере. Отклонение в параметре расходомера определяется в том случае, если ожидаемая скорость расхода отклоняется от измеренной скорости расхода больше чем на предельное значение.
Раскрытие изобретения
В соответствии с этим задача данного изобретения состоит в создании способа и расходомера Кориолиса, с помощью которого можно надежно и своевременно обнаружить полное или частичное засорение одной из нескольких имеющихся в расходомере Кориолиса измерительных труб.
Эта задача решается в способе для обнаружения полного или частичного засорения одной из нескольких имеющихся в расходомере Кориолиса измерительных труб согласно пункту формулы изобретения 1, а также посредством расходомера Кориолиса согласно пункту формулы изобретения 12. Другие преимущественные формулы выполнения изобретения приводятся в нижеприведенных пунктах формулы изобретения.
Согласно данному изобретению предлагается способ для обнаружения полного или частичного засорения измерительной трубы расходомера Кориолиса, причем расходомер Кориолиса устанавливается в трубопроводе и имеет измерительный преобразователь вибрационного типа, по меньшей мере, с двумя благоприятными в гидродинамическом отношении, установленными параллельно измерительными трубами. При этом через расходомер Кориолиса протекает среда и посредством расходомера Кориолиса в рамках измерения массового расхода по Кориолису определяется полный массовый расход среды через расходомер Кориолиса. Этот способ содержит следующие шаги:
A) Измерение подмножества потока, проходящего в подмножестве измерительных труб;
B) Сравнение величины полученного по этим измерениям потока в подмножестве с ожидаемым для этого подмножества контрольным значением, которое определяется по полному массовому расходу, определенному в рамках измерения массового расхода по Кориолису; и
C) обнаружение засорения, по меньшей мере, одной измерительной трубы измерительного преобразователя в случае, если величина потока в подмножестве отличается от контрольного значения более чем на одно предельное значение.
Как пояснялось выше, засорение измерительной трубы зачастую нельзя обнаружить только при помощи определенного общего массового расхода посредством расходомера Кориолиса, если среда продолжает протекать, по меньшей мере, по одной другой измерительной трубе. Однако в результате полного или частичного засорения, по меньшей мере, одной измерительной трубы в различных измерительных трубах образуются потоки различной силы (в особенности, отличаются скорости потока в зависимости от наличия соответствующего свободного сечения измерительной трубы). Посредством предложенного в изобретении способа внутри отдельной измерительной трубы образуются потоки различной силы. В то время, как дополнительно к (обычному при применении расходомеров Кориолиса) определению полного массового расхода еще измеряется подмножество потоков в подмножестве измерительных труб, значение потока в подмножестве, полученное по этому измерению, можно сравнивать с ожидаемым для этого подмножества контрольным значением, которое определяется по полному массовому расходу, определенному в рамках измерения массового расхода по Кориолису. Если величина потока в подмножестве значительно отличается от ожидаемого контрольного значения (т.е. более чем на одно предельное значение), это означает, что неравномерное распределение потока по измерительной трубе обусловлено засорением, по меньшей мере, одной измерительной трубы. В соответствие с этим предложенный в изобретении способ позволяет надежным и простым образом обнаружить полное или частичное засорение, по меньшей мере, одной измерительной трубы.
В связи с данным изобретением иногда упоминается, что предусмотрен, по меньшей мере, один конструктивный элемент. В таких конструктивных элементах также при других исполнениях имеется ссылка на возможность использования более одного конструктивного элемента, даже если об этом каждый раз специально не упоминается.
Предложенный в изобретении способ касается расходомера Кориолиса с измерительным преобразователем вибрационного типа. При этом измерительный преобразователь вибрационного типа служит для того, чтобы создавать в протекающей среде механические силы реакции, например, зависящие от массового расхода силы Кориолиса, зависящие от плотности силы инерции и/или зависящие от вязкости силы трения. Эти механические силы реакции могут регистрироваться в свою очередь с помощью датчика.
Типичный принцип действия такого расходомера Кориолиса описывается далее. Все (здесь: по меньшей мере, две) измерительные трубы испытывают механические колебания в результате действия, по меньшей мере, одного источника возмущений. При этом может производиться, в особенности, основной вид изгибных колебаний. Кроме того, регистрируются механические колебания измерительной трубы посредством, по меньшей мере, одного датчика колебаний (как правило, посредством, по меньшей мере, двух, расположенных на расстоянии вдоль направления распространения измерительных труб, датчиков колебаний). Сигналы, измеренные, по меньшей мере, одним датчиком колебаний, обрабатываются электронным блоком расходомера Кориолиса. Включение источника возмущений выполняется, как правило, также посредством электронного блока.
Полный массовый расход через расходомер Кориолиса может определяться, например, как поясняется ниже, в рамках измерения массового расхода по Кориолису. Если среда не протекает по измерительным трубам, то при возбуждении они начинают механически колебаться в фазе (вдоль их соответствующего направления распространения). Если среда протекает по измерительным трубам (со скоростью потока, большей, чем нулевая), это приводит к тому, что измерительные трубы дополнительно (вдоль их направления распространения) деформируются в результате действия на протекающую среду силы Кориолиса. Этот фазовый сдвиг, образующийся вдоль направления распространения измерительных труб, может регистрироваться посредством, по меньшей мере, одного датчика колебаний. Например, могут быть предусмотрены, по меньшей мере, два датчика колебаний, которые устанавливаются на расстоянии друг от друга вдоль направления распространения измерительных труб и которые, соответственно, регистрируют расстояние между двумя колеблющимися, главным образом, в противоположной фазе относительно друг друга измерительными трубами. Образующийся вдоль направления распространения измерительных труб фазовый сдвиг пропорционален полному массовому расходу, который определяется посредством расходомера Кориолиса. В зависимости от формы выполнения расходомера Кориолиса с его помощью может/могут также определяться дополнительно также плотность и/или вязкость протекающей среды. Для определения плотности среды используется принцип, согласно которому резонансная частота (например, основного вида изгибных колебаний) зависит от колеблющейся массы и, тем самым, от плотности протекающей среды. В соответствии с другой формой выполнения, расходомер Кориолиса имеет две измерительные трубы, которые проходят зеркально симметрично относительно друг друга по отношению к плоскости симметрии, которая распространяется между обеими измерительными трубами. Впрочем, обе измерительные трубы предпочтительно выполнены также зеркально симметрично относительно друг друга, в особенности, они имеют одинаковое (свободное) поперечное сечение потока.
Под «полным засорением» измерительной трубы понимается состояние, в котором расход через данную измерительную трубу больше не возможен. Под «частичным засорением» измерительной трубы понимается состояние, в котором расход через данную измерительную трубу снижен. Частичное засорение может происходить, например, посредством образования слоя или отложений среды внутри данной измерительной трубы. Если в данной связи используется полный термин «засорение», то речь может идти как о полном засорении, так и о частичном засорении.
«Среда» может состоять полностью или также только частично из жидкости, газа или смеси из жидкости и газа. Вместе с жидкостью, газом или смесью из жидкости и газа могут поступать, в особенности, также твердые частицы (например, пневматически подаваемая пыль, твердые частицы в газе, твердые частицы в жидкости и.т.д.).
«Подмножество измерительных труб» образуется в соответствии с другой формой выполнения точно одной измерительной трубы. В нижеследующем описании, в особенности, когда пишут: «по меньшей мере, одной измерительной трубы, которая образует подмножество», ссылаются, соответственно, также на этот вариант, даже если об этом каждый раз явно не упоминается. В особенности, в соответствии с другой формой выполнения, предусмотрено, что «подмножество измерительных труб» образуется посредством точно одной трубы и что расходомер Кориолиса имеет всего две измерительной трубы. Однако альтернативно «подмножество измерительных труб» может быть также образовано посредством нескольких измерительных труб еще большего числа измерительных труб расходомера Кориолиса. Например, подмножество измерительных труб может быть образовано также посредством двух измерительных труб, в то время как расходомер Кориолиса имеет всего четыре измерительные трубы. Кроме того, как поясняется на примере другой формы выполнения, заранее нельзя установить, какая измерительная труба, т.е. какие измерительные трубы образуют «подмножество измерительных труб», на которых выполняется шаг измерений (шаг А).
На шаге «измерения» (шаг А) измеряется величина, которая является типичной для протекающего в подмножестве измерительных труб потока (подмножество потока). Эта величина может быть образована, в зависимости от типа способа измерений и в зависимости от формы выполнения шага сравнения, например, посредством массового расхода среды через подмножество измерительных труб, скорость потока среды через, по меньшей мере, одну, образующую подмножество измерительную трубу, объемный расход среды через подмножество измерительных труб, промежутка времени, который необходим для того, чтобы локальное загрязнение прошло через измерительную трубу и т.д. Шаг измерения (шаг А) выполняется в соответствии с другой формой выполнения непосредственно на или в, по меньшей мере, одной измерительной трубе, которая образует подмножество. Альтернативно поток в подмножестве может также измеряться в непосредственной близости от, по меньшей мере, одной измерительной трубы, которая образует подмножество. Если подмножество измерительных труб образуется посредством более чем одной измерительной трубы, поток не обязательно измерять отдельно для каждой такой измерительной трубы. Более того, полный поток также можно измерять посредством этого подмножества измерительных труб. Такой случай имеет место, например, при измерении массового расхода по Кориолису в двух измерительных трубах для определения массового расхода посредством этих двух измерительных труб в расходомере Кориолиса.
«Величина потока в подмножестве», которая используется на шаге «Сравнение» (шаг В), не обязательно должна быть идентичной измеренной величине, зарегистрированной на шаге «Измерение» (шаг А). Величина потока в подмножестве может быть образована, в особенности, посредством величины, которая определяется по зарегистрированной измеренной величине, как например, посредством массового расхода, рассчитанного по скорости потока среды, проходящей по этой измерительной трубе. При этом величина потока в подмножестве является также типичной для потока (потока в подмножестве), проходящего в подмножестве измерительных труб.
«Ожидаемое для этого подмножества контрольное значение» определяется, в особенности, по определенному полному массовому расходу с учетом соотношения свободного (т.е. без учета засорения, которое может иметься в данном случае) поперечного сечения потока в подмножестве измерительных труб и свободного поперечного сечения потока всех измерительных труб. Если измерительные трубы имеют, соответственно, идентичное, свободное поперечное сечение потока, то это соотношение может определяться просто посредством деления числа подмножеств к полному числу измерительных труб. При этом «ожидаемое для этого подмножества контрольное значение» не обязательно должно определяться посредством ожидаемого для этого подмножества массового расхода. Более того, это контрольное значение может определяться посредством величины, которая рассчитывается по массовому расходу. При этом контрольное значение является типичным для потока, ожидаемого в подмножестве измерительных труб на основе полного массового расхода.
Для величины потока в подмножестве, а также для контрольного значения используются, в особенности, сравниваемые непосредственно друг с другом физические параметры. Соответствующим образом на шаге сравнения (шаг В)) величины потока в подмножестве и в качестве контрольного значения могут также использоваться другие параметры, которые получаются при преобразовании математических уравнений.
При этом измерение массового расхода по Кориолису (для определения полного массового расхода) может выполняться параллельно или также со сдвигом по времени (через короткий интервал времени) относительно шага измерения (шаг А)). Некоторые способы измерения для регистрации потока в подмножестве допускают параллельное (т.е. синхронное) выполнение измерения массового расхода по Кориолису для определения полного массового расхода.
Предельным значением может быть предельное значение, записанное в памяти расходомера Кориолиса. При этом речь может идти о постоянном значении. Альтернативно предельное значение может также определяться в зависимости от других параметров, например, от действительного полного массового расхода среды посредством расходомера Кориолиса, от самой среды и/или соответствующей установки. Предельное значение может также настраиваться пользователем в зависимости от требуемой чувствительности.
Если на шаге С) обнаруживается засорение, по меньшей мере, одной измерительной трубы измерительного преобразователя, пользователю может, например, направляться сигнал (например, на местный индикатор на расходомере Кориолиса) и/или на блок управления верхнего уровня, соединенный через сетевое устройство, которое выполняет управление процессом и/или контроль нескольких, установленных в коммуникационном соединении полевых устройств.
Способ может выполняться независимо от соответствующей формы и числа (по меньшей мере, двух) измерительных труб и, соответственно, режима возбуждения колебаний. В соответствии с другой формой выполнения предусмотрено, что предложенный в изобретении способ проводится периодически, в особенности, через определенные интервалы времени. Например, способ автоматически запускается электронным блоком спустя установленный заранее промежуток времени.
В соответствии с другой формой выполнения способ имеет следующие шаги:
D) обнаружение засорения внутри подмножества измерительных труб, если величина потока в подмножестве настолько отличается от контрольной величины, что в подмножестве имеется поток (относительно ожидаемого подмножества величин потока) с меньшим значением; и/или
Е) обнаружение засорения, по меньшей мере, одной измерительной трубы расходомера Кориолиса, не входящей в подмножество измерительных труб, если величина потока в подмножестве настолько отличается от контрольного значения, что в подмножестве имеется поток (по сравнению с ожидаемой величиной потока в подмножестве) с увеличенным значением.
Затем, в этой другой форме выполнения, в зависимости от направления отклонения между величиной потока в подмножестве и ожидаемым контрольным значением, определяется, засорена ли одна измерительная труба внутри подмножества (по меньшей мере) или засорена ли, по меньшей мере, одна измерительная труба из оставшейся / оставшихся измерительной трубы / измерительных труб. Если подмножество образуется посредством точно одной измерительной трубы, то на шаге С) обнаруживается засорение этой измерительной трубы. Если подмножество образуется посредством точно одной измерительной трубы и расходомер Кориолиса имеет всего две измерительные трубы, то на шаге Е обнаруживается засорение другой измерительной трубы, не образующей подмножество.
В соответствии с другой формой выполнения на шаге измерения (шаг А)) регистрируется скорость потока среды в подмножестве измерительных труб. Требуемая для шага сравнения (шаг В)) взаимосвязь между скоростью потока и массовым расходом может устанавливаться с учетом отношения свободного поперечного сечения потока (т.е. без учета имеющегося в данном случае засорения) подмножества измерительных труб к свободному поперечному сечению потока всех измерительных труб, а также (известной) плотности среды. Если подмножество измерительных труб образуется посредством точно одной измерительной трубы, то регистрируется, в особенности, скорость потока внутри этой измерительной трубы. Если подмножество измерительных труб образуется посредством нескольких измерительных труб, то, в особенности, в каждой из измерительных труб подмножества регистрируется скорость потока и по этим данным определяется величина потока в подмножестве, которая используется на шаге сравнения.
В соответствии с другой формой выполнения, на шаге измерения (шаг А)) регистрируется время, через которое локальное загрязнение, проходящее по трубе, вызывает неисправность в сигнале, который регистрируется посредством расходомера Кориолиса. Локальное загрязнение образуется, например, посредством пузырька газа, поступающего вместе с жидкостью, или посредством твердых частиц, поступающих вместе с жидкостью и/или газом. Регистрируемый промежуток времени обратно пропорционален скорости потока локального загрязнения в данной измерительной трубе. Затем, посредством такой регистрации определяется показатель для скорости потока среды внутри измерительной трубы, через которую проходит локальное загрязнение. При этом используется тот факт, что за время прохождения локального загрязнения через расходомер Кориолиса в сигнале, регистрируемом расходомером Кориолиса, вызывается неисправность. Эта неисправность обусловлена, в особенности, разницей плотности между локальным загрязнением и средой.
Сигнал от расходомера Кориолиса, который используется для регистрации такой неисправности во времени, образуется, в особенности, посредством измеренного в расходомере Кориолиса и/или обработанного сигнала. Сигнал образуется, в частности, посредством сигнала, который измеряется в рамках измерения по Кориолису полного массового расхода, в рамках измерения плотности среды и/или в рамках измерения вязкости среды или обрабатывается в расходомере Кориолиса. Например, сигнал образуется посредством определенного в расходомере Кориолиса полного массового расхода, введенной через определенный интервал времени в расходомер Кориолиса массы, определенной в расходомере Кориолиса резонансной частоты или посредством определенного в расходомере Кориолиса демпфирования и т.д. Как известно в отрасли техники посредством демпфирования указывается отношение входной величины возбуждения, которая является показателем для возбуждения измерительной трубы посредством, по меньшей мере, одного источника возмущений, к значению срабатывания датчика, которое является показателем для колебания, вызванного возбуждением. В особенности демпфирование указывается посредством отношения тока возбуждения, посылаемого на источник возмущения, к амплитуде отклонения датчика колебаний.
Как правило, нельзя повлиять на то, в какой момент времени и через какую измерительную трубу расходомера Кориолиса будет проходить локальное загрязнение. Предпочтительно электронный блок расходомера Кориолиса имеет механизм распознавания, с помощью которого автоматически распознается прохождение локального загрязнения и автоматически запускается измерение времени, через которое загрязнение вызывает неисправность в сигнале, зарегистрированном посредством расходомера Кориолиса.
Локальное загрязнение при прохождении через измерительную трубу не обязательно имеет ту же скорость потока, что и среда, проходящая по этой измерительной трубе. На скорость потока локального загрязнения, помимо скорости потока среды внутри измерительной трубы, в особенности, влияет разница плотности между средой и локальным загрязнением, а также точность выравнивания по горизонтали и форма соответствующей измерительной трубы.
В соответствии с другой формой выполнения в расходомер Кориолиса для различных полных значений массового расхода вводятся соответствующие промежутки времени, через которые локальное загрязнение, прошедшее в измерительную трубу, вызывает неисправность в регистрируемом посредством расходомера Кориолиса сигнале, при полностью свободном устройстве измерительной трубы. На шаге сравнения (шаг В)) в качестве ожидаемого контрольного значения используется введенный промежуток времени, который соответствует полному массовому расходу среды, который определяется посредством расходомера Кориолиса. Введенные промежутки времени могут определяться, например, заранее, во время эксперимента с соответствующей средой и с соответствующими, содержащимися в ней локальными загрязнениями. Соответствующим образом, заранее, во время эксперимента, на шаге обнаружения (шаг С)) может также определяться используемое предельное значение.
В соответствии с другой формой выполнения на шаге измерения для подмножества измерительных труб проводится измерение массового расхода по Кориолису, и в качестве потока в подмножестве измеряется массовый расход среды через это подмножество измерительных труб. Для этого подмножества измерительных труб, которое образуется, в особенности, посредством точно одной или посредством двух измерительных труб, может предусматриваться отдельная система измерения массового расхода по Кориолису (или отдельное измерительное устройство). Однако, в случае необходимости, вместе могут использоваться также части системы измерения массового расхода по Кориолису (или измерительное устройство), посредством которого определяется полный массовый расход по Кориолису.
В соответствии с другой формой выполнения на шаге измерения (шаг А)) посредством ультразвукового способа измерения измеряется скорость потока среды внутри одной измерительной трубы. При этом могут использоваться способы измерения с помощью ультразвука и измерительные устройства, известные, в частности, из уровня техники.
Альтернативно для измерения потока в подмножестве (сравн. шаг А)), проходящего в подмножестве измерительных труб, могут также использоваться альтернативные способы измерения. Например, также может использоваться, по меньшей мере, один гибкий, выступающий в поток элемент, который изгибается в направлении потока среды и для которого регистрируется сила изгиба. Один такой элемент может располагаться в измерительной трубе или непосредственно в потоке соответствующего подмножества измерительных труб.
В соответствии с другой формой выполнения шаги измерения (шаг А)), сравнения (шаг В)) и определения (шаг С)) выполняются в расходомере Кориолиса. Для этого в расходомере Кориолиса предусмотрен, в особенности, соответствующим образом выполненный электронный блок. Однако принципиально возможно, чтобы этапы предложенного в изобретении способа выполнялись в вышестоящем блоке управления, который находится в коммуникационном соединении с расходомером Кориолиса через сетевое устройство, или управляется этим блоком управления.
В соответствии с другой формой выполнения шаги измерения (шаг А)), сравнения (шаг В)) и обнаружения (шаг С)) выполняются одновременно с измерением проводимого в расходомере Кориолиса полного расхода среды посредством расходомера Кориолиса. Поэтому измерение расхода не должно прерываться для проведения предложенного в изобретении способа обнаружения засорения. Измерение полного расхода проводится, в частности, посредством измерения массового расхода по Кориолису полного массового расхода среды посредством расходомера Кориолиса. Измерение полного расхода может проводиться также посредством измерения плотности и/или измерения вязкости. Как уже пояснялось выше, не требуется обязательно, чтобы требуемый для определения ожидаемого контрольного значения полный массовый расход выполнялся точно одновременно с измерением потока в подмножестве. Однако для того, чтобы предотвратить появление дополнительных явлений со временем, преимущественно, чтобы регистрация полного массового расхода и потока в подмножестве выполнялись одновременно или примерно в одно время.
В соответствии с другой формой выполнения, в случае, когда обнаруживается засорение, по меньшей мере, одной измерительной трубы измерительного преобразователя, пользователю и/или на блок управления, находящийся в коммуникационном соединении с расходомером Кориолиса, передается сигнал. Передача сигнала пользователю может выполняться, например, посредством местной индикации на расходомере Кориолиса и/или посредством звукового сигнала расходомера Кориолиса. В установках автоматизации технологических процессов блок управления находится в коммуникационном соединении с расходомером Кориолиса (и, как правило, также с другими полевыми устройствами), как правило, через сетевое устройство (например, сетевое устройство полевой шины). При этом блок управления может выполнять управление процессом и/или контроль процесса, например, с помощью соответствующих ему полевых устройств.
Кроме того, данное изобретение касается расходомера Кориолиса, который может устанавливаться в трубопроводе, и который имеет один измерительный преобразователь вибрационного типа, по меньшей мере, с двумя благоприятными в гидродинамическом отношении, установленными параллельно измерительными трубами, и который выполнен таким образом, что посредством расходомера в рамках измерения массового расхода по Кориолису может определяться полный массовый расход протекающей в трубопроводе среды. Кроме того, с помощью расходомера Кориолиса может измеряться поток в подмножестве измерительных труб. Электронный блок расходомера Кориолиса выполнен таким образом, что посредством электронного блока одна из величин потока в подмножестве, полученных по этим измерениям, могут сравниваться с одним контрольным значением, которое ожидается для этого подмножества и которое определяется по полному массовому расходу, определенному с помощью расходомера Кориолиса, и что посредством электронного блока может обнаруживаться засорение, по меньшей мере, одной измерительной трубы измерительного преобразователя, в случае если величина потока в подмножестве отличается от контрольного значения больше чем на одно предельное значение.
Другие формы выполнения и варианты, поясненные выше и касающиеся предложенного в изобретении способа, могут быть реализованы соответствующим образом также в предложенном в изобретении расходомере Кориолиса. На технологических шагах, поясненных выше, если это технически возможно, в частности, электронный блок расходомера Кориолиса выполнен для исполнения соответствующего шага и/или для включения соответствующего функционального блока (расходомера Кориолиса) для выполнения шага. При этом электронный блок может быть цифровым или/или аналоговым.
В соответствии с другой формой выполнения расходомер Кориолиса, помимо системы измерения массового расхода по Кориолису (или устройства для измерения массового расхода по Кориолису) для измерения полного массового расхода протекающей по трубопроводу среды, имеет вторую измерительную систему (или второе измерительное устройство) для измерения потока, проходящего в подмножестве измерительных труб. В соответствии с другой формой выполнения, вторая измерительная система имеет, по меньшей мере, одну из нижеуказанных измерительных систем: систему измерения массового расхода по Кориолису для измерения массового расхода среды в подмножестве измерительных труб; и/или ультразвуковую измерительную систему для измерения скорости потока среды внутри одной измерительной трубы. Однако, как пояснялось выше, вторая измерительная система может быть выполнена также посредством другой измерительной системы, посредством которой может регистрироваться поток в подмножестве, проходящий в подмножестве измерительных труб.
Другие преимущества и целесообразность изобретения указываются ниже на примере нижеследующего описания форм выполнения и со ссылкой на прилагающиеся фигуры. На фигурах показаны:
Фиг.1: Схематичное изображение расходомера Кориолиса в перспективном виде с частично снятым корпусом для наглядности формы выполнения данного изобретения;
Фиг.2: Вид сбоку на показанный на фиг.1 расходомер Кориолиса с частично снятым корпусом;
Фиг.3а: График зависимости массового расхода, зарегистрированного расходомером Кориолиса, от времени, для наглядности неисправности, вызванной локальным загрязнением, в состоянии, в котором все измерительные трубы свободны;
Фиг.3b: График зависимости массового расхода, зарегистрированного расходомером Кориолиса, от времени, для наглядности неисправности, вызванной локальным загрязнением, в состоянии, в котором одна измерительная труба засорена; и
Фиг.4: График зависимости зарегистрированной расходомером Кориолиса интегрированной массы и демпфирования, от времени, для наглядности неисправности, вызванной локальным загрязнением.
На фигурах 1 и 2, в виде примера, изображен расходомер Кориолиса 2, который выполнен для проведения предложенного в изобретении способа обнаружения. Расходомер Кориолиса 2 имеет две удерживающиеся с возможностью колебания измерительные трубы А и В, которые, соответственно, выполнены в виде дуги и проходят параллельно друг другу. При этом расходомер Кориолиса 2 может устанавливаться таким образом в трубопровод (не показан), что среда, протекающая по трубопроводу, проходит по обеим измерительным трубам А и В. Для этого расходомер Кориолиса 2 имеет на входе разделитель потока 4, посредством которого среда делится на обе измерительные трубы А и В. На выходе соответствующим образом предусмотрен разделитель потока 6, посредством которого выходящая из обеих измерительных труб А и В среда снова объединяется и направляется к выпускному отверстию расходомера Кориолиса 2.
Между обеими измерительными трубами А и В располагается источник возмущений 8, который образуется в данном примере выполнения посредством электродинамического источника возмущений 8. Источник возмущений 8 располагается в данном примере выполнения в точке поворота дугообразного участка, который, соответственно, образуется посредством обеих измерительных труб А и В. Источник возмущений 8 выполнен таким образом, что его длина меняется при приложении электрического напряжения возбуждения. Посредством приложения соответствующего периодического электрического напряжения возбуждения к источнику возмущений 8 обе измерительные трубы А и В могут периодически отталкиваться друг от друга и/или притягиваться, так что они выполняют изгибные колебания. При этом обе измерительные трубы А и В возбуждаются в противоположной фазе относительно друг друга и выполняют, соответственно, одно (в противоположной фазе относительно друг друга) поворотное движение вокруг продольной оси 9 расходомера Кориолиса 2. Кроме того, обе измерительные трубы А и В на входе и на выходе механически соединены друг с другом посредством соответствующих соединительных элементов 10, 12.
Между обеими измерительными трубами А и В, соответственно, на входном и выходном участке этих труб, устанавливаются два датчика колебаний 14, 16, по изменению длины которых можно регистрировать механические колебания обеих измерительных труб А и В. В данном примере выполнения посредством обоих датчиков колебаний 14, 16 можно регистрировать, соответственно, изменение расстояния между обеими измерительными трубами А и В, т.е. их комбинированную амплитуду. Датчики колебаний 14, 16 образуются, например, посредством электродинамических датчиков колебаний. Обработка сигналов, поступающих от датчиков колебаний 14, 16, а также управление источником возмущения 8 выполняется посредством выполненного соответствующим образом электронного блока 18, который представлен схематично на фиг.2 в виде ящика. Включение источника возмущений 8 посредством электронного блока 18 показано схематично на фиг.2 стрелкой 24, в то время как передача сигналов в электронный блок 18 посредством датчиков колебаний 14, 16 схематично показана на фиг.2 стрелками 26, 28.
Во время эксплуатации посредством расходомера Кориолиса 2 можно определять массовый расход протекающей по соответствующему трубопроводу среды. В данной форме выполнения расходомера Кориолиса 2 посредством обоих датчиков колебаний 14, 16 регистрируется, соответственно, на входе и на выходе расстояние (которое меняется при колебаниях) между обеими измерительными трубами А, В. В результате силы Кориолиса, действующей на протекающую среду, образуется фазовый сдвиг вдоль направления распространения измерительных труб А и В. Этот фазовый сдвиг регистрируется датчиками колебаний 14, 16 посредством того, что датчики колебаний 14, 16 расположены на входе и на выходе. Затем по зарегистрированному фазовому сдвигу посредством электронного блока 18 можно определить полный массовый расход среды посредством расходомера Кориолиса 2. Расходомер Кориолиса 2 выполнен таким образом, что с его помощью могут определяться также плотность, а также вязкость протекающей среды.
При высоковязких средах и/или при средах, склонных к образованию отложений, может возникнуть ситуация, когда одна из измерительных труб А, В полностью или частично засорится. До тех пор, пока через оставшуюся измерительную трубу А или В еще возможен (в соответствии с этим повышенный) расход, засорение измерительной трубы А или В в рамках измерения полного массового расхода по Кориолису установить нельзя. Для того чтобы осуществить предложенный в изобретении способ для обнаружения засорения в измерительной трубе А, В, помимо полного массового расхода посредством расходомера Кориолиса 2 измеряется также поток в подмножестве, проходящий в одной из измерительных труб. Изображенный расходомер Кориолиса 2 выполнен, главным образом, зеркально симметрично относительно плоскости симметрии, проходящей между обеими измерительными трубами А, В. В особенности, обе измерительные трубы А, В выполнены зеркально симметрично относительно друг друга по отношению к этой плоскости симметрии. Они имеют, соответственно, одинаковое, свободное поперечное сечение потока. В соответствии с этим, в случае, если устройство измерительной трубы свободно, т.е. не засорено, поток распределяется равномерно (т.е. в соотношении 1:1) по обеим измерительным трубам А, В. Если одна из измерительных труб А, В (полностью или частично) засорилась, то расход через засорившуюся измерительную трубу становится меньше по сравнению с расходом через не засорившуюся измерительную трубу. Такое отклонение распределения потока от ожидаемого распределения потока можно установить посредством измерения потока в подмножестве, проходящего в одной из измерительных труб А, В.
Ниже в виде примеров поясняются различные формы выполнения изобретения, в которых, в особенности, используются различные способы для измерения такого потока в подмножестве.
В соответствии с формой выполнения, в данной форме выполнения, в измерительной трубе А измерение массового расхода по Кориолису выполняется через эту измерительную трубу А. В соответствии с этим, в качестве потока в подмножестве измеряется массовый расход среды через подмножество измерительных труб. Для этого в данной форме выполнения для этой измерительной трубы А предусмотрены, соответственно, источник возмущений 30, а также, соответственно, установленные на входе и на выходе датчики колебаний 32, 34. При этом источник возмущений 30, с другой стороны, опирается на одну (на фиг.1 показана частично снятую) деталь корпуса 36. Также оба датчика колебаний 32, 34 измеряют, соответственно, расстояние между измерительной трубкой А и деталью корпуса 36. Соответственно, как пояснялось выше в отношении источника возмущений 8 и обоих датчиков колебаний 14, 16, источник возмущений 30 также включается электронным блоком 18, и сигналы от обоих датчиков колебаний 32, 34 обрабатываются посредством электронного блока 18. Во время проведения измерения массового расхода по Кориолису через измерительную трубу А в данной форме выполнения только измерительная труба А начинает колебаться посредством источника возмущений 30, в то время как источник возмущений 8 не активен.
В данной форме выполнения величина потока в подмножестве образуется посредством массового расхода через измерительную трубу А, который определяется посредством измерения массового расхода по Кориолису (с помощью измерительного устройства, состоящего из источника возмущений 30 и датчиков колебаний 32, 34). Ожидаемое контрольное значение определяется как половина полного массового расхода среды, определенного в рамках измерения массового расхода по Кориолису (с помощью измерительного устройства, состоящего из источника возмущений 8 и датчиков колебаний 14, 16) посредством расходомера Кориолиса 2. Величина потока в подмножестве и ожидаемое контрольное значение определяются в электронном блоке 18 по соответствующим измеренным значениям и сравниваются друг с другом. Если величина потока в подмножестве значительно, т.е. более чем на величину предварительно заданного предельного значения, отличается от ожидаемого контрольного значения, то обнаруживается засорение одной измерительной трубы. Кроме того, в зависимости от направления отклонения значения подмножества потока от ожидаемого контрольного значения посредством электронного блока 18 определяется, какая из измерительных труб А, В засорена. Если обнаружено засорение измерительной трубы, то оператору передается сигнал на местный индикатор, предусмотренный на расходомере Кориолиса 2 (на фигурах не показан). Кроме того, с помощью расходомера Кориолиса 2 информация передается в блок управления, находящийся в коммуникационном соединении (не показан).
Далее поясняются другие формы выполнения изобретения, причем преимущественно подробно поясняется различие по сравнению с поясненной выше, первой формой выполнения. Во второй форме выполнения одновременно с измерением полного массового расхода по Кориолису (с помощью состоящего из источника возмущений 8 и датчиков колебаний 14, 16 измерительного устройства) регистрируется время, через которое локальное загрязнение, проходящее через измерительную трубу, вызывает неисправность в зарегистрированном посредством расходомера Кориолиса 2 сигнале. Показанное на фиг.1 измерительное устройство, состоящее из источника возмущений 30 и датчиков колебаний 32, 34, для определения массового расхода через измерительную трубу, во второй форме выполнения не требуется. Во второй форме выполнения используется явление, при котором в случае засорения измерительной трубы скорость потока в оставшейся измерительной трубе увеличивается, и тем самым, локальное загрязнение быстрее проходит через оставшуюся трубу.
Это явление можно наглядно видеть на фиг.3а и 3b. Соответственно, на фиг.3а и 3b показана зависимость полного массового расхода (т.е. полная скорость массового расхода), определенного в расходомере Кориолиса 2 (с помощью измерительного устройства, состоящего из источника возмущения 8 и датчиков колебаний 14, 16), от времени. При этом по оси Х нанесены отдельные точки измерений, зарегистрированные через равные интервалы времени, в то время как по оси Y нанесен определенный полный массовый расход в единицах измерения кг/час (килограмм/час). В опытной установке, используемой для измерений, показанных на фиг.3а и 3b, в качестве протекающей среды использовалась вода, которая протекала в соответствующем трубопроводе с полным массовым расходом 5000 кг/час. Локальное загрязнение образуется, соответственно, посредством воздушного пузыря, который поступает вместе с протекающей средой (здесь: вода) и проходит в измерительную трубу. Как видно на фиг.3а и 3b, в результате локального загрязнения при прохождении через измерительную трубу - независимо от незначительных неисправностей, которые могут возникнуть заранее и впоследствии - сначала происходит значительное увеличение сигнала полного массового расхода, затем значительное падение до уровня, значительно ниже действительного значения полного массового расхода (главным образом, 5000 кг/час), а затем - вновь подъем до уровня, соответствующего действительному значению полного массового расхода (главным образом, 5000 кг/час). Такой ход кривой сигнала полного массового расхода является типичным для прохождения локального загрязнения через измерительную трубу, в особенности, если локальное загрязнение имеет меньшую плотность, чем протекающая среда. При этом ход кривой сигнала полного массового расхода выше действительного значения полного массового расхода (5000 кг/час) и соответствует промежутку времени, за который локальное загрязнение проходит в первую половину измерительной трубы (т.е., главным образом, от входного отверстия измерительной трубы до достижения положения источника возмущений 8). Часть кривой сигнала полного массового расхода ниже действительного значения полного массового расхода (5000 кг/час) (5000 кг/час) соответствует промежутку времени, за который локальное загрязнение проходит во вторую половину измерительной трубы (т.е., главным образом, от положения источника возмущений 8 до достижения выходного отверстия измерительной трубы).
Промежуток времени от начала значительного увеличения сигнала полного массового расхода над значительным снижением сигнала полного массового расхода до достижения первоначального значения сигнала полного массового расхода используется в данной форме выполнения как время, выше которого локальное загрязнение, прошедшее в измерительную трубу, вызывает неисправность в сигнале (здесь: сигнал полного массового расхода), зарегистрированном расходомером Кориолиса 2. В опытной установке, которая использовалась для фиг.3а, поперечное сечение потока всех измерительных труб было свободным. Измеренный промежуток времени составил в этом случае 0,27 секунд, как схематично показано на фиг.3а. В опытной установке, которая использовалась для фиг.3b, измерительная труба была полностью закупорена резиновой пробкой. В соответствии с этим скорость потока в оставшейся измерительной трубе значительно увеличилась, что привело к значительному сокращению времени, которое необходимо для того, чтобы локальное загрязнение (здесь: воздушный пузырь) прошло в измерительную трубу. В данном случае измеренный промежуток времени составил 0,14 секунд.
Преимущественно при применении второй формы выполнения, прежде всего, в опытной установке с соответствующей средой (здесь: вода) определяются промежутки времени, соответствующие различным значениям полного массового расхода, через которые локальное загрязнение (здесь: воздушный пузырь) вызывает неисправность в сигнале, зарегистрированном расходомером Кориолиса при полностью свободном устройстве измерительной трубы. Эти промежутки времени (вместе с соответствующим значением полного массового расхода) записываются в записывающем устройстве (на фигурах не показано) расходомера Кориолиса 2.
Во время эксплуатации в расходомере Кориолиса 2 сигнал (здесь: сигнал полного массового расхода) проверяется на наличие неисправности, вызванной локальным загрязнением. Если такая неисправность устанавливается, то, как описано выше, регистрируется время, через которое локальное загрязнение вызывает неисправность в сигнале при прохождении через измерительную трубу. Этот промежуток времени используется как величина потока в подмножестве. Кроме того, полученный на основании одновременно проведенного полного массового расхода по Кориолису посредством расходомера Кориолиса 2 промежуток времени, который соответствует измеренному значению массового расхода, используется как ожидаемое контрольное значение. При этом величина потока в подмножестве и ожидаемое контрольное значение определяются электронным блоком 18 и сравниваются друг с другом. Такое сравнение и другие шаги выполняются в соответствии с той последовательностью, которая пояснялась выше в отношении первой формы выполнения. В отличие от первой формы выполнения в способе согласно второй форме выполнения нельзя прямо определить, какая измерительная труба А, В засорена. Так как при помощи сигнала, как правило, нельзя определить, через какую измерительную трубу прошло локальное загрязнение.
Альтернативно к сигналу полного массового расхода, для определения промежутка времени, через которое в соответствующем сигнале локальное загрязнение, проходящее через измерительную трубу, вызывает неисправность, могут использоваться также другие сигналы, которые измеряются и/или обрабатываются в расходомере Кориолиса 2. Это схематично показано на фиг.4.
1
2
1
2
1
2
На фиг.4 схематично, пунктирной линией нанесены объединенные значения массы через время (сравн. кривую, обозначенную буквой «М» на фиг.4). Объединенная масса рассчитывается в расходомерах Кориолиса часто для заполнения емкостей, резервуаров и т.д. Кроме того, штрихпунктирной линией на фиг.4 нанесено демпфирование через время (сравн. кривую, обозначенную буквой «D» на фиг.4). При этом оба сигнала могут, например, измеряться или обрабатываться расходомером Кориолиса 2, как показано на фиг.1 и 2. Для обоих сигналов, соответственно, сплошной линией представлена ожидаемая кривая. В промежутке времени от t до t локальное загрязнение, в особенности воздушный пузырь, проходит в измерительную трубу. Как видно на фиг.4, это можно заметить по ходу кривой обоих сигналов на основании пиков в этой области. В соответствии с этим для определения промежутка времени, необходимого для прохождения локального загрязнения в измерительную трубу, можно измерить промежуток времени, когда сигнал имеет повышенное значение (сравн. пунктирную, т.е. штрихпунктирную кривую между значениями временем t до t) по сравнению с ожидаемым ходом сигнала (сравн. сплошную линию между значениями времени t до t). Затем этот промежуток времени может обрабатываться в расходомере Кориолиса 2 соответствующим образом, как пояснялось выше по отношению к сигналу полного массового расхода.
Данное изобретение не ограничивается примерами выполнения, для которых приводятся пояснения со ссылками на фигуры. В особенности, альтернативно или дополнительно к описанным выше альтернативным вариантам могут использоваться также другие способы измерения и, в данном случае, измерительные устройства, чтобы обеспечить измерение потока в подмножестве, возникающего в подмножестве измерительных труб.