Измерение пропана с использованием расходомера кориолиса

Изобретение предназначено для использования в процессе доставки пропана потребителю транспортным средством. С помощью расходомера Кориолиса измеряют массовый расход пропана. На основе массового расхода расходомер Кориолиса определяет объем брутто пропана и определяет приведенный объем пропана на основе массового расхода и константы, значение которой соответствует плотности пропана при стандартизованной температуре. В частном случае выполнения через интерфейс программирования вводят значение константы на основе качества пропана. Изобретение обеспечивает повышение точности благодаря высокой надежности расходомеров Кориолиса в условиях применения на автодорогах. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к области массовых расходомеров и, более конкретно, к способу измерения пропана с использованием оценки массы потока расходомером Кориолиса.

Изложение проблемы

В Соединенных Штатах на автомагистралях и в аэропортах работает приблизительно 36000 грузовиков, доставляющих различные виды топлива. Продажа или снабжение потребителя обычно происходит, когда топливо сгружается с этих грузовиков или полуприцепов. Обычно для измерения объемов материалов, сгруженных с этих грузовиков, на них используют измерительные устройства вытеснительного типа.

В настоящее время правительственное одобрение для использования при продажах топлива получили только измерительные устройства вытеснительного типа. Другие типы измерительных приборов либо не испытывались на пригодность к использованию на грузовиках, либо не выдерживали условий такого использования.

Грузовики используются для транспортировки сжиженного нефтяного газа (СНГ) или продуктов СНГ. Наиболее распространенной формой СНГ является пропан. Пропан возникает в процессе перегонки сырой нефти и при обработке природного газа. Пропан и другие формы СНГ часто хранят под землей в соляных сводах, антиклинальных складках и в других геологических формациях до тех пор, пока они не потребуются. Грузовики используются для транспортировки СНГ в удаленные точки потребления, например в сельские дома, оснащенные газовыми резервуарами для пропана, где пропан используется для отопления, на автомобильные газозаправочные станции или в соседние газораспределительные установки для заполнения газовых резервуаров, которые подают его на бытовые приборы в жилых зданиях, такие как плиты и пр. Пропан является предпочтительным топливом, поскольку он переходит в жидкую фазу при низком давлении, обычно менее 150 фунтов на кв. дюйм (1,034 Па). В этих устройствах может также использоваться нефракционированный природный газ, но природный газ требует хранения при существенно более высоком давлении, что может привести к катастрофическому разрушению металлических резервуаров.

Проблема при таких продажах возникает из-за изменений объема, вызванных изменением давления и температуры. Когда измеренные продаваемые объемы корректируются для учета этих эффектов, чаще всего корректируются температурные эффекты. Температурная коррекция обычно осуществляется с использованием стандартных опубликованных данных Американского нефтяного института, напр. Таблицы 24 "Приведение объема к 60°F", "Таблицы нефтяных измерений", Стандарт API 2450 (Обозначение ASTM D:1250) Американское издание 1952.

Несмотря на то что общепринятая практика корректировки объема только в отношении температуры исходит из предположения, что жидкости при низких давлениях порядка 150 фунтов на кв. дюйм остаются по существу несжимаемыми, СНГ при таких давлениях остается легко сжимаемым, даже в жидкой форме. Обычные измерительные устройства вытеснительного типа могут измерить объем вытесненной жидкости, однако для приведения этого объема к стандартному объему недостаточно информации, например, о соответствующем объеме при стандартных условиях давления и температуры.

В полевых условиях измерительные приборы вытеснительного типа часто ломаются или отказывают. Например, общеизвестно, что пропан обладает плохими смазывающими свойствами и измерительные приборы вытеснительного типа, использующиеся при доставке пропана, просто быстро изнашиваются вследствие плохой смазки в имеющейся среде применения. Твердые частицы в доставляемых материалах могут привести к заклиниванию движущихся частей измерительных приборов вытеснительного типа, что приводит к ошибкам измерения. Более того, измерительные приборы вытеснительного типа нечувствительны к изменениям давления, температуры и плотности среды в доставляемых материалах. В комбинации эти условия обусловливают неприемлемо высокий уровень погрешности измерений в полевых условиях.

Массовые расходомеры для таких задач используются не часто, в частности, потому, что они еще не получили необходимых разрешений от регулирующих органов. Другой причиной того, что массовые расходомеры не используются в этой целевой среде, является тот факт, что они измеряют массу, а не объем, в то время как продажа осуществляется по объему. Некоторые типы массовых расходомеров, особенно расходомеры Кориолиса, способны работать таким образом, что осуществляется прямое измерение плотности, а объем можно узнать как частное от деления массы на плотность. Например, в Патенте США №4872351 описан компьютер количества нефти, где используется расходомер Кориолиса, измеряющий плотность неизвестного многофазного флюида. В патенте США №5687100 описан денситометр на эффекте Кориолиса, который корректирует показания плотности в соответствии с эффектами массового расхода в массовом расходомере, работающем как денситометр с вибрирующей трубкой.

Расходомеры Кориолиса измеряют массовый расход и другие параметры материалов, текущих по трубопроводу. Такие расходомеры описаны в патентах США №№4109524; 4491025 и Re. 31450. Расходомеры Кориолиса имеют одну или более расходомерную трубку прямой или криволинейной конфигурации. Информация о характеристиках материала, текущего по массовому расходомеру Кориолиса, должна быть получена с большой точностью, поскольку часто встречается требование о том, чтобы информация о расходе имела погрешность менее 0,15%.

Выходные сигналы расходомера Кориолиса являются синусоидальными и смещенными во времени или по фазе на величину, определяемую силами Кориолиса, которые генерирует расходомер, через который течет материал. Цепи обработки сигнала, на которые приходят эти выходные сигналы датчиков, точно измеряют эту разницу во времени и генерируют нужные характеристики текущего измеряемого материала с требуемой погрешностью менее 0,15%.

Агентства, которые регулируют продажу и доставку пропана, требуют, чтобы доставляющая организация давала сведения и об объеме брутто и о приведенном объеме (который может также именоваться чистым объемом). Регулирующее агентство использует объем брутто для испытания точности расходомера и выдает или не выдает разрешение на использование такого расходомера в зависимости от точности.

При доставке газа потребителю система расходомера, например расходомер вытеснительного типа, измеряет и показывает объем брутто. Затем система расходомера корректирует объем брутто по одному или нескольким факторам для вычисления приведенного объема. К сожалению, если калибровка расходомера сбита или расходомер неисправен, ошибка, внесенная расходомером, комбинируется при расчете приведенного объема на основании объема брутто. Это может привести к неприемлемым ошибкам в измерениях объема пропана.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение способствует решению указанных проблем путем определения приведенного объема пропана непосредственно из массового расхода в расходомере Кориолиса. Определение приведенного объема из массового расхода преимущественно дает больше информации, требует меньшего обслуживания и дает большую точность. Расходомеры Кориолиса преимущественно выдерживают суровые условия применения на автодорогах и не изнашиваются, как предшествующие измерительные приборы.

Один пример настоящего изобретения включает способ доставки пропана к потребителю. Транспортное средство транспортирует пропан к потребителю. Транспортное средство доставляет пропан из транспортного средства потребителю. Расходомер Кориолиса измеряет массовый расход пропана, когда транспортное средство доставляет пропан потребителю. Расходомер Кориолиса определяет объем брутто пропана на основе массового расхода пропана и выдает значение объема брутто. Расходомер Кориолиса также определяет приведенный объем пропана на основе массового расхода и константы и выдает значение приведенного объема. Константа соответствует плотности пропана при стандартизованной температуре.

Другой пример настоящего изобретения содержит альтернативный способ доставки пропана потребителю. Транспортное средство транспортирует пропан к потребителю. Транспортное средство доставляет пропан из транспортного средства потребителю. Расходомер Кориолиса измеряет массовый расход пропана, когда транспортное средство доставляет пропан потребителю. Расходомер Кориолиса определяет приведенный объем пропана на основе массового расхода и константы и выдает приведенный объем. Константа соответствует плотности пропана при стандартизованной температуре.

Один объект настоящего изобретения включает способ доставки пропана, содержащий шаги, при которых:

транспортируют пропан к потребителю, используя транспортное средство;

доставляют пропан из транспортного средства потребителю;

измеряют массовый расход пропана расходомером Кориолиса, когда пропан доставляется из транспортного средства потребителю;

определяют объем брутто пропана на основе массового расхода и выдают информацию об объеме брутто;

определяют приведенный объем пропана на основе массового расхода и константы и выдают информацию о приведенном объеме, где константа соответствует плотности пропана при стандартизованной температуре.

Предпочтительно способ далее содержит шаг подстройки константы через программный интерфейс.

Предпочтительно подстройка константы включает подстройку константы на основе плотности пропана, принятой в регионе страны.

Предпочтительно подстройка константы включает подстройку константы на основе плотности пропана, принятой в штате.

Предпочтительно подстройка константы включает подстройку константы на основе качества пропана.

Предпочтительно объем брутто предназначен для удовлетворения требований регулирующего агентства по поставкам пропана.

Предпочтительно стандартизованная температура составляет приблизительно 60°F (˜15,55°С).

Предпочтительно способ далее содержит шаг, при котором генерируют счет за пропан на основе приведенного объема.

Другой объект настоящего изобретения содержит способ доставки пропана, содержащий шаги, при которых:

транспортируют пропан к потребителю, используя транспортное средство;

доставляют пропан из транспортного средства потребителю;

измеряют расход пропана расходомером Кориолиса, когда пропан доставляется из транспортного средства потребителю; и

определяют приведенный объем пропана на основе массового расхода и константы, где константа соответствует плотности пропана при стандартизованной температуре.

Предпочтительно способ далее содержит шаг ввода константы.

Предпочтительно ввод константы содержит ввод константы на основе плотности пропана, принятой регулирующим агентством.

Предпочтительно ввод константы содержит ввод константы на основе плотности пропана, принятой в стране.

Предпочтительно ввод константы содержит ввод константы на основе плотности пропана, принятой в штате.

Предпочтительно ввод константы содержит ввод константы на основе качества пропана.

Предпочтительно стандартизованная температура составляет приблизительно 60°F (˜15,55°С).

Предпочтительно способ далее содержит шаг, при котором генерируют счет за пропан на основе приведенного объема.

Описание чертежей

На всех чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.

Фиг.1 - расходомер Кориолиса по прототипу.

Фиг.2 - транспортное средство, доставляющее пропан потребителю в примере настоящего изобретения.

Фиг.3 - блок-схема способа доставки пропана в примере настоящего изобретения.

Фиг.4 - блок-схема другого способа доставки пропана в примере настоящего изобретения.

Фиг.5 - расходомер Кориолиса в примере настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 показан расходомер Кориолиса по прототипу, чтобы лучше понять настоящее изобретение. На фиг.2-5 и в последующем описании приведены конкретные примеры настоящего изобретения, чтобы показать специалистам в данной области, как создать и применить наилучший вариант настоящего изобретения. Для демонстрации изобретательских принципов некоторые обычные аспекты настоящего изобретения были упрощены или опущены. Специалистам понятны отклонения от этих примеров, которые входят в объем настоящего изобретения. Специалистам понятно, что признаки, описанные ниже, могут комбинироваться разными способами для получения многочисленных вариантов изобретения. В результате изобретение ограничивается не конкретными примерами, описанными ниже, а лишь формулой изобретения и ее эквивалентами.

Расходомер Кориолиса по прототипу - фиг.1

На фиг.1 показан расходомер 5 Кориолиса по прототипу. Расходомер 5 Кориолиса содержит датчик 10 расходомера Кориолиса и электронные цепи 20 расходомера Кориолиса. Электронные цепи 20 соединены с датчиком 10 расходомера кабелем 100 для передачи информации о массовом расходе, плотности, объемном расходе, обобщенном расходе и другой информации по кабелю 26. Различные коммерчески доступные расходомеры Кориолиса, осуществляющие такие измерения, можно приобрести у Micro Motion из г. Боулдер, штат Колорадо.

Датчик 10 расходомера содержит пару фланцев 101 и 101', трубопровод 102 и трубки 103А и 103В расходомера. К трубкам 103А и 103В расходомера прикреплен генератор 104 колебаний, датчики 105 и 105' и датчик температуры 107. Растяжки 106 и 106' служат для определения осей W и W', вокруг которых колеблется каждая трубка 103А и 103В.

Когда датчик расходомера 10 врезан в трубопроводную систему (на фиг.1 не показана), по которому течет измеряемый материал, материал входит в датчик 10 расходомера через фланец 101, проходит по коллектору 102, из которого материал направляется в расходомерные трубки 103А и 103В, протекает по расходомерным трубкам 103А и 103В и возвращается в коллектор 102, через который он выходит из датчика 10 расходомера сквозь фланец 101'.

Расходомерные трубки 103А и 103В выбраны и соответственно установлены на коллекторе 102 так, чтобы иметь по существу одинаковое распределение массы, момента инерции и модули упругости вокруг осей изгиба W-W и W'-W' соответственно. Расходомерные трубки 103А, 103В приводятся в движение генератором 104 колебаний в противоположных направлениях вокруг их соответствующих осей W и W' изгиба в режиме, который называется первый смещенный по фазе режим изгиба расходомера. Генератор 104 колебаний может содержать любую из множества хорошо известных конструкций, например магнит, установленный на расходомерной трубке 103А, и противоположную обмотку, установленную на расходомерной трубке 103В, и через которую пропускают переменный ток для создания вибраций обеих расходомерных трубок. Соответствующий возбуждающий сигнал подается электронными цепями 20 расходомера по проводу 110 на генератор 104 колебаний.

Для измерения колебаний расходомерных трубок на противоположных концах расходомерной трубки по меньшей мере к одной из расходомерных трубок 103А и 103 В прикреплены датчики 105 и 105'. Когда расходомерные трубки 103А-103В вибрируют, датчики 105-105' генерируют первый снимаемый сигнал и второй снимаемый сигнал. Первый и второй снимаемые сигналы подаются на провода 111 и 111'.

По меньшей мере к одной из расходомерных трубок 103А и 103В прикреплен датчик температуры 107. Датчик температуры 107 измеряет температуру расходомерной трубки для внесения изменений в уравнения для вычисления температуры системы. Кабель 112 подает сигналы о температуре от датчика 107 на электронные цепи 20 расходомера.

Электронные цепи 20 расходомера получают первый и второй снятые сигналы, появляющиеся на проводах 111 и 111' соответственно. Электронные цепи 20 расходомера обрабатывают первый и второй снятые сигналы для вычисления массового расхода, плотности и других свойств материала, проходящего через расходомер 10. Эта вычисленная информация подается электронными цепями 20 расходомера по кабелю 26 на средство, в котором она используется (на фиг.1 не показано).

Доставка пропана (фиг.2-4)

На фиг.2 показано транспортное средство 200 для доставки пропана потребителю 202 согласно примеру настоящего изобретения. Транспортное средство 200 содержит резервуар 210 для пропана, расходомер 212 Кориолиса, и шланг 214. Транспортное средство 200 также может содержать насос, фильтры, клапаны, калибрующую систему или другие признаки, которые для краткости опущены. Потребитель 202 содержит резервуар 220 для пропана. Шланг 214 соединяется с резервуаром 220 для доставки пропана из резервуара 210 в резервуар 220.

Для понимания настоящего изобретения(ий) могут быть полезными следующие определения. "Транспортное средство" включает любое транспортное средство, способное транспортировать пропан, такое как грузовик, трейлер с полуприцепом и пр. К "потребителю" относится любое лицо или организация, которое принимает пропан. "Регулирующее агентство" включает любое лицо или группу, которые принимают, применяют или толкуют законы, правила или руководства, относящиеся к продаже пропана или к торговле пропаном. Одним примером регулирующего агентства является Министерство сельского хозяйства штата.

На фиг.3 показан способ 300 доставки пропана потребителю 202 по фиг.2. На шаге 302 транспортное средство 200 транспортирует пропан к потребителю 202. Транспортировка пропана может быть связана с проездом транспортного средства 200 по дорогам для достижения местоположения потребителя 202. На шаге 304 транспортное средство 200 доставляет пропан потребителю 202. Доставка пропана может включать соединение шланга 214 с резервуаром 220 и инициацию потока пропана из резервуара 210 в резервуар 220. На шаге 306 расходомер 212 Кориолиса измеряет массовый расход пропана, когда транспортное средство 200 доставляет пропан потребителю 202. Расходомер 212 Кориолиса определяет объем брутто пропана на основе массового потока пропана в шаге 308. В некоторых примерах расходомер 212 Кориолиса может также определять плотность доставляемого пропана и определять объем брутто на основе массового потока и измеренной плотности потока. Объем брутто может определяться для удовлетворения требований агентства, регулирующего доставку пропана. Например, Министерство сельского хозяйства в любом штате может потребовать, чтобы все подразделения, осуществляющие доставку пропана, имели возможность производить измерения объема брутто. Выдача объема брутто может заключаться в показе объема брутто через интерфейс, распечатку или в передаче данных об объеме брутто на другую систему.

На шаге 310 расходомер 212 Кориолиса также определяет приведенный объем пропана на основе массового расхода и константы. Константа соответствует плотности пропана при стандартизованной температуре. Стандартизованной температурой может быть температура 60°F (˜15,55°С). Расходомер 212 Кориолиса выдает приведенный объем. Выдача приведенного объема может заключаться в показе приведенного объема через интерфейс, в распечатке объема брутто или в передаче данных об объеме брутто на другую систему. На основании настоящего описания специалисты смогут модифицировать существующие способы доставки пропана для осуществления способа 300.

В одном примере настоящего изобретения константа содержит стандартизованную плотность при стандартизованной температуре, принятые регулирующим агентством, штатом, регионом страны, например, США. Например штат Нью-Йорк может принять для пропана стандартизованную плотность в 509 кг/м³ при 60°F, а штат Калифорния может принять для пропана стандартизованную плотность в 510 кг/м³ при 60°F.

В другом примере настоящего изобретения продавец пропана, доставляемого транспортным средством 200, может генерировать счет за пропан на основе приведенного объема, определяемого расходомером 212 Кориолиса. Затем продавец посылает счет потребителю 202.

На фиг.4 показан альтернативный способ 400 доставки пропана потребителю 202. На шаге 402 транспортное средство 200 транспортирует пропан потребителю 202. На шаге 404 транспортное средство 200 доставляет пропан из транспортного средства 200 потребителю 202. Доставка пропана может включать соединение шланга 214 с резервуаром 220 и инициацию потока пропана из резервуара 210 в резервуар 220. На шаге 406 расходомер 212 Кориолиса измеряет массовый расход пропана, когда транспортное средство 200 доставляет пропан потребителю 202. На шаге 408 расходомер 212 Кориолиса определяет приведенный объем пропана на основе массового расхода и константы. Константа соответствует плотности пропана при стандартизованной температуре. Расходомер 212 Кориолиса выдает приведенный объем. Выдача приведенного объема может заключаться в показе приведенного объема через интерфейс, распечатке приведенного объема, или в передаче приведенного объема на другую систему. На основании настоящего описания специалисты смогут модифицировать существующие способы доставки пропана для осуществления способа 400.

Расходомер Кориолиса - фиг.5

На фиг.5 показана блок-схема расходомера 500 Кориолиса в примере настоящего изобретения. Расходомер 500 Кориолиса состоит из электронных цепей 530 расходомера, датчика 532 расходомера и интерфейса 534 программирования. Датчик 532 расходомера может быть подобен датчику 10 расходомера на фиг.1. Когда пропан течет через датчик 532 расходомера, электронные цепи 530 расходомера сконфигурированы так, чтобы обрабатывать снятый сигнал от датчика 532 расходомера. Электронные цепи 530 расходомера далее сконфигурированы так, чтобы обрабатывать снятые сигналы для определения массового расхода пропана. Электронные цепи 530 расходомера далее сконфигурированы так, чтобы определять приведенный объем пропана на основе массового расхода пропана. Электронные цепи 530 расходомера далее сконфигурированы так, чтобы определять приведенный объем пропана на основе массового расхода и константы.

Интерфейс 534 программирования позволяет пользователю вводить значение константы или подстраивать значение константы, используемой электронными цепями 530 расходомера для определения приведенного объема. Пользователь может захотеть подстроить значение константы по ряду причин. Например, регулирующее агентство или штат или регион страны могут принять определенную стандартизованную плотность пропана при стандартизованной температуре. В таком случае пользователь может подстроить значение константы на основе стандартизованной плотности для этого района, используя интерфейс 534 программирования. Пользователь может также захотеть подстроить значение константы на основе качества доставляемого пропана. Пользователь может также захотеть подстроить значение константы для калибровки расходомера 500 Кориолиса.

1. Способ измерения пропана, характеризующийся следующими шагами:

измеряют массовый расход пропана расходомером Кориолиса;

определяют объем брутто пропана на основе массового расхода и выводят информацию об этом объеме брутто; и

определяют приведенный объем пропана на основе массового расхода и константы и выводят информацию о приведенном объеме, где значение константы соответствует плотности пропана при стандартизованной температуре.

2. Способ по п.1, далее содержащий шаг, при котором подстраивают значение константы через интерфейс программирования.

3. Способ по п.2, где подстройка значения константы включает подстройку значения константы на основе плотности пропана, принятой регулирующим агентством.

4. Способ по п.2, где подстройка значения константы включает подстройку значения константы на основе плотности пропана, принятой регионом страны.

5. Способ по п.2, где подстройка значения константы включает подстройку значения константы на основе плотности пропана, принятой штатом.

6. Способ по п.2, где подстройка значения константы включает подстройку значения константы на основе качества пропана и определение приведенного объема указанного пропана на основе указанного массового расхода пропана и указанного подстроенного значения константы.

7. Способ по п.1, где вывод информации об объеме брутто осуществляют для удовлетворения требований агентства, регулирующего доставку пропана.

8. Способ по п.1, где стандартизованная температура составляет приблизительно 60°F (˜15,55°С).

9. Способ по п.1, далее содержащий шаг, при котором генерируют счет за измеренный пропан на основе приведенного объема.

10. Способ измерения пропана, характеризующийся следующими шагами:

измеряют массовый расход пропана расходомером Кориолиса; и

определяют приведенный объем пропана на основе массового расхода и константы, где значение константы соответствует плотности пропана при стандартизованной температуре;

обеспечивают приведенный объем.

11. Способ по п.10, далее содержащий шаг, при котором вводят значение константы через интерфейс программирования.

12. Способ по п.11, где ввод значения константы включает ввод значения константы на основе плотности пропана, принятой регулирующим агентством.

13. Способ по п.11, где ввод значения константы включает ввод значения константы на основе плотности пропана, принятой регионом страны.

14. Способ по п.12, где ввод значения константы включает ввод значения константы на основе плотности пропана, принятой штатом.

15. Способ по п.11, где ввод значения константы включает ввод значения константы на основе качества пропана и определение приведенного объема указанного пропана на основе указанного массового расхода пропана и указанного подстроенного значения константы.

16. Способ по п.10, где стандартизованная температура составляет приблизительно 60°F (˜15,55°C).

17. Способ по п.10, содержащий шаг, при котором генерируют счет за измеренный пропан на основе приведенного объема.