專利名稱：用于檢測在超聲波流量計中的沉積物堆積的方法和系統的制作方法
用于檢測在超聲波流量計中的沉積物堆積的方法和系統
背景技術：
在碳氫化合物從大地移出后，經由管線將流體流(例如原油或者天然氣)從一個地方傳送到另一個地方。期望精確地了解在這種流中流動的流體量，并且特別當所述流體交易時或者“交易計量(custodytransfer)”時更需要精確測量。但是，即使當未發生交易計量時，也期望精度測量。超聲波流量計可以用于諸如交易計量的場合。在超聲波流量計中，在一對或多對傳感器之間的待測的整個流體流來回地發送聲音信號。每個傳感器對被安置在流量計主體或者卷筒(spool piece)中，使得從一個傳感器向另一個傳感器傳播的聲音信號以一個角度與流過流量計的流體相交。流量計中的電子部件測量聲音信號從下游傳感器向上游傳感器傳播所需要的傳導時間和聲音信號從上游傳感器向下游傳感器傳播所需要的傳導時間之間的差。然后，將在傳導時間上的所述差用于計算通過流量計的流體的平均速度和容積流量。在管線中的超聲波流量計的運行期間，可能在流量計的內部表面上形成沉積物。 例如，液體超聲波流量計可能用于測量通常會包含蠟的原油。隨著時間的過去，在流量計的內部表面上逐漸堆積蠟沉積物。所述沉積物堆積可能引起在聲音信號的所測量的傳導時間上的不精確，并且減少了流量計的有效橫截面流道面積，這兩者都在所計算的通過流量計的容積流量上產生誤差。
發明內容
通過一種用于檢測在超聲波流量計中的沉積物堆積的方法和系統來至少部分地解決上述的問題。至少一些說明性實施例是包括超聲波流量計和電子部件的系統。所述超聲波流量計包括卷筒，所述卷筒被配置用來在流體流中耦接；第一傳感器對，被機械地安裝到所述卷筒上，并且被配置用來流動地耦接到所述流體流；以及，電子部件，電耦接到所述第一傳感器對。所述第一傳感器對包括上游傳感器和與所述上游傳感器具有工作關系的下游傳感器，并且在其間限定了第一弦。所述電子部件被配置用來根據在所述第一傳感器對之間傳送的聲音信號來確定診斷數據，所述診斷數據包括穿過所述流體的聲速。所述電子部件還被配置用來根據穿過所述流體的聲速的趨向(trend)來檢測在所述卷筒的內部表面上的沉積物堆積。其他說明性實施例是這樣的方法，所述方法包括根據在超聲波流量計的傳感器對之間傳送的聲音信號來確定診斷數據，所述診斷數據包括穿過流經所述超聲波流量計的流體的聲速。這些方法還包括判定穿過所述流體的聲速隨著時間的趨向；并且，使用被判定了趨向的穿過所述流體的聲速來檢測在所述超聲波流量計的內部表面上的沉積物厚度。其他說明性實施例是計算機可讀介質，包括多個指令，所述指令當被處理器執行時使得所述處理器使用基于在傳感器對之間傳送的聲音信號的診斷數據的趨向來檢測在超聲波流量計中的沉積物堆積，所述診斷數據包括穿過流過所述超聲波流量計的流體的聲速。
所公開的系統和方法包括克服現有技術的缺陷的特征和優點的組合。在閱讀了下面的詳細說明后并且通過參考附圖，如上所述的各個特征以及其他特征對于的本領域內的技術人員將是容易清楚的。
為了詳細地說明各個實施例，現在參考附圖，其中圖1圖解了超聲波流量計的剖視頂視圖；圖2圖解了根據至少一些實施例的超聲波流量計的端視圖，其中包括卷筒和弦路徑 A-D ；圖3圖解了根據至少一些實施例的超聲波流量計的頂視圖，其包括安裝有幾對傳感器的卷筒；圖4描述了用于檢測沉積物堆積的說明性方法實施例；圖5A和5B示意地描述了具有沉積物堆積的超聲波流量計的徑向和軸向橫截面視圖；以及圖6描述了一種用于量化沉積物堆積并且校正容積流量來說明沉積物堆積的說明性方法實施例。符號和命名在整個以下的說明書和權利要求中使用某些的術語來表示特定的系統部件。本文不打算區分名稱不同而非功能不同的部件。在下面的說明書和在權利要求中，以按擴充的方式使用術語“包括”，因此術語“包括”應當被解釋為“包括，但是不限于”。而且，術語“耦接”意欲表示間接連接或者直接連接。因此，如果第一裝置耦接到第二裝置，則該連接可以是直接連接，或者是通過經由其他裝置和連接的間接連接。
具體實施例方式圖1圖解了根據至少一些實施例的適合于測量諸如液體或者氣體的流體流的超聲波流量計。適合于布置在管線的各分段之間的卷筒100具有預定尺寸，并且限定了測量截面。傳感器對120和130和它們各自的外殼125和135沿著卷筒100的長度定位。傳感器120和130是超聲波收發器，這表示它們都產生和接收超聲波信號。在這個上下文中的 “超聲波”表示聲音信號，在一些實施例中，所述聲音信號具有大于大約20千赫茲的頻率。 在一些實施例中，超聲波信號具有大約125千赫(用于氣量計)和1兆赫(用于液體計) 的頻率。與頻率無關，可以由在每個傳感器中的壓電元件來產生和接收聲音信號。為了產生超聲波信號，所述壓電元件被通過電來刺激，并且其通過振動來響應。所述壓電元件的振動產生超聲波信號，所述超聲波信號通過卷筒100而傳播穿過流體，到達傳感器對的對應傳感器。在被超聲波信號沖擊后，接收壓電元件振動，并且產生電信號，所述電信號通過與所述流量計相關聯的電子部件檢測、數字化和分析。在傳感器120和130之間相對于中線105成角度θ存在有時被稱為“弦”的路徑 110?！跋摇?110的長度是在傳感器120的表面到傳感器130的表面之間的距離。點140和
5145限定了其中由傳感器120和130產生的聲音信號進入和離開流過卷筒100的流體的位置?？梢酝ㄟ^角度θ、在傳感器120和130之間測量的第一長度L、對應于在點140和145 之間的軸向距離的第二長度X和對應于管道或者卷筒直徑的第三長度D來限定傳感器120 和130的位置。在大多數情況下，在流量計制造期間，精確地確定距離D、X和L。而且，諸如120和130的傳感器通常分別被布置在與點140和145特定距離處，而不論流量計大小 (即卷筒直徑)如何。起初，下游傳感器120產生超聲波信號，所述超聲波信號傳播到并且沖擊上游傳感器130。一段時間之后，上游傳感器130產生返回超聲波信號，所述返回超聲波信號傳播到并且沖擊下游傳感器120。因此，傳感器120和130使用超聲波信號115沿著弦路徑110 進行“收發”。在運行期間，對于每個傳感器對，這個序列每分鐘可以發生幾千次。流體在卷筒100中沿方向150以速度分布(profile) 152來流動。速度向量 153-158說明了通過卷筒100的速度朝著中線105而增大。在傳感器120和130之間的超聲波信號115的傳導時間部分地依賴于超聲波信號115是否相對于流體流向上游或者下游傳播。向下游(即在與所述流相同的方向上)傳播的超聲波信號115的傳導時間小于當向上游傳播時的傳導時間(即與所述流相反)。上游和下游傳導時間可以用于計算沿著弦路徑110的平均速度，并且也可以用于計算在流體流中的聲速。在給定承載流體的流量計的橫截面測量和平均速度的情況下，可以計算流過卷筒100的流體的體積。為了更精確地確定在流量計截面上的平均速度，超聲波流量計包括多個路徑。圖 2圖解了多徑超聲波流量計。在這些實施例中，卷筒100在穿過流體流的不同級處，包括弦路徑A 225、弦路徑B 230、弦路徑C 235和弦路徑D 240。在替代實施例中，所述多徑流量計可以包括不同數量的弦路徑。每個弦路徑A-D對應于交替作為發送器和接收器的兩個傳感器。同樣示出的是控制電子部件160，其獲取和處理來自四個弦路徑A-D的數據。從圖2 中的視圖中隱藏的是對應于弦路徑A-D的四對傳感器。可以通過參考圖3更容易地理解所述四對傳感器的布置。四對傳感器端口被安裝在卷筒100上。每對傳感器端口對應于圖2的單個弦路徑110。卷筒100上安裝了第一對傳感器端口 125和135以及與其相關聯的傳感器。包括端口 165和175(在視圖中僅僅部分地示出)的另一對傳感器端口以及與其相關聯的傳感器被安裝，使得其弦路徑相對于傳感器125和135的弦路徑110寬松地形成“X”形。類似地，與傳感器端口 165和175平行地、但是處于不同的“級”地(即在管道或者流量計卷筒中的不同徑向位置)布置傳感器 185和195。在圖3中未明確地示出的是第四對傳感器和傳感器端口。將圖2和3結合來看，對所述傳感器對進行布置，使得對應于弦A和B的上兩對傳感器形成“X”形，并且對應于弦C和D的下兩對傳感器也形成“X”形。根據傳導時間，可以在每個弦A-D處確定流體的流速，以獲得弦流速，并且可以組合所述弦流速，以確定在整個管道或者流量計卷筒100上的平均流速。然后可以將通過流量計卷筒100的容積流量確定為流量計卷筒100的平均流速和橫截面面積的乘積。弦流速基于從四對傳感器接收的一批傳導時間。對于弦i，所述一批傳導時間包括在上游傳導時間Tlii和下游傳導時間T2,i之間的、在傳導時間上的一批差ATi，其基本上由下面的等式產生
權利要求
1.一種系統，包括 超聲波流量計，包括卷筒，所述卷筒被配置使得在流體流中耦接；以及第一傳感器對，機械地安裝到所述卷筒，并且被配置使得流動地耦接到所述流體流，所述第一傳感器對包括上游傳感器和與所述上游傳感器具有工作關系的下游傳感器并且在其間限定了第一弦；以及電子部件，所述電子部件電耦接到所述第一傳感器對，所述電子部件被配置用來根據在所述第一傳感器對之間傳送的聲音信號來確定診斷數據，所述診斷數據包括穿過所述流體的聲速；以及根據穿過所述流體的聲速的趨向來檢測在所述卷筒的內部表面上的沉積物堆積。
2.根據權利要求1的系統，其中，所述電子部件的至少一些被容納在所述流量計中。
3.根據權利要求1的系統，其中，所述電子部件的至少一些遠離所述流量計。
4.根據權利要求1的系統，其中，所述電子部件還被配置使得確定所述沉積物堆積的厚度。
5.根據權利要求4的系統，其中，所述電子部件還被配置使得當所述沉積物厚度超過閾值時產生信號。
6.根據權利要求1的系統，其中，所述電子部件還被配置用來確定由所述沉積物堆積引起的、經過所述流量計的容積流量的改變。
7.根據權利要求1的系統，其中，所述診斷數據還包括在所述第一傳感器對之間的傳導時間，并且其中，所述電子部件還被配置用來計算穿過所述流體的聲速。
8.根據權利要求1的系統，其中，所述電子部件還被配置用來存儲所述診斷數據。
9.一種方法，包括根據在超聲波流量計的傳感器對之間發送的聲音信號來確定診斷數據，所述診斷數據包括穿過流經所述超聲波流量計的流體的聲速；判定穿過所述流體的聲速隨著時間的趨向；并且，使用判定了趨向的穿過所述流體的聲速來檢測在所述超聲波流量計的內部表面上的沉積物堆積。
10.根據權利要求9的方法，還包括確定所述沉積物堆積的厚度。
11.根據權利要求10的方法，還包括當所述沉積物厚度超過閾值時產生信號。
12.根據權利要求10的方法，其中，基本上通過下面的等式來確定所述沉積物厚度
13.根據權利要求9的方法，還包括計算由所述沉積物堆積引起的經過所述流量計的流體的容積流量的改變。
14.根據權利要求13的方法，其中，基本上通過下面的等式來確定所述容積流量的改變Δ Q/Q = Δ V/V+ Δ Ac/Ac其中，Q、V、和Α。分別是在沒有沉積物堆積的情況下的容積流量、與所述第一傳感器對相關聯的平均流速和橫截面流道面積；并且，AQ、AV和ΔΑ。分別是由所述沉積物堆積引起的所述容積流量的誤差、與所述第一傳感器對相關聯的所述平均流速的誤差和所述橫截面流道面積的誤差。
15.根據權利要求14的方法，其中，基本上通過下面的等式來確定ΔΑ。/Α。 AAC/AC = -4tdeposit/D其中，D是在沒有沉積物堆積的情況下的所述超聲波流量計的內徑。
16.根據權利要求14的方法，其中，基本上通過下面的等式來確定AV/V:
17.一種計算機可讀媒體，包括多個指令，所述指令當被處理器執行時使得所述處理器使用基于在傳感器對之間傳送的聲音信號的診斷數據的趨向來檢測在超聲波流量計中的沉積物堆積，所述診斷數據包括通過流經所述超聲波流量計的流體的聲速。
18.根據權利要求17的計算機可讀媒體，其中，所述指令還使得所述處理器確定沉積物堆積的厚度。
19.根據權利要求18的計算機可讀媒體，其中，所述指令還使得所述處理器當所述沉積物堆積的厚度超過閾值時產生信號。
20.根據權利要求17的計算機可讀媒體，其中，所述指令還使得所述處理器根據所述沉積物堆積厚度來計算通過所述超聲波流量計的容積流量。
全文摘要
公開了一種用于檢測在超聲波流量計中的沉積物堆積的方法和系統。至少一些說明性實施例是這樣的超聲波流量計，包括卷筒，被配置使得在流體流中耦接；第一傳感器對，被機械安裝到所述卷筒，并且被配置使得流動地耦接到所述流體流(其中，所述第一傳感器對包括上游傳感器和與所述上游傳感器具有工作關系的下游傳感器，并且在其間限定了第一弦)；以及電子部件，被電耦接到所述第一傳感器對。所述電子部件被配置使得檢測在所述卷筒的內部表面上的沉積物堆積。
文檔編號G01F1/66GK102171540SQ200880111193
公開日2011年8月31日 申請日期2008年10月15日 優先權日2007年10月16日
發明者亨利·查爾斯·小斯特勞布 申請人:丹尼爾度量和控制公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
