[发明专利]用于流量计现场校准的系统和方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及一种用于流量计现场校准的系统和方法，并且 在一个实施例中，涉及一种用于火炬气(flare gas)流量计现场校准 的系统和方法。

背景技术

流量计和流量计系统被用于测量管路或管道内流动的流体的特性。 一种特定的重要特性是流体的流量或流速。超声波传感器经常被用于根 据通过流体传送的超声波信号的通过时间来测量流速。

通常，流量计利用两个彼此分别设置在管路或管道上游和下游的传 感器来测量流速。每个传感器都以交互的方式传送和接收信号。随后流 速作为沿流动方向和逆流动方向传送的超声波信号的通过时间的函数 而被计算，也就是说，作为上游通过时间和下游通过时间之间时差的函 数而被计算。例如，在存在流动的情况下，从上游传感器传送到下游传 感器的通过时间信号脉冲快于从下游传感器传送到上游传感器的脉冲。 通过由从下游传感器传送到上游传感器的通过时间中减去从上游传感 器传送到下游传感器的通过时间，即可算出通过时差Δt。再利用其他的 已知参数例如管道尺寸和超声波信号路径长度，以及测得的流体内的声 速，即可由此确定出流速。超声波流量计中通过时间测量的基本原理完 全是公知的。

流体流量测量经常给企业之间的现金转移提供了基础数据，其中资 源的销量可能最终就取决于流量测量的准确性。而且，准确的流量测量 能够提供关于工业过程例如化工或燃烧过程的有价值信息，而这些信息 能够用作优化和控制的基础信息。例如，一旦流体流速被算出，那么其 他的流体性质也可以被确定，例如体积流量Q，它是流速和管道面积的 函数，和/或流体的平均分子量。后一个性质是某些化工过程效率的优 良指标。通过监测该性质，化工过程就能够被优化。在一个例子中，此 处的受让人提供了一种型号为GF868的超声波流量计，来监测排入大气 中的火炬气。该流量计通常被用于测量化学加工工业中的流量。它不仅 具有高于5％的精度，还提供了一种有效，经济和准确的监测火炬气排放 的装置。

但是，某些州，例如德克萨斯州和加利福尼亚州，以及某些欧洲国 家，需要对火炬气流量计进行每年至少一次的校准以确保排放被很好地 监测和控制。通常在其他一些情况下也可能需要或者希望校准流量计。 另外，在很多典型的流量计中，随时间流逝造成的侵蚀或污染物沉积能 够导致流量计传感器信号恶化，从而能够造成流量测量精度的降低。

通常，由于大量的时间和资源消耗以及所导致的系统停机时间，拆 除管路中的传感器安装段或部分进行离线校准的成本很高。

一种公知的校准流量计的方法包括使用卡尺和CMM(坐标测量机) 来校正声速的测量。流量计的零点校准通过将流量计传感器从流体管线 拆除并将其放入没有流量的“黑盒”内实现。但是，该方法很繁琐，并 且很难在现场使用。

而且，作为一个实际因素，可能也无法跨越系统特定的流速范围限 制，例如在可能高达300英尺/秒的最大流速下，来校准流量计，因为 这样的条件可能在校准时或正常操作期间并不存在。

发明内容

本发明的实施例提供了经济，复杂度更低，和更准确的流量计现场 校准方法。由于通过时间主要是超声波信号路径(ultrasonic signal paths)和流体内声速的函数，因此准确的声速测量对于实现准确的流 量或流速测量来说是很重要的。

在本发明的各种实施例中，申请人的系统和方法提供了更准确的声 速测量和校准，并因此可以提供所需的精度。不过，本发明的各种实施 例也另外包括了改进的通过时间测量和校准。本发明各种实施例相关的 改进校准能够在线进行，而不会不恰当的干扰现有系统，且停机时间很 短甚至不会停机。本发明的系统和方法的实施例并不局限于任何特定类 型的流量计或应用，而是可以在需要或者想要获得准确声速和/或通过 时差参数Δt时被用于任何流量计。

但是，本发明在其他实施例中并不需要实现上述所有目标，并且相 关的权利要求也不应被限制为能够实现这些目标的装置和方法。