DE112014002498T5

DE112014002498T5 - Strömungskonditionierer und Verfahren zu deren Auslegung

Info

Publication number: DE112014002498T5
Application number: DE112014002498.8T
Authority: DE
Inventors: Daniel Sawchuk; Reginald Selirio
Original assignee: Canada Pipeline Accessories Co Ltd
Current assignee: Canada Pipeline Accessories Co Ltd
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2014-05-01
Publication date: 2016-03-03
Also published as: CA2911516A1; US9605695B2; GB2527714A; CA2911516C; EP2999890A4; GB201519047D0; US20160097411A1; MX2015015933A; KR20160013517A; EP2999890B1; MY178064A; SG11201508907QA; KR101916994B1; MX362805B; EP2999890A1; WO2014186883A1

Abstract

Ein Strömungskonditionierer umfasst eine erste Scheibe mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite; einen äußeren Ring, der eine Vielzahl von Löchern umfasst, wobei die Löcher sich von dem äußeren Ring zur ersten Seite der Scheibe erstrecken, wenigstens einen inneren Ring, der vom äußeren Ring zurückgesetzt ist, wobei der wenigstens eine innere Ring eine Vielzahl von Löchern umfasst, wobei die Löcher sich von dem wenigstens einen inneren Ring zu der ersten Seite der Scheibe erstrecken, und ein Mittelloch, das gegenüber dem wenigstens einen inneren Ring zurückgesetzt ist. Die Vielzahl von Löchern im äußeren Ring und im wenigstens einen inneren Ring stellen Fluidpassagen unterschiedlicher Länge von einer ersten Seite des Strömungskonditionierers zu einer zweiten Seite des Strömungskonditionierers bereit.

Description

Diese internationale PCT-Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung Seriennummer 61/825.559, die am 21. Mai 2013 beim US-Patent- und Markenamt eingereicht wurde und deren Gesamtheit durch Bezugnahme hierauf hier eingeschlossen ist.
I. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Fluidströmungsmesskomponenten, die in Öl- und Gas-Pipelines Verwendung finden. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung einen Strömungskonditionierer und Verfahren, Strömungskonditionierer auszulegen.
II. Hintergrund der Erfindung
Pipelines werden verwendet, um Fluide in verschiedenen Industriezweigen einschließlich Chemischer, Öl- und Gas-Industrie und bei der Fertigung zu transportieren. Diese Industrien verwenden Prozesse, die es erforderlich machen, dass die Fluidströmungsgeschwindigkeiten genau gemessen werden. Diese Messungen werden an Stellen durchgeführt, die als Messstationen bekannt sind, die eine Vielzahl von verschiedenen Messeinrichtungen verwenden. Diese Messeinrichtungen funktionieren auf verschiedene Arten, und sie können verwenden: Differentialdruck des Fluids über ein Hindernis, Ultraschallsignallaufzeiten, Turbinenblattdrehgeschwindigkeiten, Corioliskräfte oder sogar elektrische und magnetische Felder, die infolge der Fluidmasse erzeugt werden. Nahezu alle diese Messverfahren erfordern die Verwendung einer Fluidgeschwindigkeitsverteilung, die als ein Geschwindigkeitsflussprofil bekannt ist.
Um die besonders genauen Messungen zu erzielen, muss das Flussprofil des Fluids, das in eine Messvorrichtung eintritt, stabil, nicht rotierend und symmetrisch sein. Diese Art der Geschwindigkeitsverteilung ist als voll entwickeltes Flussprofil bekannt, und es bildet sich von selbst in den sehr großen Längen ununterbrochen geradeaus laufender Rohrleitungen. Jedoch ist es unpraktisch und unökonomisch, große Längen gerader Röhren zu haben. Als Ergebnis hat die Messtationverrohrung oft Ellbogen, T-Stücke, Ventile und andere Anordnungen, die das Flussprofil in eine asymmetrische, instabile und gestörte Konfiguration bringen. Dies macht es sehr schwierig, die Flussrate auf eine dauerhaft genaue und wiederholbare Weise zu messen. Unter diesen Bedingungen werden Flusskonditionierer benötigt, die das richtige Flussprofil des Fluids so korrigieren, dass es ein voll entwickeltes Flussprofil bildet, das genaue und wiederholbare Messungen durchzuführen erlaubt.
Einige Arten von Flusskonditionierern sind vorhanden, wobei Leitschaufeln, Rohrbündel und perforierte Bleche umfasst sind. Diese Strömungskonditionierer werden innerhalb des Rohres stromaufwärts des Strömungsmessgerätes angeordnet. Ein üblicher Strömungskonditionierer mit einem perforierten Blech bestehend aus einem perforierten Metallblech, das im Rohr senkrecht zum Flüssigkeitsstrom, das heißt, über den gesamten Querschnitt des Rohres angeordnet ist. Die Perforation oder Löcher in dem Strömungskonditionierer lassen das Fluid so fließen, dass es so neu verteilt wird, so dass es ein voll entwickeltes Strömungsprofil bildet. Die Anordnung eines Strömungskonditionierers stromaufwärts des Strömungsmessgerätes stellt sicher, dass die Strömung voll entwickelt ist, bevor sie das Messgerät erreicht. Dies erlaubt dem Messgerät, deutlich genauere und wiederholbare Fluidströmungsmessungen durchzuführen.
Jedoch besteht immer noch ein Bedarf daran, Strömungskonditionierer zu gestalten, die auf den dynamischen Strömungsverhältnissen des Fluids bei einer besonderen Röhreninstallation basieren.
III. Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt in einer ersten Ausführungsform einen Strömungskonditionierer bereit, der gekennzeichnet ist durch eine einzelne Scheibe mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite; ein Mittelloch, dass sich auf einer ersten Seite der Scheibe öffnet, wenigstens einen inneren Ring, der einen konzentrischen Ring einer Vielzahl von Löchern umfasst, wobei die Löcher Fluidpassagen von dem wenigstens einen inneren Ring zu der ersten Seite der Scheibe definieren; und einen äußeren Ring, der einen konzentrischen Ring einer Vielzahl von Löchern umfasst, wobei die Löcher Fluidpassagen vom äußeren Ring zu der ersten Seite der Scheibe definieren. Ein Durchmesser des Mittelloches ist größer als die Durchmesser der Vielzahl der Löcher des wenigstens einen inneren Rings, und die Durchmesser der Vielzahl der Löcher des wenigstens einen inneren Rings sind größer als die Durchmesser der Vielzahl der Löcher des äußeren Rings. Das Mittelloch definiert eine Fluidpassage mit einer Länge, die geringer ist als die Länge der Fluidpassagen der Vielzahl der Löcher des wenigstens einen inneren Rings, und die Länge der Fluidpassagen der Vielzahl der Löcher des wenigstens einen inneren Rings ist geringer als die Länge der Fluidpassagen des äußeren Rings.
In einer zweiten Ausführungsform stellt die Erfindung für jede der vorherigen Ausführungsformen einen Strömungskonditionierer bereit, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Mittelloch gegenüber dem wenigstens einen inneren Ring zurückgesetzt ist.
In einer dritten Ausführungsform stellt die Erfindung für jede der vorherigen Ausführungsformen einen Strömungskonditionierer bereit, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der wenigstens eine innere Ring zwei- oder mehr stufenförmige, zurückgesetzte konzentrische Ringe umfasst, wobei jeder konzentrische Ring eine Vielzahl von Löchern umfasst.
In einer vierten Ausführungsform stellt die Erfindung für jede der vorherigen Ausführungsformen einen Strömungskonditionierer bereit, weiter gekennzeichnet durch eine Flanschverbindung auf der ersten Seite der Scheibe.
In einer fünften Ausführungsform stellt die Erfindung für jede der vorherigen Ausführungsformen einen Strömungskonditionierer bereit, weiter gekennzeichnet durch eine Flanschverbindung auf der zweiten Seite der Scheibe.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Auslegung eines Strömungskonditionierers in einer ersten Verfahrensausführungsform bereit, die dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Fluidströmungsverhältnisse eines Rohres, in das man einen Strömungskonditionierer gemäß einer der vorliegenden Ausführungsformen installieren will, bestimmt; und eine Konfiguration für eine Vielzahl von Löchern des Strömungskonditionierers gemäß einem der vorliegenden Ausführungsformen berechnet.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Auslegung eines Strömungskonditionierers in einer zweiten Verfahrensauslegungsform für jede der vorherigen Verfahrensausführungsformen bereit, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Länge einer Fluidpassage, die durch jedes Loch (x) definiert wird, eine Funktion des Radius (r) vom Mittelpunkt des Rohres ist.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur Auslegung eines Strömungskonditionierers in einer dritten Verfahrensausführungsform für jede der vorherigen Verfahrensausführungsformen bereit, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Länge der Fluidpassage anhand der folgenden Formel berechnet wird: D = C·Tan^–1(VT/Vx), wobei D die Tiefe der Strömungskonditioniererlöcher ist, VT die Tangentialgeschwindigkeit eines Fluids im Rohr ist, Vx die Axialgeschwindigkeit des Fluids in dem Rohr ist und C ein Koeffizient ist, der in Bezug auf Fluidviskosität, Dichtigkeit, Wandrauigkeit und den Verwirblungsreduktionsfaktor korrigiert.
Die Erfindung stellt eine Rohranordnung für Strömungsmessungen bereit, die gekennzeichnet ist durch ein Fluidströmungsrohr; einen Strömungskonditionierer gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen, der innerhalb des Fluidströmungsrohres in einer Orientierung angeordnet ist, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Achse des Fluidströmungsrohres ist.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Fluidströmungsmesssystem bereit, mit einem Fluidströmungsrohr; einem Strömungskonditionierer gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen, der innerhalb des Fluidströmungsrohres in einer Orientierung angeordnet ist, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Achse des Fluidströmungsrohres ist; und ein Strömungsmessgerät.
So wie hier verwendet sollen „im Wesentlichen“, „relativ“, „im Allgemeinen“, „etwa“, und „annähernd“ relative Modifikatoren darstellen, die zulässige Variationen von den so modifizierten Charakteristika anzeigen sollen. Sie sind nicht dazu gedacht, den Absolutwert des Charakteristikums, den es modifiziert, zu begrenzen, sondern eher ein physikalisches oder funktionelles Charakteristikum anzunähern oder zu erreichen.
In der genauen Beschreibung bedeuten Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“, „irgendeine Ausführungsform“, oder „in Ausführungsformen“, dass das bezogene Merkmal in wenigstens einer Ausführungsform der Erfindung eingeschlossen ist. Darüber hinaus bedeuten getrennte Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“, „irgendeine Ausführungsform“, oder „in Ausführungsformen“ nicht notwendigerweise Bezugnahmen auf die gleiche Ausführungsform; jedoch sind solche Ausführungsformen weder gegenseitig ausschließend, sofern nichts anderes festgehalten, und ausgenommen, so wie es für die Fachleute leicht ersichtlich sein wird. Entsprechend kann die vorliegende Erfindung eine Vielzahl von Kombinationen und/oder Integrationen der hier beschriebenen Ausführungsformen beinhalten.
IV. Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Seite eines Strömungskonditionierers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Seite des Strömungskonditionierers von 1.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Seite eines Strömungskonditionierers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Seite des Strömungskonditionierers von 3.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Seite eines Strömungskonditionierers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5a ist eine Schnittansicht eines Strömungskonditionierers von 5, mit einem äußeren Ring und einem inneren Ring auf beiden Seiten des Strömungskonditionierers.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Seite des Strömungskonditionierers von 5.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Seite des Strömungskonditionierers gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Seite des Strömungskonditionierers von 7.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Seite eines Strömungskonditionierers gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9a ist eine Schnittansicht des Strömungskonditionierers von 9.
10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ansicht des Strömungskonditionierers von 9.
11 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Seite eines Strömungskonditionierers gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 11a ist eine Schnittansicht des Strömungskonditionierers von 11.
12 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Seite des Strömungskonditionierers von 11.
13 ist ein Graph, der das Geräuschniveau für einen Strömungskonditionierer einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eines Strömungskonditionierers aus dem Stand der Technik zeigt.
Im Hinblick auf die folgende veranschaulichende Beschreibung der Zeichnungen, sollten die Verfahren und Systeme dem Durchschnittsfachmann klar werden.
V. Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Strömungskonditionierer eine einzelne Scheibe mit einer Vielzahl von Perforationen oder Löchern, die aus dem gleichen Material wie die Scheibe selbst herausgearbeitet sind. Eine Konfiguration der Perforationen oder Löcher kann in Abhängigkeit der mit Computer berechneten Fluid-Strömungsverhältnisse eines Rohres, in das ein Strömungskonditionierer eingebaut werden soll, bestimmt werden.
Für besondere Ausführungsformen kann die Konfiguration der Perforationen oder Löcher in Form wenigstens eines, beispielhaft einer Vielzahl von konzentrischen Ringen von Löchern bestehen. Konzentrische Ringe von Löchern können in einer abgestuften oder versenkten Konfiguration vorliegen, wodurch Fluidpassagen unterschiedlicher Länge von einer Seite des Strömungskonditionierers zur gegenüberliegenden Seite des Strömungskonditionierers definiert werden. Abgestufte oder versenkte konzentrische Ringe von Löchern können auf einer strömungsaufwärtigen Seite, einer strömungsabwärtigen Seite oder auf beiden Seiten des Strömungskonditionierers vorhanden sein. In bestimmten Ausführungsformen kann die Form der Löcher kreisförmig sein. Jedoch können unterschiedliche und/oder mehrfache Lochmuster oder Formen verwendet werden, solange die Löcher radial symmetrisch sind.
Eine optionale Flanschverbindung kann den Strömungskonditionierer umgeben oder mit einem ersten Ende oder zweiten Ende (das heißt einem strömungsaufwärtigen Ende/Seite oder einem strömungsabwärtigen Ende/Seite) des Strömungskonditionierers auf einer Höhe liegen. In einer besonderen Ausführungsform, kann eine Flanschverbindung ein integraler Teil eines konzentrischen Ringes einer Mehrzahl von Löchern sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Strömungskonditionierer eine erste Scheibe mit einer ersten Seiten und einer zweiten Seite umfassen. Ein Mittelloch öffnet sich zu einer ersten Seite der Scheibe. Wenigstens ein innerer Ring umfasst einen konzentrischen Ring mit einer Vielzahl von Löchern, wobei die Löcher Fluidpassagen von dem wenigstens einen inneren Ring zu der ersten Seite der Scheibe definieren. Ein äußerer Ring umfasst einen konzentrischen Ring einer Vielzahl von Löchern, wobei die Löcher Fluidpassagen vom äußeren Ring zu der ersten Seite der Scheibe definieren.
Der Durchmesser des Mittellochs kann größer sein als die Durchmesser der Vielzahl der Löcher des wenigstens einen inneren Ringes, und die Durchmesser der Vielzahl der Löcher des wenigstens einen inneren Rings können größer als die Durchmesser der Vielzahl der Löcher des äußeren Rings sein.
Das Mittelloch definiert eine Fluidpassage mit einer Länge, die geringer sein kann als die Länge der Fluidpassagen der Vielzahl der Löcher des wenigstens einen inneren Rings, und die Länge der Fluidpassagen der Vielzahl der Löcher des wenigstens einen inneren Rings kann weniger sein als die Länge der Fluidpassagen des äußeren Rings.
Gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt 1 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Seite eines Strömungskonditionierers 10 mit einer Scheibe 11 mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite. Der Strömungskonditionierer 10 umfasst 1.) einen Flansch 15 auf der ersten Seite der Scheibe; 2.) einen äußeren Ring 17 mit einem konzentrischen Ring mit einer Vielzahl von Löchern 20, die Fluidpassagen vom äußeren Ring zur ersten Seite der Scheibe definieren; 3.) wenigstens einen Inneren Ring 22, der zurückgesetzt oder abgestuft vom äußeren Ring 17 ist und einen konzentrischen Ring mit einer Vielzahl von Löchern 25, die Fluidpassagen von den wenigstens einem inneren Ring 22 zur ersten Seite der Scheibe definieren, umfasst; und 4.) ein Mittelloch 27, das zurückgesetzt oder abgestuft vom inneren Ring der Löcher 25 ist und zu der ersten Seite der Scheibe sich öffnet.
Die Vielzahl der Löcher 20 im äußeren Ring 17 und die Vielzahl der Löcher 25 in dem wenigstens einen inneren Ring 22 ergeben Fluidpassagen unterschiedlicher Länge von einer zweiten Seite des Strömungskonditionierers zu einer ersten Seite des Strömungskonditionierers und umgekehrt. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der ersten Seite des Strömungskonditionierers von 1.
Wie gezeigt können der äußere Ring und der wenigstens eine innere Ring konzentrische Ringe kreisförmiger Löcher umfassen. In besonderen Ausführungsformen kann der wenigstens eine innere Ring eine Vielzahl oder Serie von abgestuften, zurücktretenden konzentrischen Ringen umfassen, wobei jeder Ring eine Vielzahl von Löchern umfasst.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform, zeigt 3 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Seite eines Strömungskonditionierers 30 mit einer Scheibe 31 mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite. Der Strömungskonditionierer 30 umfasst 1.) einen Flansch 35 auf einer ersten Seite der Scheibe; 2.) einen äußeren Ring 37 mit einem konzentrischen Ring einer Vielzahl von Löchern 40, die die Fluidpassagen vom äußeren Ring zu der ersten Seite der Scheibe definieren; 3.) einen inneren Ring 42, der zurückgesetzt oder abgestuft vom äußeren Ring 37 ist und einen konzentrischen Ring einer Vielzahl von Löchern 45, die Fluidpassagen vom inneren Ring 42 zu der ersten Seite der Scheibe definieren, umfasst; und 4.) ein Mittelloch 15 im inneren Ring 42, das sich zu einer ersten Seite der Scheibe öffnet.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht der ersten Seite des Strömungskonditionierers von 3.
Gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt 5 eine perspektivische Ansicht einer ersten Seite eines Strömungskonditionierers mit einer Scheibe 56 mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite. Der Strömungskonditionierer 55 umfasst 1.) einen Flansch 60 auf einer ersten Seite der Scheibe; 2.) einen äußeren Ring 62 mit einem konzentrischen Ring einer Vielzahl von Löchern 65 auf der ersten Seite der Scheibe, wobei die äußeren Löcher 65 Fluidpassagen vom äußeren Ring zur zweiten Seite der Scheibe definieren; 3.) einen inneren Ring 67 mit einem konzentrischen Ring mit einer Vielzahl von Löchern 70, die zurückgestuft oder abgesetzt vom äußeren Ring 62 sind, wobei die inneren Löcher 70 Fluidpassagen vom inneren Ring zur zweiten Seite der Scheibe definieren; und 4.) ein Mittelloch 75, das zurückgesetzt oder abgestuft vom inneren Ring 67 ist und sich zu einer zweiten Seite der Scheibe öffnet.
5a ist eine Schnittansicht eines Strömungskonditionierers wie in 5, jedoch mit einem äußeren Ring und einem inneren Ring auf beiden Seiten des Strömungskonditionierers. Die Vielzahl der Löcher 65 im äußeren Ring und die Vielzahl der Löcher 70 im inneren Ring stellt Fluidpassagen unterschiedlicher Länge von einer ersten Seite des Strömungskonditionierers zu einer zweiten Seite des Strömungskonditionierers bereit.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Seite des Strömungskonditionierers von 5.
Gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt 7 eine perspektivische Ansicht einer ersten Seite eines Strömungskonditionierers 80 mit einer Scheibe 81 mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite. Der Strömungskonditionierer 80 umfasst 1.) einen Flansch 85 auf einer ersten Seite; 2.) eine Serie von abgestuften, zurücktretenden konzentrischen Ringen 90 auf der ersten Seite der Scheibe, wobei jeder konzentrische Ring eine Vielzahl von Löchern 95, die Fluidpassagen von dem jeweiligen Ring zur zweiten Seite der Scheibe definieren, umfasst; und 3.) ein zurückgesetztes Mittelloch 100, das sich zu der zweiten Seite der Scheibe öffnet.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Seite des Strömungskonditionierers von 7.
Gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt 9 eine perspektivische Ansicht einer ersten Seite des Strömungskonditionierers 105 mit einer Scheibe 106 mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite. Der Strömungskonditionierer 105 umfasst 1.) einen Flansch 110 auf einer ersten Seite der Scheibe; 2.) einen äußeren, ersten konzentrischen Ring 112, der sich von einer zweiten Seite der Scheibe erstreckt und eine Vielzahl von Löchern 115, die Fluidpassagen zu der zweiten Seite der Scheibe definieren, umfasst, wobei der äußere, erste konzentrische Ring 112 gegenüber dem Flansch 110 zurückgesetzt ist; 3.) wenigstens einen inneren konzentrischen Ring, zum Beispiel eine Serie von abgestuften konzentrischen Ringen 120, wobei jeder Ring sich aufwärts vom äußeren ersten Ring 112 erstreckt und eine Vielzahl von Löchern 125 umfasst, die Fluidpassagen zu der zweiten Seite der Scheibe definieren; und 4.) ein Mittelloch 130, das sich aufwärts von der letzten der Serie der abgestuften Ringe 120 erstreckt und sich zur zweiten Seite der Scheibe öffnet.
9a ist eine Schnittansicht des Strömungskonditionierers von 9. Die Vielzahl der Löcher 115 in dem äußeren, ersten konzentrischen Ring 112 und der Vielzahl der Löcher 125 in den inneren konzentrischen Ring 120 stellt Fluidpassagen unterschiedlicher Länge von der ersten Seite des Strömungskonditionierers zur zweiten Seite des Strömungskonditionierers bereit.
10 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der zweiten Seite der Strömungs-konditionierer von 9.
Gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt 11 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Seite eines Strömungskonditionierers 135 mit einer Scheibe mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite. Der Strömungskonditionierer 135 umfasst 1.) einen Flansch 140 auf einer ersten Seite; 2.) eine Serie von abgestuften konzentrischen Ringen 145, wobei jeder konzentrische Ring sich aufwärts von der ersten Seite erstreckt und eine Vielzahl von Löchern 150, die Fluidpassagen zu der ersten Seite definieren, umfasst; und 3.) ein Mittelloch 155, das sich aufwärts von dem letzten der Serie von abgestuften konzentrischen Ringen 145 erstreckt und sich zu der ersten Seite öffnet.
11a ist eine Schnittansicht des Strömungskonditionierers von 11. Die Vielzahl der Löcher 150 in jedem der Serie der abgestuften Ringe 145 stellt Fluidpassagen unterschiedlicher Länge von der ersten Seite des Strömungskonditionierers zu der zweiten Seite des Strömungskonditionierers bereit.
12 zeigt eine perspektivische Ansicht der zweiten Seite des Strömungskonditionierers von 11.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Auslegung eines Strömungskonditionierers bereitgestellt. Die Konfiguration der Löcher in einem Strömungskonditionierer kann in Abhängigkeit von den experimentellen oder theoretischen Versuchen der fluiddynamischen Werte eines Rohres ausgewählt werden, in das der Strömungskonditionierer eingebaut werden soll.
Bei besonderen Ausführungsformen kann die Länge der Fluidpassagen, die durch die Löcher definiert werden, auf Basis wenigstens einer Fluidprofilstörung oder einer Fluidwirbelintensität (zum Beispiel Wirbel an den Rohrwänden) berechnet werden. In besonderen Ausführungsformen kann die Länge einer Fluidpassage, die durch jedes Loch (x) definiert ist, eine Funktion des Radius (r) von der Mitte eines Rohres, in dem der Strömungskonditionierer eingebaut werden soll, definiert werden. Die Länge kann anhand der vorliegenden Formel (1) berechnet werden: D = C·Tan^–1(VT/Vx) (1) wobei D die Tiefe der Strömungskonditioniererlöcher ist, VT die Tangentialgeschwindigkeit des Fluids im Rohr (i. e., der Wirbelvektor) ist, Vx die Axialgeschwindigkeit des Fluids im Rohr (das heißt die Geschwindigkeit in Längsrichtung im Rohr) ist und C ein Koeffizient ist, der die Fluidviskosität, Dichte, Wandrauigkeit und den Wirbelreduktionsfaktor berücksichtigt. C kann durch Testen der Ergebnisse von Computerberechnungen experimentell bestimmt werden. In besonderen Ausführungsformen kann C durch experimentelle oder theoretische Versuche bestimmt werden, wobei Modifikationen oder Überarbeitungen von Strömungskonditionierern einer Reihe von Fluidanwendungen und einem Datensatz von Stromaufwärtswirbeln unterzogen werden. Die Reduktion im Wirbel wird gemessen und mit den fluiddynamischen Eigenschaften korreliert: Fluidviskosität, Dichte und Wandrauigkeit, Faktoren, die den Druckabfall im Strömungskonditionierer beeinflussen, und die Widerstandsfähigkeit des Fluids, einer Verwirbelung zu widerstehen,.
In Abhängigkeit der Anzahl der Löcher in einem Strömungskonditionierer kann eine Berechnung unter Verwendung der obigen Formel 1 bei einer Lochkreisentfernung (d.h., Durchmesser eines äußeren oder inneren Rings von der Mittelachse des Rohres, von dem alle Löcher geschnitten sind) zum Mittelpunkt des Rohres für jedes Loch durchgeführt werden. Entsprechend ergeben mehr Ringlöcher eine höhere Auflösung der Fluidverwirbelung und genauere Berechnungen.
Das folgende Beispiel ist ein nicht beschränkendes Beispiel.
Beispiel
Das Beispiel wird in einer Fluidumgebung mit etwa 25 Grad Verwirbelung im Einlass durchgeführt. Die Fluid hat: eine Reynoldszahl von 24.854.836, eine Dichte von 36,54 kg/m³ und eine Viskosität von 1,12 × 10^–5 Pa·S bei 300 K.
An einem Rohreinlass, in den der Strömungskonditionierer eingebaut werden soll, wird Vx gemessen mit 24,083 m/s, VT mit 10,017 m/s bei einem Radius von 4,728 inch (12,0 cm) vom Mittelpunkt des Rohres mit einem Durchmesser von 5,969 inch (15,16 cm). Dies berechnet sich auf annähernd 22,58 Grad Verwirbelung. C wird mit 10,5979 bestimmt. Dies ergibt eine Strömungskonditioniererdicke von 3,7595 inch (9,55 cm), wobei eine Verwirbelungsreduktion von 90 % erhalten wird.
D ist die Länge der Löcher/Dicke der Platte, durch die die Löcher gebohrt sind, das in diesem Beispiel für den äußeren Ring gilt.
Geeignete Strömungskonditionierer, mit denen die Konfiguration oder Löcher gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden sollen, können CPA TBR und CPA 50E Strömungskonditionierer, die von der Firma Canada Pipeline Accessoires aus Calgary, Alberta, Kanada, erhältlich sind und die Strömungskonditionierer, wie sie im US-Patent 5.341.848 beschrieben sind, einschließen, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
13 ist eine Darstellung, die ein Geräuschniveau eines Strömungskonditionierers von 5 (CPA 55E und CPA 65E) und einem bekannten Strömungskonditionierer (CPA 50E) angeben. Bei einer Fließgeschwindigkeit von 120 Fuss/s (36,6 m/s) gibt es bei einem Strömungskonditionierer der vorliegenden Erfindung eine Reduktion um 30 dB im Geräusch- oder Lärmniveau.
Bei besonderen Ausführungsformen kann der Strömungskonditionierer auf einen Rohrinnendurchmesser D (0,85D–0,99D) abgestimmt sein. Bei besonderen Ausführungsformen kann die Strömungskonditioniererdicke etwa 0,05D–0,35D betragen. Bei besonderen Ausführungsformen kann der äußere Lochring bei zwischen 0,65D–0,97D enden und der innere Lochring kann zwischen 0,30D bis 0,65D betragen.
Jeder Strömungskonditionierer gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit einer Zusammensetzung, die Nickel oder eine Nickel-Phosphor-Legierung umfasst, beschichtet oder plattiert sein. In besonderen Ausführungsformen kann die Zusammensetzung von 1% und 12% Phosphor und von 87% und 99 Gewichtsprozent Nickel enthalten. Die Dicke der Beschichtung oder Plattierung kann zwischen etwa 1 und etwa 250 μm, zum Beispiel zwischen etwa 10 und etwa 50 μm liegen.
Der Strömungskonditionierer von der vorliegenden Erfindung kann in vorhandenen Rohrsystemen ohne Modifikationsänderungen verwendet werden. In besonderen Ausführungsformen kann der Strömungskonditionierer eine Flanschverbindung haben, die üblicherweise in Messstationen vorhanden ist. Entsprechend ist er sehr einfach und äußerst kompatibel mit der Gestaltung der Messstation.
VI. Industrielle Anwendbarkeit
Obgleich die vorliegende Erfindung anhand von besonderen beispielhaften und alternativen Ausführungsformen beschrieben ist, ist sie nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Alternative Ausführungsformen, Beispiele und Modifikationen, die immer noch von der vorliegenden Erfindung umfasst sind, können von den Fachleuten insbesondere im Hinblick auf die vorhergehenden Unterweisungen leicht gemacht werden.
Die Fachleute werden erkennen, das verschiedene Adaptionen und Modifikationen der exemplarischen und alternativen Ausführungsformen, die oben beschrieben sind, ausgestaltet werden können, ohne vom Geist und Inhalt der Erfindung abzuweichen. Es ist daher selbstverständlich, dass im Rahmen der beigefügten Ansprüche die Erfindung auf andere Weise als spezifisch hier erwähnt ausgeführt werden kann.

Claims

Ein Strömungskonditionierer, gekennzeichnet durch eine erste Scheibe mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite; ein Mittelloch, das sich zu einer ersten Seite der Scheibe öffnet, wenigstens einen inneren Ring, der einen konzentrischen Ring einer Vielzahl von Löchern umfasst, wobei die Löcher Fluidpassagen von dem wenigstens einen inneren Ring zu der ersten Seite der Scheibe definieren; und einen äußeren Ring, der einen konzentrischen Ring einer Vielzahl von Löchern umfasst, wobei die Löcher Fluidpassagen von dem äußeren Ring zu der ersten Seite der Scheibe definieren; wobei 1.) ein Durchmesser des Mittellochs größer als der Durchmesser der Vielzahl der Löcher des wenigstens einen inneren Rings ist, und 2.) die Durchmesser der Vielzahl der Löcher des wenigstens einen inneren Rings größer als die Durchmesser der Vielzahl der Löcher des äußeren Rings sind, und wobei 1.) das Mittelloch eine Fluidpassage mit einer Länge definiert, die geringer als die Länge der Fluidpassagen der Vielzahl der Löcher des wenigstens einen inneren Rings ist, und 2.) die Länge der Fluidpassagen der Vielzahl der Löcher des wenigstens einen inneren Rings geringer als die Länge der Fluidpassagen des äußeren Rings ist.
Der Strömungskonditionierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Löcher des äußeren Rings und die Vielzahl der Löcher des wenigstens einen inneren Rings jeweils kreisförmige Löcher umfassen.
Ein Strömungskonditionierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelloch von dem wenigstens einen inneren Ring zurückgesetzt ist.
Ein Strömungskonditionierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine innere Ring zwei oder mehr abgestufte, zurückgesetzte konzentrische Ringe umfasst, wobei jeder konzentrische Ring eine Vielzahl von Löchern umfasst.
Ein Strömungskonditionierer nach einem der Ansprüche 1–4, weiter gekennzeichnet durch eine Flanschverbindung auf der ersten Seite der Scheibe.
Ein Strömungskonditionierer nach einem der Ansprüche 1–4, weiter gekennzeichnet durch eine Flanschverbindung auf der zweiten Seite der Scheibe.
Ein Strömungskonditionierer nach einem der Ansprüche 1–4, weiter gekennzeichnet durch eine Beschichtung oder Plattierungszusammensetzung, die Nickel oder eine Nickel-Phosphor- Legierung umfasst.
Ein Strömungskonditionierer nach einem der Ansprüche 1–4, weiter gekennzeichnet durch einen äußeren Ring und mindestens einen inneren Ring auf beiden Seiten des Strömungskonditionierers.
Ein Verfahren zur Auslegung eines Strömungskonditionierers, dadurch gekennzeichnet: Bestimmen der Fluidströmungsverhältnisse eines Rohres, in den ein Strömungskonditionierer eingebaut werden soll; und Berechnen einer Konfiguration für eine Vielzahl von Löchern des wenigstens einen inneren Rings und des äußeren Rings eines Strömungskonditionierers nach einem der Ansprüche 1–4.
Verfahren zur Gestaltung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge der Fluidpassage, die durch jedes Loch (x) definiert wird, eine Funktion des Radius (r) vom Mittelpunkt des Rohres ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge einer Fluidpassage anhand der folgenden Formel berechnet wird: D = C·Tan^–1(VT/Vx) wobei D die Tiefe der Strömungskonditioniererlöcher ist, VT die tangentiale Geschwindigkeit eines Fluids im Rohr ist, Vx die axiale Geschwindigkeit des Fluids im Rohr ist und C ein Koeffizient ist, der die Fluidviskosität, die Dichte, die Wandrauigheit und den Wirbelreduktionsfaktor berücksichtigt.
Eine Rohranordnung zur Strömungsmessung, gekennzeichnet durch: Ein Fluidströmungsrohr; Wenigstens einen Strömungskonditionierer nach einem der Ansprüche 1–4, der innerhalb des Fluidströmungsrohres in einer Orientierung angeordnet ist, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Achse des Fluidströmungsrohres ist.
Eine Rohranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Ring und wenigstens ein innerer Ring auf einer stromaufwärtigen Seite des wenigstens einen Strömungskonditionierers ist.
Eine Rohranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Ring und wenigstens ein innerer Ring auf der stromabwärtigen Seite des wenigstens einen Strömungskonditionierers ist.
Eine Rohranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Ring und wenigstens ein innerer Ring auf beiden Seiten des Strömungskonditionierers sind.
Ein Fluidstrommesssystem, gekennzeichnet durch einen Fluidströmungsrohr; wenigstens einen Strömungskonditionierer nach einem der Ansprüche 1–4, der innerhalb des Fluidströmungsrohres in einer Orientierung angeordnet ist, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Achse des Fluidströmungsrohres ist; und ein Strömungsmessgerät stromabwärts des Strömungskonditionierers.