KR102500691B1

KR102500691B1 - 유동 증기압 장치 및 관련 방법

Info

Publication number: KR102500691B1
Application number: KR1020207015086A
Authority: KR
Inventors: 저스틴 크레이그 홀링스워스; 마크 앨런 버틀러; 제이슨 앨런 리플리
Original assignee: 마이크로 모우션, 인코포레이티드
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2023-02-16
Anticipated expiration: 2037-11-13
Also published as: MX2020003390A; AU2017439370A1; EP3710791A1; CN111316073A; CA3082467C; KR20200078586A; EP3710791B1; AU2017439370B2; US20210033511A1; RU2020119404A3; CN111316073B; JP2022028913A; SG11202004351RA; CA3082467A1; BR112020007379A2; JP2021501898A; WO2019094038A1; US11592379B2; RU2762783C2; RU2020119404A

Abstract

유체의 증기압을 결정하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 계량 전자기기(20)를 갖는 계량기(5)를 제공하는 단계 ― 계량기(5)는 유량계 및 밀도계 중 적어도 하나임 ― , 및 계량기(5)를 통해 프로세스 유체를 유동시키는 단계를 포함한다. 프로세스 유체의 압력이 측정된다. 프로세스 유체의 압력은 단상/이상 경계에 도달할 때까지 조정된다. 프로세스 유체의 유동 증기압은 단상/이상 경계에서 결정된다.

Description

유동 증기압 장치 및 관련 방법

본 발명은 진동계(vibratory meter)들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실시간 증기압 결정을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

레이드 증기압(RVP(Reid Vapor Pressure))은 연료 품질 표준들을 측정 및 시행하기 위해 가장 널리 인식된 성질들 중 하나이다. 유동 증기압은 휘발유, 액성 천연 가스 및 액화 석유 가스와 같은 휘발성 유체들의 유동 및 저장을 처리하는 애플리케이션들에서 중요한 성질이다. 증기압은 처리 동안 휘발성 유체들이 어떻게 수행될 수 있는지에 관한 표시를 제공하고, 기포들이 형성될 가능성이 높고 압력이 구축될 가능성이 높은 조건들을 추가로 표시한다. 따라서, 휘발성 유체들의 증기압 측정은 안전성을 증가시키고 운송 용기들 및 인프라스트럭처에 대한 손상을 방지한다.

유체의 증기압이 너무 높은 경우, 펌핑 및 이송 동작들 동안 캐비테이션(cavitation)이 발생할 수 있다. 또한, 용기 또는 프로세스 라인 증기압은 잠재적으로, 온도 변화들로 인해 안전한 레벨보다 높이 상승할 수 있다. 따라서, RVP는 저장 및 운송 이전에 알려지도록 종종 요구된다.

통상적으로, RVP는 샘플들을 캡처하고, 샘플로부터 값을 결정하는 테스트를 위해 실험실로 이들을 옮김으로써 결정된다. 이는 최종 결과들을 획득하는 데 있어서의 지연, 실험실을 유지하는 비용, 및 샘플 처리와 연관된 안전성 및 법적 증거 취약성으로 인한 규제성 연료 품질 표준 시행(regulatory fuel quality standards enforcement)에 대한 어려운 이슈들을 제기한다. 유동 증기압은 종종 이러한 동일 프로세스에 이어, 실증적 측정들에 기초한 룩업 테이블들 및 데이터베이스들에 의존하여, 실험실에서 결정된 RVP로부터 유동 온도에서의 유동 증기압으로 변환이 뒤따름으로써 결정된다.

따라서, 프로세스 조건들 하에서 연속적인 실시간 기반으로 유동 증기압 및/또는 RVP를 측정할 수 있는 인-라인 디바이스 또는 시스템에 대한 필요성이 존재한다. 이는 본 실시예들에 의해 제공되고, 당 분야의 진보가 달성된다. 현장 측정이 보다 신뢰할 수 있는데, 그 이유는 그것은 주기적인 샘플링에 대한 필요성을 제거하고 샘플 수집 시간과 실험실 분석 사이의 유체 성질 변화들의 위험을 완전히 제거하기 때문이다. 또한, 안전하지 못한 조건들이 즉시 고쳐질 수 있기 때문에 실시간 측정들을 함으로써 안전성이 개선된다. 부가적으로, 간단한 현장 점검들을 통해 규제 시행이 수행될 수 있기 때문에 비용이 절약되며, 여기서 검사 및 시행 판단들은 지연 또는 프로세스 중단이 거의 없이 이루어질 수 있다.

일 실시예에 따라, 유체의 증기압을 결정하는 방법이 제공된다. 방법은 계량 전자기기를 갖는 계량기를 제공하는 단계를 포함하고, 계량기는 유량계 및 밀도계 중 적어도 하나를 포함한다. 프로세스 유체는 계량기를 통해 유동되고 프로세스 유체의 압력이 측정된다. 프로세스 유체의 압력은 단상/이상 경계에 도달할 때까지 조정되고, 단상/이상 경계에서 프로세스 유체의 유동 증기압이 결정된다.

일 실시예에 따라, 프로세스 유체의 유동 증기압을 결정하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 유량계 및 밀도계 중 적어도 하나를 포함하는 계량기를 포함한다. 압력 조절기가 유량계와 유체 연통한다. 시스템은 압력 센서를 포함한다. 계량 전자기기는 계량기 및 압력 센서와 통신하고, 계량 전자기기는 측정된 압력을 수신하도록 구성된다. 계량 전자기기는, 단상/이상 경계에 도달할 때까지 프로세스 유체의 압력을 조정하도록 압력 조절기를 제어하고, 단상/이상 경계에서 프로세스 유체의 유동 증기압을 결정하도록 구성된다.

양상들

일 양상에 따라 유체의 증기압을 결정하는 방법이 제공되며, 이 방법은, 계량 전자기기를 갖는 계량기를 제공하는 단계 ― 계량기는 유량계 및 밀도계 중 적어도 하나를 포함함 ― , 계량기를 통해 프로세스 유체를 유동시키는 단계, 프로세스 유체의 압력을 측정하는 단계, 단상/이상 경계에 도달할 때까지 프로세스 유체의 압력을 조정하는 단계, 및 단상/이상 경계에서 프로세스 유체의 유동 증기압을 결정하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 단상/이상 경계에 도달할 때까지 프로세스 유체의 압력을 조정하는 단계는 계량기의 상류에 포지셔닝된 밸브의 압력을 낮추는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 단상/이상 경계에 도달할 때까지 프로세스 유체의 압력을 조정하는 단계는 계량기의 하류에 포지셔닝된 밸브의 압력을 상승시키는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 방법은 프로세스 유체의 온도를 측정하는 단계, 및 온도 및 유동 증기압으로부터 레이드 증기압(Reid Vapor Pressure)을 계산하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 온도 및 유동 증기압으로부터 레이드 증기압을 계산하는 단계는 온도로부터의 레이드 증기압을 사용하여 계량 전자기기에 저장된 레이드 증기압 값들을 참조하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 계량 전자기기에 저장된 레이드 증기압 값은 룩-업 테이블을 포함한다.

바람직하게는, 계량 전자기기에 저장된 레이드 증기압 값은 곡선으로부터 계산된다.

바람직하게는, 방법은 측정된 구동 이득으로 프로세스 유체에서 혼입 가스의 존재를 결정하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 방법은 유체의 밀도를 측정함으로써 프로세스 유체에서 혼입 가스의 존재를 결정하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 방법은 측정된 구동 이득 및 측정된 밀도의 결합으로 프로세스 유체에서 혼입 가스의 존재를 결정하는 단계를 포함한다.

일 양상에 따라, 프로세스 유체의 유동 증기압을 결정하기 위한 시스템은 유량계 및 밀도계 중 적어도 하나를 포함하는 계량기를 포함한다. 압력 조절기가 유량계와 유체 연통한다. 시스템은 압력 센서를 포함한다. 계량 전자기기는 계량기와 압력 센서와 통신하며, 계량 전자기기는: 측정된 압력을 수신하고, 단상/이상 경계에 도달할 때까지 프로세스 유체의 압력을 조정하도록 압력 조절기를 제어하고, 단상/이상 경계에서 프로세스 유체의 유동 증기압을 결정하도록 구성된다.

바람직하게는, 시스템은 하나 이상의 도관들, 및 하나 이상의 도관들에 부착되고 하나 이상의 도관들에 대해 진동 신호를 생성하도록 구성되는 적어도 하나의 구동기를 포함한다. 적어도 하나의 픽오프(pickoff)는 하나 이상의 도관들에 부착되고 하나 이상의 도관들로부터 진동 신호를 수신하도록 구성된다.

바람직하게는, 시스템은 프로세스 유체의 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서를 포함하고, 계량 전자기기는 유동 증기압 및 프로세스 유체의 측정된 온도로부터의 레이드 증기압을 계산하도록 구성된다.

바람직하게는, 계량 전자기기는 그 안에 저장된 레이드 증기압 기준 값들을 포함한다.

바람직하게는, 계량 전자기기에 저장된 레이드 증기압 기준 값들은 룩-업 테이블을 포함한다.

바람직하게는, 계량 전자기기에 저장된 레이드 증기압 기준 값들이 그 안에서 계산된다.

바람직하게는, 계량 전자기기는 측정된 구동 이득으로 프로세스 유체에서 혼입 가스의 존재를 결정하도록 구성된다.

바람직하게는, 계량 전자기기는 측정된 밀도로 프로세스 유체에서 혼입 가스의 존재를 결정하도록 구성된다.

바람직하게는, 계량 전자기기는 측정된 구동 이득 및 측정된 밀도의 결합으로 프로세스 유체에서 혼입 가스의 존재를 결정하도록 구성된다.

도 1은 일 실시예에 따른 유량계 센서 조립체를 예시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 계량 전자기기를 예시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 증기압 결정 시스템을 예시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 증기압 결정 방법을 예시한다.

도 1 내지 도 4 및 이하의 설명은, 본 발명의 최상의 모드를 어떻게 만들고 사용하는지를 당업자에게 교시하기 위한 특정 예들을 보여준다. 본 발명의 원리들을 교시할 목적으로, 일부 종래의 양상들은 간략화되거나 생략된다. 당업자들은 본 발명의 범위 내에 있는 이들 예들로부터의 변동들을 인지할 것이다. 당업자는, 아래에 설명되는 특징들이 본 발명의 다수의 변동들을 형성하기 위해 다양한 방식들로 결합될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 그 결과, 본 발명은, 아래에서 설명되는 특정 예들로 제한되는 것이 아니라, 청구항들 및 그 등가물들에 의해서만 제한된다.

예컨대, 진동 밀도계들 및 코리올리(Coriolis) 유량계들과 같은 진동 센서들은 일반적으로 알려져 있고, 유량계의 도관 또는 밀도계를 포함하는 도관을 통해 유동하는 재료들과 관련된 질량 유동(mass flow) 및 다른 정보를 측정하는 데 사용된다. 예시적인 유량계들은 모두가 J.E. Smith 등에 의한 미국 특허 제4,109,524호, 미국 특허 제4,491,025호 및 Re.31,450에서 개시된다. 이들 유량계들은 직선 또는 곡선 구성의 하나 이상의 도관들을 갖는다. 예컨대, 코리올리 질량 유량계의 각각의 도관 구성은 간단한 구부림, 비틀림 또는 커플링된 유형일 수 있는 고유 진동 모드(natural vibration mode)들의 세트를 갖는다. 각각의 도관은 선호 모드에서 오실레이팅하도록 구동될 수 있다.

일부 유형들의 질량 유량계들, 특히 코리올리 유량계들은, 밀도분의 질량의 몫(quotient)을 통해 볼류메트릭 정보를 제공하기 위해, 밀도의 직접 측정을 수행하는 방식으로 동작될 수 있다. 예컨대, 미지의 다상 유체의 밀도를 측정하기 위해 코리올리 유량계를 사용하는 네트 오일 컴퓨터(net oil computer)에 대한 Ruesch의 미국 특허 번호 제4,872,351호를 참조한다. Buttler 등의 미국 특허 번호 제5,687,100호는 진동 튜브 밀도계로서 동작하는 질량 유량계에서 질량 유량 효과들에 대한 밀도 판독치들을 정정하는 코리올리 효과 밀도계를 교시한다.

유량계의 입구 측 상의 연결된 파이프라인으로부터 유량계 내로의 재료 유동들이 도관(들)을 통해 지향되고 유량계의 출구 측을 통해 유량계를 빠져나간다. 진동 시스템의 고유 진동 모드들은 도관들 및 도관들 내에서 유동하는 재료의 결합된 질량에 의해 부분적으로 정의된다.

유량계를 통한 유동이 존재하지 않을 때, 도관(들)에 인가되는 구동력은 도관(들)을 따른 모든 지점들이 동일한 위상 또는 작은 "제로 오프셋(zero offset)"(이는 제로 유동에서 측정된 시간 지연임)으로 오실레이팅하게 한다. 재료가 유량계를 통해 유동하기 시작함에 따라, 코리올리 힘들은 도관(들)을 따른 각각의 지점이 상이한 위상을 갖게 한다. 예컨대, 유량계의 입구 단부의 위상은 중앙화된 구동기 포지션의 위상에 뒤처지는 반면, 출구의 위상은 중앙화된 구동기 포지션의 위상에 앞선다. 도관(들) 상의 픽오프들은 도관(들)의 모션을 표현하는 사인파 신호들을 생성한다. 픽오프들로부터 출력되는 신호들은 픽오프들 사이의 시간 지연을 결정하기 위해 프로세싱된다. 둘 이상의 픽오프들 사이의 시간 지연은 도관(들)을 통해 유동하는 재료의 질량 유량에 비례한다.

구동기에 연결된 계량 전자기기는 구동기를 동작시키기 위해, 그리고 또한, 픽오프들로부터 수신된 신호들로부터 프로세스 재료의 질량 유량 및/또는 다른 성질들을 결정하기 위해 구동 신호를 생성한다. 구동기는 다수의 잘 알려진 어레인지먼트들 중 하나를 포함할 수 있지만; 자석 및 대향(opposing) 구동 코일은 유량계 산업에서 큰 성공을 거두었다. 원하는 도관 진폭 및 주파수에서 도관(들)을 진동시키기 위해 교류 전류가 구동 코일에 전달된다. 구동기 어레인지먼트와 매우 유사한 자석 및 코일 어레인지먼트로서 픽오프들을 제공하는 것이 또한 당업계에 알려져 있다. 그러나, 구동기들이 모션을 유도하는 전류를 수신하는 동안, 픽오프들은 전압을 유도하기 위해 구동기에 의해 제공되는 모션을 사용할 수 있다. 픽오프들에 의해 측정된 시간 지연의 크기는 매우 작고; 종종 나노초 단위로 측정된다. 따라서, 트랜스듀서 출력이 매우 정확할 필요가 있다.

도 1은 예컨대, 제한 없이, 코리올리 유량계 또는 밀도계와 같은 임의의 진동계일 수 있는 유량계(5)를 예시한다. 유량계(5)는 센서 조립체(10) 및 계량 전자기기(20)를 포함한다. 센서 조립체(10)는 프로세스 재료의 질량 유량 및 밀도에 응답한다. 계량 전자기기(20)는 다른 정보뿐만 아니라, 경로(26)를 통한 밀도, 질량 유량 및 온도 정보를 제공하기 위해 리드들(100)을 통해 센서 조립체(10)에 연결된다. 센서 조립체(10)는 플랜지들(101 및 101'), 한 쌍의 매니폴드들(102 및 102'), 한 쌍의 평행 도관들(제1 도관(103) 및 제2 도관(103')), 구동기(104), 온도 센서(106), 이를테면, RTD(resistive temperature detector), 및 한 쌍의 픽오프들(105 및 105') 이를테면, 자석/코일 픽오프들, 스트레인 게이지들, 광학 센서들 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 픽오프를 포함한다. 도관들(103 및 103')은 입구 레그들(107 및 107') 및 출구 레그들(108 및 108')을 각각 갖는다. 도관들(103 및 103')은 그들의 길이를 따른 적어도 하나의 대칭적 위치에서 구부러지고 그들의 길이 전반에 걸쳐 본질적으로 평행하다. 각각의 도관(103, 103')은 축들(W 및 W')을 중심으로 각각 오실레이팅한다.

도관들(103, 103')의 레그들(107, 107', 108, 108')은 도관 장착 블록들(109 및 109')에 고정적으로 부착되고, 이들 블록들은 차례로, 매니폴드들(102 및 102')에 고정적으로 부착된다. 이는 센서 조립체(10)를 통한 연속적 폐쇄 재료 경로를 제공한다.

플랜지들(101, 101')이 측정되고 있는 프로세스 재료를 운반하는 프로세스 라인(도시되지 않음)에 연결될 때, 재료는 플랜지(101)의 제1 오리피스(도 1의 도면에서 가시적이지 않음)를 통해 유량계(5)의 제1 단부(110)에 진입하고 매니폴드(102)를 통해 도관 장착 블록(109)으로 안내된다. 매니폴드(102) 내에서, 재료는 도관들(103 및 103')을 통해 분할 및 라우팅된다. 도관들(103 및 103')을 빠져나갈 때, 프로세스 재료는 매니폴드(102') 내에서 단일 스트림으로 재결합되고, 그 후 플랜지(101')에 의해 프로세스 라인(도시되지 않음)에 연결된 제2 단부(112)를 빠져나가도록 라우팅된다.

도관들(103 및 103')이 선택되고, 각각 구부림 축들(W--W 및 W'--W')을 중심으로 실질적으로 동일한 질량 분포, 관성의 모멘트들 및 영률을 갖도록 도관 장착 블록들(109 및 109')에 적절히 장착된다. 도관들(103, 103')의 영률이 온도에 따라 변하고, 이 변화가 유동 및 밀도의 계산에 영향을 미치므로, 도관의 온도를 연속적으로 측정하기 위해 온도 센서(106)가 적어도 하나의 도관(103, 103')에 장착된다. 도관의 온도, 및 이에 따라 도관을 통과하는 주어진 전류에 대해 온도 센서(106)에 걸쳐 나타나는 전압은 주로 도관을 통과하는 재료의 온도에 의해 좌우된다. 온도 센서(106)에 걸쳐 나타나는 온도-의존적 전압은 도관(103, 103') 온도의 임의의 변화들로 인한 도관들(103, 103')의 탄성률(elastic modulus)의 변화를 보상하도록 계량 전자기기(20)에 의해 잘 알려진 방법으로 사용된다. 온도 센서(106)는 계량 전자기기(20)에 연결된다.

도관들(103, 103') 둘 모두는 유량계의 제1 이위상(out-of-phase) 구부림 모드로 칭해지는 것에서 그 각자의 구부림 축들(W 및 W')을 중심으로 대향하는 방향들로 구동기(104)에 의해 구동된다. 이러한 구동기(104)는 다수의 잘 알려진 어레인지먼트들 중 임의의 하나, 이를테면, 도관(103')에 장착된 자석 및 도관(103)에 장착된 반대쪽 코일을 포함할 수 있으며, 이를 통해 교류 전류가 도관들 둘 모두를 진동시키도록 전달된다. 적합한 구동 신호는 리드(113)를 통해 계량 전자기기(20)에 의해 구동기(104)에 인가된다. 논의가 2개의 도관들(103, 103')에 관한 것이지만, 다른 실시예들에서, 단일 도관만이 제공될 수 있거나 2개 초과의 도관들이 제공될 수 있다는 것이 인지되어야 한다. 또한, 다수의 구동기들 및 구동기(들)가 제1 이위상 구부림 모드 이외의 모드들에서 도관들을 구동하도록 다수의 구동 신호들을 생성하는 것이 본 발명의 범위 내에 있다.

계량 전자기기(20)는 리드(114) 상에서 온도 신호를, 그리고 각각, 리드들(115 및 115') 상에서 출현하는 좌측 및 우측 속도 신호들을 수신한다. 계량 전자기기(20)는 구동기(104)에 대해 리드(113) 상에서 출현하는 구동 신호를 생성하고 도관들(103, 103')을 진동시킨다. 계량 전자기기(20)는 센서 조립체(10)를 통과하는 재료의 질량 유량 및 밀도를 컴퓨팅하도록 좌측 및 우측 속도 신호들 및 온도 신호를 프로세싱한다. 이 정보는 다른 정보와 함께, 경로(26)를 통해 계량 전자기기(20)에 의해 활용 수단(utilization means)에 인가된다. 계량 전자기기(20)의 회로의 설명은 본 발명을 이해하는 데 필요하지 않고, 이 설명의 간략화를 위해 생략된다. 도 1의 설명은 단지 하나의 가능한 진동 계량기의 동작의 예로서 제공되며 본 발명의 교시를 제한하려는 것이 아니라는 것이 인지되어야 한다.

코리올리 유량계 구조가 설명되지만, 코리올리 질량 유량계에 의해 제공되는 부가적인 측정 능력 없이도 본 발명이 진동 튜브 또는 포크 밀도계에 대해 실시될 수 있다는 것이 당업자들에게 명백해질 것이다.

도 2는 일 실시예에 따른 유량계(5)의 계량 전자기기(20)의 블록도이다. 동작 시에, 유량계(5)는 예컨대, 개별 유동 컴포넌트들의 볼륨 및 질량 유동을 포함하여, 질량 유량, 볼륨 유량, 개별 유동 컴포넌트 질량 및 볼륨 유량들, 및 총 유량의 측정 또는 평균 값 중 하나 이상을 포함하는, 출력될 수 있는 다양한 측정 값들을 제공한다.

유량계(5)는 진동 응답을 생성한다. 진동 응답은 하나 이상의 유체 측정 값들을 생성하도록 계량 전자기기(20)에 의해 수신 및 프로세싱된다. 값들은 모니터링되고, 레코딩되고, 저장되고, 총계되고 그리고/또는 출력될 수 있다.

계량 전자기기(20)는 인터페이스(201), 인터페이스(201)와 통신하는 프로세싱 시스템(203) 및 프로세싱 시스템(203)과 통신하는 저장 시스템(204)을 포함한다. 이들 컴포넌트들이 별개의 블록들로서 도시되지만, 계량 전자기기(20)는 통합된 그리고/또는 이산 컴포넌트의 다양한 결합들로 구성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

인터페이스(201)는 유량계(5)의 센서 조립체(10)와 통신하도록 구성된다. 인터페이스(201)는 리드들(100)(도 1 참조)에 커플링되고, 예컨대 구동기(104), 픽오프 센서들(105 및 105') 및 온도 센서들(106)과 신호들을 교환하도록 구성될 수 있다. 인터페이스(201)는 추가로, 통신 경로(26)를 통해 이를테면, 외부 디바이스들과 통신하도록 구성될 수 있다.

프로세싱 시스템(203)은 임의의 방식의 프로세싱 시스템을 포함할 수 있다. 프로세싱 시스템(203)은 유량계(5)를 동작시키기 위해 저장된 루틴들을 리트리브(retrieve) 및 실행하도록 구성된다. 저장 시스템(204)은 유량계 루틴(205), 밸브 제어 루틴(211), 구동 이득 루틴(213) 및 증기압 루틴(215)을 포함하는 루틴들을 저장할 수 있다. 저장 시스템(204)은 측정들, 수신된 값들, 작업 값들 및 다른 정보를 저장할 수 있다. 일부 실시예들에서, 저장 시스템은 질량 유동(m)(221), 밀도(ρ)(225), 밀도 임계치(226), 점도(μ)(223), 온도(T)(224), 압력(209), 구동 이득(306), 구동 이득 임계치(302), 가스 혼입 임계치(244), 가스 혼입 프랙션(248), 및 당업계에 알려진 임의의 다른 변수들을 저장한다. 루틴들(205, 211, 213, 215)은 언급된 임의의 신호 및 당업계에 알려진 그러한 다른 변수들을 포함할 수 있다. 다른 측정/프로세싱 루틴들이 고려되고 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다.

유량계 루틴(205)은 유체 정량화들 및 유동 측정들을 생성 및 저장할 수 있다. 이들 값들은 실질적으로 순간적인 측정 값들을 포함할 수 있거나 총계 또는 누적 값들을 포함할 수 있다. 예컨대, 유량계 루틴(205)은 예컨대, 질량 유동 측정들을 생성하고 이들을 저장 시스템(204)의 질량 유동(221) 저장소에 저장할 수 있다. 유량계 루틴(205)은 예컨대, 밀도(225) 측정들을 생성하고 이들을 밀도(225) 저장소에 저장할 수 있다. 질량 유동(221) 및 밀도(225) 값들은 이전에 논의된 바와 같이 그리고 당업계에 알려진 바와 같이 진동 응답으로부터 결정된다. 질량 유동 및 다른 측정들은 실질적으로 순간적인 값을 포함할 수 있거나, 샘플을 포함할 수 있거나, 시간 간격에 걸친 평균 값을 포함할 수 있거나, 시간 간격에 걸친 누적 값을 포함할 수 있다. 시간 간격은 소정의 유체 조건들, 예컨대 액체-단독 유체 상태, 또는 대안적으로 액체들 및 혼입 가스를 포함하는 유체 상태가 검출되는 시간의 블록에 대응하도록 선택될 수 있다. 또한, 다른 질량 및 볼륨 유동 및 관련된 정량화들이 고려되고 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다.

언급된 바와 같이, 구동 이득(306)은 비-유동/거짓 총계 조건들을 표시하는 신호로서 활용될 수 있다. 구동 이득 임계치(302)는 유동의 기간들, 유동 없음, 단상/이상 경계 및 가스 혼입/혼합-상 유동 간을 구별하기 위해 사용될 수 있다. 유사하게, 밀도 판독치(225)에 적용된 밀도 임계치(226)는 또한, 가스 혼입/혼합-상 유동을 구별하기 위해 별개로 또는 구동 이득과 함께 사용될 수 있다. 구동 이득(306)은 예컨대, 제한 없이, 액체 및 가스 상들과 같은 이질적인 밀도들의 유체들의 존재에 대한 유량계의 5개의 도관 진동의 감도에 대한 메트릭으로서 사용될 수 있다. 에너지 입력 및 결과적인 진폭에 대한 댐핑의 결합된 효과들은 확장된 구동 이득으로서 알려지며, 이는 100 % 초과의 전력이 이용 가능했던 경우 타겟 진동 진폭을 유지하는 데 얼마나 많은 전력이 요구되었을지에 관한 추정을 표현한다.

(1)

본원에서 제공된 실시예들의 목적들을 위해, 구동 이득이라는 용어는 일부 실시예들에서 구동 전류, 픽오프 전압, 또는 특정 진폭에서 유동 도관들(103, 103')을 구동하는데 필요한 전력량을 표시하는 측정된 또는 유도된 임의의 신호를 지칭할 수 있다는 것이 주의되어야 한다. 관련된 실시예들에서, 구동 이득이라는 용어는 노이즈 레벨들, 신호들의 표준 편차, 댐핑-관련 측정들 및 혼합-상 유동을 검출하기 위해 당업계에 알려진 임의의 다른 수단들과 같이 다상 유동을 검출하는 데 활용되는 임의의 메트릭을 포괄하도록 확장될 수 있다. 일 실시예에서, 이들 메트릭들은 혼합-상 유동을 검출하기 위해 픽-오프 센서들(105 및 105')을 통해 비교될 수 있다.

진동 도관들(103, 103')은 튜브 내의 모든 유체가 밀도에 대해 동질적인 한, 그의 제1 공진 주파수에서의 진동을 유지하는데 매우 적은 에너지를 소비한다. 상이한 밀도들의 2개(또는 그 이상)의 비혼화성 컴포넌트들로 구성된 유체의 경우에, 튜브의 진동은 컴포넌트들 각각의 상이한 크기들의 변위를 야기할 것이다. 이러한 변위의 차이는 디커플링으로서 알려져 있고, 이러한 디커플링의 크기는 컴포넌트들의 밀도들의 비뿐만 아니라 인버스 스톡스(Stokes) 수에 의존하는 것으로 나타났다:

(2)

(3)

여기서 ω는 진동의 주파수이고, ν는 유체의 동적 점도이고, r은 입자의 반경이다. 입자는 기포의 경우에서와 같이 유체보다 더 낮은 밀도를 가질 수 있다는 것이 주의되어야 한다.

컴포넌트들 간에 발생하는 디커플링은 튜브의 진동 시에, 댐핑의 발생을 야기하여, 고정된 양의 에너지 입력에 대해, 진동의 진폭을 감소시키거나, 진동을 유지하는데 더 많은 에너지를 요구한다.

도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 증기압 결정 시스템(300)이 제공된다. 입구(304) 및 출구(307)를 갖는 프로세스 라인(303)이 제공되며, 여기서 프로세스 라인(303)은 입구(304)를 통해 프로세스 라인(303)에 진입하는 프로세스 유체를 운반하도록 구성된다. 프로세스 라인(303)을 통한 유체 유동을 제어하는 상류 압력 조절기(308)가 제공된다. 프로세스 라인(303)을 통한 유체 유동을 제어하는 하류 압력 조절기(310)가 제공된다. 계량 전자기기(20)를 갖는 유량계(5)는 상류 압력 조절기(308)와 하류 압력 조절기(310) 사이에 배치되고, 상류 압력 조절기(308)를 통과하는 프로세스 유체를 수용하도록 구성된다. 압력 센서(312) 및 온도 센서(314)가 또한 시스템(300)에 존재한다. 압력 센서(312) 및 온도 센서(314)가 유량계(5)의 하류에 예시되지만, 이들 센서들(312, 314)은 유량계(5) 앞에 설치되거나 유량계(5) 내에 통합될 수 있다.

계량 전자기기(20)는 상류 압력 조절기(308), 하류 압력 조절기(310), 압력 센서(312) 및 온도 센서(314)와 통신한다. 계량 전자기기(20)는 상류 압력 조절기(308) 및 하류 압력 조절기(310)를 제어할 수 있다. 계량 전자기기(20)는 압력 센서(312)로부터 압력 측정을 그리고 온도 센서(314)로부터 온도 측정을 수신한다. 계량 전자기기(20)는 프로세스 유체의 압력을 모니터링하고, 유량계(5)가 제2 상의 도입(이는 증기압에 도달했음을 표시함)을 검출할 때까지 그의 압력을 감소시키도록 구성된다. 일 실시예에서, 단일 압력 조절기(308)만이 존재한다.

도 4를 참조하면, 시스템(300)에 의해 사용되는 증기압 결정 방식의 예를 예시하는 흐름도(400)가 제공된다. 시스템(300)에서 프로세스 유체의 압력이 단계(402)에서 측정된다. 이는 압력 센서(312)에 의해 달성된다. 시스템(300)에서 프로세스 유체의 온도는 단계(403)에서 측정된다. 프로세스 유체가 정상 프로세스 조건들 하에서 단일-상인 경우, 유동 압력은 단계(404)에 도시된 바와 같이, 상류 압력 조절기(308)를 부분적으로 폐쇄함으로써 감소될 수 있다. 구동 이득 및/또는 밀도는 단계(406)에서 측정될 수 있고, 위에서 언급된 바와 같이, 다중-상 유동의 존재를 결정하는 데 활용될 수 있고 그리고 또한, 단상/이상 경계를 결정하는 데 활용될 수 있다. 프로세스 유체의 압력이 측정되고(400), 프로세스 유체의 압력이 감소(404)됨에 따라, 제2 상의 도입은 구동 이득 및/또는 밀도 측정들(406)을 통해 결정되며, 이는 결국, 증기압에 도달했음을 표시한다. 유동 증기압의 검출은 제2 상이 결정되는 지점에서 압력 및 온도 둘 모두를 레코딩함으로써 단계(408)에서 표시된다. 단계(410)에서, 유동 증기압이 레코딩된 시간에서의 온도를 고려하여 측정된 유동 증기압으로부터 RVP가 계산된다.

프로세스 유체가 이미 일부 증기를 포함하는 경우, 이는 구동 이득 및/또는 밀도를 측정함으로써 검출될 것이고, 하류 압력 조절기(310)는 제2 상이 더 이상 존재하지 않는 지점에서 증기압 및 온도를 결정하기 위해 압력을 증가시키도록 부분적으로 폐쇄될 수 있다는 것이 주의되어야 한다. 어느 경우든, 프로세스 유체의 유동 증기압을 표시하는 데 활용되는 것은 단상/이상 경계 및 이 경계에서의 프로세스 유체의 관련된 온도/압력이다.

다른 실시예들에서, 상류/하류 압력 조절기 구성이 증기압에 도달하기에 충분한 압력 변화를 제공하지 않으면, 다른 압력 조절기들 및 압력 제어 방법들이 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, TVP(true vapor pressure)와 표준 온도에서의 증기압(예컨대, RVP(Reid Vapor Pressure)) 사이에서 변환하는 능력을 제공하기 위해 온도 측정이 또한 포함될 수 있다. TVP는 측정된 온도에서의 액체 생성물(product)의 실제 증기압이다. TVP는 직접 측정하기가 어렵고 측정 디바이스에서 액체의 조성 및 온도에 의존한다. TVP 및 온도가 알려지면, 임의의 다른 온도에서의 유동 증기압 및/또는 RVP은 계량 전자기기(20)에 저장된 실증적 상관 데이터로부터 계산될 수 있다. 실증적 상관 데이터는 룩-업 테이블들, 수학적 알고리즘들 및/또는 수학적 곡선들을 포함할 수 있다. 직접 RVP 측정은 통상적으로 실험실 분석을 위해 샘플들을 전송할 것을 요구한다.

일 실시예에서, 시스템(300)은 메인 유동 스트림의 샘플만을 측정하는 슬립(slip) 스트림에 배치되고, 이에 따라 재료 프로세스들에 대한 영향을 감소시킨다. RVP는 조성에 크게 의존하기 때문에, 슬립 스트림 샘플은 조성이 합리적으로 동질적인 경우들에 효과적일 것이다. 이는 시스템의 크기가 더 작아질 수 있게 하고, 비용이 적게 들 수 있게 하고, 덜 두드러질 수 있게 한다.

위의 실시예들의 상세한 설명들은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 본 발명자들에 의해 고려되는 모든 실시예들의 총망라하는 설명은 아니다. 실제로, 당업자들은, 위에서 설명된 실시예들의 특정 엘리먼트들이 추가 실시예들을 생성하기 위해 다양하게 결합되거나 제거될 수 있으며, 이러한 추가 실시예들은 본 발명의 범위 및 교시들 내에 있다는 것을 인지할 것이다. 위에서 설명된 실시예들이 전체적으로 또는 부분적으로 결합되어 본 발명의 범위 및 교시들 내의 부가적인 실시예들을 생성할 수 있다는 것이 당업자들에게 또한 자명할 것이다.

따라서, 본 발명의 특정한 실시예 및 본 발명에 대한 예들이 예시의 목적들을 위해 본 명세서에서 설명되지만, 당업자들이 인식할 바와 같이, 다양한 등가의 수정들이 본 발명의 범위 내에서 가능하다. 본원에서 제공된 교시들은 위에서 설명되고 첨부 도면들에 도시된 실시예들에만 적용되는 것이 아니라 다른 진동 시스템들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음의 청구항들로부터 결정되어야 한다.

Claims

유체의 증기압을 결정하는 방법으로서,
계량 전자기기를 갖는 계량기를 제공하는 단계 ― 상기 계량기는 유량계 및 밀도계 중 적어도 하나를 포함함 ― ;
상기 계량기를 통해 프로세스 유체를 유동시키는 단계;
상기 프로세스 유체의 압력을 측정하는 단계;
단상/이상 경계에 도달할 때까지 밸브로 상기 프로세스 유체의 압력을 조정하는 단계; 및
상기 단상/이상 경계에서 상기 프로세스 유체의 유동 증기압을 결정하는 단계를 포함하는,
유체의 증기압을 결정하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 단상/이상 경계에 도달할 때까지 상기 프로세스 유체의 압력을 조정하는 단계는 상기 계량기의 상류에 포지셔닝된 밸브의 압력을 낮추는 단계를 포함하는,
유체의 증기압을 결정하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 단상/이상 경계에 도달할 때까지 상기 프로세스 유체의 압력을 조정하는 단계는 상기 계량기의 하류에 포지셔닝된 밸브의 압력을 상승시키는 단계를 포함하는,
유체의 증기압을 결정하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 프로세스 유체의 온도를 측정하는 단계; 및
상기 온도 및 상기 유동 증기압으로부터 레이드 증기압(Reid Vapor Pressure)을 계산하는 단계를 포함하는,
유체의 증기압을 결정하는 방법.
제4 항에 있어서,
상기 온도 및 상기 유동 증기압으로부터 상기 레이드 증기압을 계산하는 단계는 상기 온도로부터의 상기 레이드 증기압을 사용하여 상기 계량 전자기기에 저장된 레이드 증기압 값들을 참조하는 단계를 포함하는,
유체의 증기압을 결정하는 방법.
◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제5 항에 있어서,
상기 계량 전자기기에 저장된 레이드 증기압 값은 룩-업 테이블을 포함하는,
유체의 증기압을 결정하는 방법.
◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제5 항에 있어서,
상기 계량 전자기기에 저장된 레이드 증기압 값은 곡선으로부터 계산되는,
유체의 증기압을 결정하는 방법.
제1 항에 있어서,
측정된 구동 이득으로 상기 프로세스 유체에서 혼입 가스의 존재를 결정하는 단계를 포함하는,
유체의 증기압을 결정하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 유체의 밀도를 측정함으로써 상기 프로세스 유체에서 혼입 가스의 존재를 결정하는 단계를 포함하는,
유체의 증기압을 결정하는 방법.
◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제1 항에 있어서,
측정된 구동 이득 및 측정된 밀도의 결합으로 상기 프로세스 유체에서 혼입 가스의 존재를 결정하는 단계를 포함하는,
유체의 증기압을 결정하는 방법.
프로세스 유체의 유동 증기압을 결정하기 위한 시스템(300)으로서,
유량계 및 밀도계 중 적어도 하나를 포함하는 계량기(5);
상기 계량기(5)와 유체 연통하는 압력 조절기(308);
압력 센서(312); 및
상기 계량기(5) 및 상기 압력 센서(312)와 통신하는 계량 전자기기(20)를 포함하고,
상기 계량 전자기기(20)는,
측정된 압력을 수신하고;
단상/이상 경계에 도달할 때까지 밸브로 상기 프로세스 유체의 압력을 조정하도록 상기 압력 조절기(308)를 제어하고; 그리고
상기 단상/이상 경계에서 상기 프로세스 유체의 유동 증기압을 결정하도록 구성되는,
프로세스 유체의 유동 증기압을 결정하기 위한 시스템.
제11 항에 있어서,
상기 계량기(5)는,
하나 이상의 도관들(103, 103');
상기 하나 이상의 도관들(103, 103')에 부착되고 상기 하나 이상의 도관들(103, 103')에 대해 진동 신호를 생성하도록 구성되는 적어도 하나의 구동기(104); 및
상기 하나 이상의 도관들(103, 103')에 부착되고 상기 하나 이상의 도관들(103, 103')로부터 진동 신호를 수신하도록 구성되는 적어도 하나의 픽오프(pickoff)(105, 105')를 포함하는,
프로세스 유체의 유동 증기압을 결정하기 위한 시스템.
제11 항에 있어서,
상기 프로세스 유체의 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서(106)를 더 포함하고,
상기 계량 전자기기(20)는 상기 유동 증기압 및 상기 프로세스 유체의 측정된 온도로부터의 레이드 증기압을 계산하도록 구성되는,
프로세스 유체의 유동 증기압을 결정하기 위한 시스템.
◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제13 항에 있어서,
상기 계량 전자기기(20)는 그 안에 저장된 레이드 증기압 기준 값들을 포함하는,
프로세스 유체의 유동 증기압을 결정하기 위한 시스템.
◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제14 항에 있어서,
상기 계량 전자기기에 저장된 레이드 증기압 기준 값들은 룩-업 테이블을 포함하는,
프로세스 유체의 유동 증기압을 결정하기 위한 시스템.
◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제14 항에 있어서,
상기 계량 전자기기에 저장된 레이드 증기압 기준 값들이 그 안에서 계산되는,
프로세스 유체의 유동 증기압을 결정하기 위한 시스템.
◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제11 항에 있어서,
상기 계량 전자기기(20)는 측정된 구동 이득으로 상기 프로세스 유체에서 혼입 가스의 존재를 결정하도록 구성되는,
프로세스 유체의 유동 증기압을 결정하기 위한 시스템.
◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제11 항에 있어서,
상기 계량 전자기기(20)는 측정된 밀도로 상기 프로세스 유체에서 혼입 가스의 존재를 결정하도록 구성되는,
프로세스 유체의 유동 증기압을 결정하기 위한 시스템.
◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제11 항에 있어서,
상기 계량 전자기기(20)는 측정된 구동 이득 및 측정된 밀도의 결합으로 상기 프로세스 유체에서 혼입 가스의 존재를 결정하도록 구성되는,
프로세스 유체의 유동 증기압을 결정하기 위한 시스템.