KR20200020947A

KR20200020947A - 가스 플로우-라인 내의 흑색 분말 농도의 광학적 검출

Info

Publication number: KR20200020947A
Application number: KR1020207003497A
Authority: KR
Inventors: 빈센트 커닝햄; 에자트 헤가지; 투르키 알로마이리
Original assignee: 사우디 아라비안 오일 컴퍼니
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2020-02-26
Also published as: US11187661B2; JP2020525800A; CA3069001A1; EP3649456A1; US20190011372A1; CN111033219A; SA520410961B1; WO2019010009A1

Abstract

광학 신호 소스가 플로우 셀 또는 플로우-라인 바이패스의 제1 면에 배치된다. 광학 신호 소스는 플로우 셀 또는 플로우-라인 바이패스의 제1 면을 통해 광학 신호를 방출할 수 있다. 플로우 셀의 제2 면에 제1 광학 검출기가 배치된다. 제2 면은 제1 면의 반대쪽이다. 제1 광학 검출기는 플로우 셀 또는 플로우-라인 바이패스의 제2 면을 통해 전송된 광학 신호의 투과광 강도를 검출할 수 있다. 플로우 셀의 제3 면에 제2 광학 검출기가 배치된다. 제3 면은 제1 면 및 제2 면과 상이하다. 제2 광학 검출기는 플로우 셀 또는 플로우-라인 바이패스의 제3 면을 통해 전송되는 산란된 광학 신호의 산란광 강도를 검출할 수 있다.

Description

가스 플로우-라인 내의 흑색 분말 농도의 광학적 검출

우선권 주장

본 출원은 2017년 7월 5일에 출원된 미국 특허 출원 15/642,039호를 우선권으로 주장하며, 이의 전체 내용은 본원에 참조로 포함된다.

기술 분야

본 개시내용은 파이프라인 및 플로우-라인 모니터링에 관한 것이다.

파이프라인을 통해 천연 가스액을 운송할 때, 흑색 분말이 형성되어 축적될 수 있다. 흑색 분말은 산화철, 황화철 또는 임의의 다른 화학 물질의 혼합물로부터 형성될 수 있다. 흑색 분말 형성은 생산 준비 또는 파이프라인 유지 관리 중에 가속화될 수 있다.

요약

본 개시내용은 플로우라인 내의 흑색 분말의 검출과 관련된 기술을 설명한다.

본 개시내용에 개시된 발명 대상의 예시 구현예는 이하의 특징을 갖는 흑색 분말 검출기이다. 플로우 셀 또는 플로우-라인 바이패스는 플로우 라인에 부착된다. 플로우 셀 또는 플로우-라인 바이패스는 유입구 및 유출구를 포함한다. 광학 신호 소스가 플로우 셀 또는 플로우-라인 바이패스의 제1 면에 배치된다. 광학 신호 소스는 플로우 셀 또는 플로우-라인 바이패스의 제1 면을 통해 광학 신호를 방출할 수 있다. 플로우 셀의 제2 면에 제1 광학 검출기가 배치된다. 제2 면은 제1 면의 반대쪽이다. 제1 광학 검출기는 플로우 셀 또는 플로우-라인 바이패스의 제2 면을 통해 전송된 광학 신호의 투과광 강도를 검출할 수 있다. 플로우 셀의 제3 면에 제2 광학 검출기가 배치된다. 제3 면은 제1 면 및 제2 면과 상이하다. 제2 광학 검출기는 플로우 셀 또는 플로우-라인 바이패스의 제3 면을 통해 전송되는 산란된 광학 신호의 산란광 강도를 검출할 수 있다.

예시 구현예와 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시 구현예의 양태는 이하를 포함한다. 플로우 셀은, 제3 면과 제2 광학 검출기 사이에 배치되어 산란된 광학 신호를 제2 광학 검출기 상에 포커싱할 수 있는 렌즈를 포함한다. 핀홀이 제2 면과 제1 광학 검출기 사이에 배치되고 사전 정의된 역치 미만의 전방 산란광을 필터링할 수 있다.

예시 구현예와 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시 구현예의 양태는 이하를 포함한다. 제2 광학 검출기는 수직축에 대하여 30° 내지 -30°의 범위에서 광학 신호의 신호 경로를 따라 투과축에 직교하는 축에 대해 일정 각도로 산란되는 광학 신호를 검출한다.

예시 구현예와 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시 구현예의 양태는 이하를 포함한다. 광학 신호 소스는 시준된 광학 신호 소스 또는 비간섭 신호 소스를 포함한다.

예시 구현예와 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시 구현예의 양태는 이하를 포함한다. 광학 신호 소스는 연속 광학 신호를 방출한다.

예시 구현예와 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시 구현예의 양태는 이하를 포함한다. 광학 신호는 광의 가시 파장을 포함한다.

예시 구현예와 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시 구현예의 양태는 이하를 포함한다. 하나 이상의 프로세서는 투과광 강도의 변화에 기초하여 흑색 분말 농도의 변화가 발생하는지 여부를 결정하도록 구성된다. 프로세서는 또한 투과광 강도의 변화와 산란광 강도의 변화의 비교에 기초하여 변화가 정확한지 여부를 결정하도록 구성된다.

예시 구현예와 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시 구현예의 양태는 이하를 포함한다. 변화가 정확한지 여부를 결정하는 것은, 투과광 강도 및 산란광 강도를 시간의 함수로서 측정하는 것과, 일정 시간 주기에서의 투과광 강도의 변화를 일정 시간 주기에서의 산란광 강도의 변화와 비교하는 것을 포함한다.

예시 구현예와 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시 구현예의 양태는 이하를 포함한다. 변화가 정확한지 여부를 결정하는 것은, 투과광 강도 및 산란광 강도 변화가 모두 증가 또는 감소하는지 결정하는 것과, 변화가 모두 증가 또는 감소하는 것에 대한 응답으로, 흑색 분말 농도의 변화가 위양성인지 여부를 결정하는 것을 포함한다.

본 개시내용에 개시된 발명 대상의 예시 구현예는 이하의 특징을 갖는 방법이다. 액체 흐름은 플로우-라인을 통해 흐른다. 흐름의 일부는 플로우-라인에 유체 적으로 연결된 플로우 셀을 통해 흐른다. 광학 신호는 광학 신호 소스로부터 플로우 셀로 전송된다. 광학 신호는 광학 신호 소스의 반대쪽 끝에 배치된 제1 검출기에 의해 검출된다. 산란된 광학 신호는 제1 검출기에 대해 일정한 각도로 배치된 제2 검출기에 의해 검출된다. 제1 검출기에 의해 검출된 광학 신호의 제1 감쇠 및 제2 검출기에 의해 검출된 산란된 광학 신호의 제2 감쇠가 측정된다. 오염 레벨은 제1 광학 신호 및 산란된 광학 신호의 측정된 감쇠에 기초하여 측정된다.

예시적인 방법과 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시적인 방법의 양태는 이하를 포함한다. 광학 신호의 감쇠의 증가 및 산란된 광학 신호의 감쇠의 감소는 오염 증가를 나타낸다.

예시적인 방법과 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시적인 방법의 양태는 이하를 포함한다. 광학 신호의 제1 감쇠의 증가 및 산란된 광학 신호의 제2 감쇠의 증가는 오판독을 나타낸다.

예시적인 방법과 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시적인 방법의 양태는 이하를 포함한다. 액체 흐름은 천연 가스액을 포함한다.

예시적인 방법과 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시적인 방법의 양태는 이하를 포함한다. 광학 신호를 전송하는 것은 연속 광학 신호를 전송하는 것을 포함한다.

예시적인 방법과 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시적인 방법의 양태는 이하를 포함한다. 광학 신호 및 산란된 광학 신호를 검출하는 것은 특정 시간 주기에 걸쳐 검출된 신호를 평균하는 것을 포함한다.

예시적인 방법과 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시적인 방법의 양태는 이하를 포함한다. 특정 시간 주기는 4초 초과이다.

예시적인 방법과 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시적인 방법의 양태는 이하를 포함한다. 광학 신호는 광의 가시 파장을 포함한다.

예시적인 방법과 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시적인 방법의 양태는 이하를 포함한다. 제2 검출기의 각도는 제1 검출기로부터 실질적으로 90°이다.

예시적인 방법과 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시적인 방법의 양태는 이하를 포함한다. 광학 신호 소스는 레이저를 포함하고 광학 신호는 레이저 빔을 포함한다.

예시적인 방법과 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시적인 방법의 양태는 이하를 포함한다. 유체는 오염 레벨이 소정 역치를 초과한다는 결정에 대한 응답으로 여과 시스템으로 인도된다.

본 개시내용에 개시된 발명 대상의 예시 구현예는 이하의 특징을 갖는 흑색 분말 검출기 시스템이다. 플로우 셀이 플로우-라인에 부착된다. 플로우 셀은 플로우 셀을 플로우-라인에 유체적으로 연결하는 유입구 및 플로우 셀을 플로우-라인에 유체적으로 연결하는 유출구를 포함한다. 광학 신호 소스가 플로우 셀의 제1 면에 배치된다. 광학 신호 소스는 광학 신호를 플로우 셀로 방출할 수 있다. 제1 광학 검출기는 제1 면의 반대쪽인 플로우 셀의 제2 면에 배치된다. 광학 검출기는 광학 신호의 강도를 검출할 수 있다. 제2 광학 검출기는 제1 면 및 제2 면에 직교하는 플로우 셀의 제3 면에 배치된다. 제2 광학 검출기는 광학 신호의 산란 강도를 검출할 수 있다. 제1 광학 컨디셔닝 메커니즘은 플로우 셀을 제1 검출기에 연결한다. 제2 광학 컨디셔닝 메커니즘은 플로우 셀을 제2 검출기에 연결한다.

예시 시스템과 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시 시스템의 양태는 이하를 포함한다. 플로우-라인의 유체는 천연 가스액을 포함한다.

예시 시스템과 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시 시스템의 양태는 이하를 포함한다. 광학 신호 소스는 400 nm 내지 600 nm 범위의 주파수를 갖는 레이저 빔을 방출하는 시준된 레이저를 포함한다.

예시 시스템과 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시 시스템의 양태는 이하를 포함한다. 흑색 분말 검출기는, 흑색 분말 농도의 변화가 투과광 강도의 변화에 기초하는지 여부를 결정하고 투과광 강도의 변화와 산란광 강도의 변화의 비교에 기초하여 변화가 정확한지 여부를 결정하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서를 포함한다.

예시 시스템과 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시 시스템의 양태는 이하를 포함한다. 변화가 정확한지 여부를 결정하는 것은, 투과광 강도 및 산란광 강도를 시간의 함수로서 측정하는 것과, 일정 시간 주기에서의 투과광 강도 변화를 일정 시간 주기에서의 산란광 강도 변화와 비교하는 것을 포함한다.

예시 시스템과 단독으로 또는 조합으로 조합될 수 있는 예시 시스템의 양태는 이하를 포함한다. 변화가 정확한지 여부를 결정하는 것은, 투과광 강도 및 산란광 강도 변화가 모두 증가 또는 감소하는지 결정하고, 변화가 모두 증가 또는 감소하는 것에 대한 응답으로, 흑색 분말 농도의 변화가 위양성인지 결정하는 것을 포함한다.

본 명세서에 개시된 발명 대상의 특정 구현예는 이하의 장점 중 하나 이상을 실현하도록 구현될 수 있다. 흑색 분말 레벨을 광학적으로 측정하는 것은 기존 프로브가 더러워지는 것과 같은 기존 프로브 고유의 문제를 방지한다.

본 명세서에 개시된 발명 대상의 하나 이상의 구현예의 세부 사항은 첨부 도면 및 이하의 상세한 설명에서 설명된다. 본 대상의 다른 특징, 양태 및 이점은 상세한 설명, 도면 및 청구 범위로부터 명백해질 것이다.

도 1은 광학 신호와 상호 작용하는 흑색 분말 입자의 개략도이다.
도 2는 흑색 분말 검출기의 개략도이다.
도 3은 흑색 분말 레벨을 검출하기 위한 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 4는 흑색 분말 검출기로부터의 데이터를 분석하기 위한 예시적인 방법의 흐름도이다.
여러 도면에서 유사한 참조 번호 및 명칭은 유사한 요소를 나타낸다.

상세한 설명

흑색 분말은 제품 오염, 장비 오염, 압축기의 침식 마모, 기기 및 필터 막힘, 밸브의 침식 및 밀봉 문제, 및 흐름 감소를 포함한 다양한 문제를 야기할 수 있다. 플로우-라인 내에서 입자 농도를 추적하면 전체 시스템의 유지 보수 계획에 도움이 되어 이러한 위험을 줄일 수 있다.

본 개시내용은 플로우-라인 또는 파이프 라인에서 오염을 모니터링하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 이 장치에서, 플로우 셀은 측정을 위해 메인 플로우-라인으로부터 플로우 셀로 사이드-스트림을 끌어 당긴다. 플로우 셀은 한쪽에 부착된 광학 소스, 예컨대 레이저 또는 다른 광학 소스를 갖는다. 반대쪽에는 제1 광학 검출기가 있다. 제2 광학 검출기는 빔 경로에 대해 일정 각도로, 예컨대 빔 경로에 대해 수직으로 위치한다. 광학 소스는 제1 광학 검출기를 향하는 빔을 방출한다. 제1 광학 검출기는 유체 내의 입자로 인한 빔의 감쇠를 측정한다. 제2 광학 검출기는 유체 내의 입자에 의해 야기된 빔의 산란을 검출한다. 두 검출기로부터의 신호는 파이프라인의 입자 농도를 결정하기 위해 하나 이상의 프로세서로 전송된다.

도 1은 흑색 분말 입자(102)를 포함하는 유체 또는 진공을 통한 전파 동안 입사광 빔(104)의 감쇠 및 산란을 도시한 것이다. 입사광 빔(104)이 흑색 분말 입자를 포함하는 유체를 통해 전파될 때, 빔(104)의 일부가 흑색 분말 입자로부터 산란되어 산란광(106)을 생성한다. 전파축을 따라 유체를 빠져나가는 빔(104)의 나머지 부분은 감쇠광(108)이다. 빔(104)은 산란, 흡수 또는 다른 프로세스를 통해 감쇠될 수 있다. 일부 경우, 산란광(106)의 강도 및 감쇠광(108)의 강도는 유체(102) 내의 흑색-분말 입자의 밀도의 함수이다. 예컨대, 유체내 흑색-분말 입자의 입자 농도가 증가함에 따라, 산란광(106)의 강도는 증가할 수 있는 반면, 감쇠광(108)의 강도는 감소할 수 있다. 입자 농도가 감소함에 따라, 산란광(106)의 강도는 감소할 수 있는 반면, 감쇠광(108)의 강도는 증가할 수 있다.

도 2는 흑색 분말 저감 시스템에서 입자 농도를 결정하기 위한 예시적인 흑색 분말 검출기(200)를 도시한 것이다. 예컨대, 달성하고자 하는 것의 이상적인 예를 제시한다. 높은 레벨에서, 흑색 분말 검출기(200)는 액화 천연가스 또는 물과 같은 유체를 흑색 분말 입자와 함께 함유하도록 구성된 부피를 규정하는 플로우 셀(202), 광학 신호를 방출하도록 구성된 광학 소스(208), 광학 신호의 전파축 상에 배향되고 감쇠 신호의 강도를 검출하도록 구성된 제1 검출기(214), 및 전파축에 대해 일정 각도로 예컨대 수직으로 배향되고 산란된 신호의 강도를 검출하도록 구성된 제2 검출기(216)를 포함한다. 유체 내의 흑색 분말 입자의 입자 농도는 감쇠 신호의 강도 및 산란된 신호의 강도에 기초하여 결정될 수 있다. 일부 구현예에서는, 모래와 같은 다른 미립자들이 검출될 수 있다. 흑색 분말 검출기(200)는 파이프라인과 같은 많은 상이한 플로우 시스템에서 사용될 수 있다.

흑색 분말 검출기(200)는 플로우-라인 또는 파이프라인에 부착되고 유체적으로 연결될 수 있는 플로우 셀(202) 또는 유사한 플로우-라인 바이패스를 포함할 수있다. 플로우 셀(202)은 시료를 함유할 수 있는 부피를 규정하는 다수의 면을 포함할 수 있다. 예컨대, 플로우 셀(202)은 정육면체, 직사각형 프리즘, 삼각형 프리즘, 원뿔, 원통 또는 다른 다면체일 수 있다. 일부 구현예에서, 플로우 셀(202)은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 구 또는 회전 타원체일 수 있다. 예컨대, 플로우 셀(202)은 흐름의 일부를 포함할 수 있는 부피를 규정하는 6개의 면을 가질 수 있다. 플로우 셀(202)의 면은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 편평하거나 곡면이거나 또는 불규칙한 형상을 포함하는 다른 형상을 가질 수 있다. 예시된 플로우 셀(202)은 제1 면(201) 및 제1 면(201)과 평행하고 이의 바로 맞은편에 있는 제2 면(212)을 갖는 직사각형 프리즘이다. 플로우 셀(202)은 또한 제1 면(201) 및 제2 면(212) 모두에 직교하고 이에 연결되는 제3 면(218)을 포함한다. 또한, 플로우 셀(202)은 제3 면(218)에 대해 평행하고 이의 바로 맞은편에 있는 제4 면을 포함한다. 일부 구현예에서, 플로우 셀(202)의 직경은 플로우 셀(202)이 측정하고 있는 플로우-라인 또는 파이프라인의 직경의 대략 1/4일 수 있다. 플로우 셀(202)은 적어도 부분적으로 석영 또는 유리와 같은 투명한 광학 등급 재료로 제작된다. 도시된 바와 같이, 플로우 셀(202)은 플로우 셀(202)의 제4 면에 위치한 유입구(204) 및 유출구(206)를 포함한다. 유입구(204) 및 유출구(206)는 유체 유입 및 유출을 위한 플로우 채널을 규정하는 하나 이상의 파이프를 포함할 수 있다. 파이프는 예시 구현예로 도시되어 있지만, 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 임의의 다른 흐름-채널 메커니즘이 사용될 수 있다. 예시된 구현예는 플로우 셀(202)의 동일 면 상에 유입구(204) 및 유출구(206)를 모두 도시하고 있지만, 유입구(204) 및 유출구(206)는 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 플로우 셀의 다른 면 상에 있을 수있다.

플로우 셀(202)의 제1 면(201)에는, 광학 신호 소스(208)가 배치된다. 플로우 셀(202)의 제1 면(201)의 반대쪽인 플로우 셀(202)의 제2 면(212)에는, 제1 광학 검출기(214)가 있다. 제2 광학 검출기(216)는 플로우 셀(202)의 제3 면(218)에 배치된다. 제3 면(218)은 제1 면(201) 및 제2 면(212)과 상이하다. 광학 신호 소스(208)는 플로우 셀(202)의 제1 면에 배치되고 제1 면(201)을 통해 플로우 셀(202) 내로 광학 신호(210a)를 방출할 수 있다. 일부 구현예에서, 광학 신호 소스(208)는 시준된 광학 신호 소스 또는 비간섭 신호 소스를 포함할 수 있다. 예컨대, 레이저 또는 발광 다이오드(LED)를 사용하여 400 nm 내지 600 nm와 같은 가시 파장에서 광 신호를 방출할 수 있다. 일부 구현예에서, 광학 소스(208)는 20 밀리와트 내지 500 밀리와트 사이의 전력 출력을 가질 수 있다. 광학 신호(210a)는 0.5 센티미터 내지 5 센티미터의 직경을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 광학 신호 소스(208)는 연속 광학 신호(210a)를 방출한다. 일부 구현예에서, 광학 신호 소스(208)는 펄스 광학 신호(210a)를 방출한다. 플로우 셀(202) 내의 시료에 대한 응답으로, 광학 신호(210)는 플로우 셀(202)의 제2 면을 빠져나가는 투과광(210) 및 플로우 셀의 제3 면(218)을 빠져나가는 산란된 광학 신호(210c)를 형성한다.

제1 광학 검출기(214)는 플로우 셀의 제2 면에 배치되고 플로우 셀(202)의 제2 면(212)을 빠져나가는 투과광(210b)의 강도를 검출할 수 있다. 제2 광학 검출기(216)는 플로우 셀의 제3 면에 배치되고 플로우 셀(202)의 제3 면(218)을 통해 빠져나가는 산란된 광학 신호(210c)의 강도를 검출할 수 있다. 일부 구현예에서, 전하 결합 장치(CCD)가 제1 광학 검출기(214), 제2 광학 검출기(216) 또는 둘 다에 사용된다. 광검출기, 광전자증배관, 및 임의의 다른 광검출 메커니즘과 같은 다른 검출기가 사용될 수 있다.

일부 구현예에서, 제1 광학 검출기(214) 또는 제2 검출기(216)는 렌즈(220) 또는 핀홀(222)과 같은 광학 컨디셔닝 장치를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 렌즈(220)는 플로우 셀(202)의 제3 면(218)과 제2 광학 검출기(216) 사이에 배치된다. 렌즈(220)는 산란된 광학 신호(210c)를 제2 광학 검출기(216)에 포커싱할 수 있다. 예컨대, 제2 검출기(216)에 대해 플로우-셀을 가로지른 수직 거리보다 다소 긴 초점 거리 및 큰 직경을 갖는 볼록 렌즈가 사용될 수 있다. 렌즈의 초점 거리는 제2 광학 검출기(216)가 광학 신호(210a)의 신호 경로로부터 배치되는 최적 거리에 영향을 줄 수 있다. 플로우 셀(202)의 제2 면(212)과 제1 광학 검출기(214) 사이에 핀홀(222)이 배치될 수 있다. 핀홀(222)은 전방 투과광(210b)을 필터링할 수 있다. 예컨대, 핀홀은 대략 1 mm의 직경을 가질 수 있다. 도시된 구현예에서 렌즈(220)는 제2 검출기(216)에 사용되고 핀홀(222)은 제1 광학 검출기(214)에 사용되지만, 렌즈(220), 핀홀(222) 또는 임의의 다른 광학 컨디셔닝 장치는 단독으로 또는 조합으로 제1 광학 검출기(214) 또는 제2 광학 검출기(216)에 사용될 수 있다.

일부 구현예에서, 제2 광학 검출기(216)는 광학 신호(210a)의 신호 경로에 대해 일정 각도로 산란된 광학 신호(210c)를 검출한다. 예컨대, 제2 광학 검출기는 신호 경로로부터 60°내지 120°사이의 각도에서 광학 신호(210c)를 검출할 수 있다. 다시 말해서, 제2 검출기는 신호 경로에 대해 수직인 축에 대해 30°내지 -30°범위의 각도에서 광학 신호(210c)를 검출할 수 있다. 즉, 제2 광학 검출기(216)는 처음 광학 신호(210a)의 경로로부터 90°± 30°사이의 위치로부터 산란된 광학 신호를 검출한다. 도시된 구현예는 빔 경로를 가로질러 대략 절반에 배치된 제2 검출기(216)를 도시하지만, 제2 검출기(216)는 빔 경로를 따라 임의의 위치에 배치될 수 있다. 제2 검출기는 광학 신호(210a)의 신호 경로로부터 넓은 범위의 거리에 배치될 수 있다.

흑색 분말 검출기(200)는 투과광(210b) 및 산란광(210c)의 강도를 식별하는 정보를 처리하도록 구성된 데이터 시스템(224)을 또한 포함할 수 있다. 예컨대, 데이터 시스템(224)은 투과광(210b)의 강도 변화에 기초하여 흑색 분말 농도의 변화가 있는지 여부를 결정할 수 있다. 이러한 예에서, 데이터 시스템(224)은 투과광 강도(210b)의 변화와 산란광 강도(210c)의 변화의 비교에 기초하여 변화가 정확한지 여부를 결정하는 데 사용될 수 있다. 변화가 정확한지 여부를 결정하는 것은, 투과광(210b) 및 산란광(210c)의 강도를 시간의 함수로서 측정하고, 일정 시간 주기에서의 산란광(210c) 강도의 변화와 일정 시간 주기에서의 투과광(210b) 강도의 변화를 비교하는 것을 포함할 수 있다. 변화가 정확한지 여부를 결정하는 것은, 투과광(210b) 강도 및 산란광(210c) 강도의 변화가 모두 증가 또는 감소한다고 결정하는 것을 포함할 수 있다. 광 강도 변화가 모두 증가 또는 감소한다면, 흑색 분말 농도의 결정된 변화는 위양성으로 간주될 수 있다. 농도 레벨을 결정하는 것은 비어-램버트(Beer-Lambert)법과 같은 유체를 통한 광의 광투과에 기초하여 농도 레벨을 결정하기 위한 임의의 알려진 식을 이용하는 것을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 흑색 분말 검출기는 설치 전 또는 설치 중에 교정될 수 있다.

광학 신호의 감쇠 증가 및 산란된 광학 신호의 감쇠 감소가 존재하면, 이는 오염의 증가를 나타낼 수 있다. 광학 신호의 제1 감쇠가 증가하고 산란된 광학 신호의 제2 감쇠가 증가하면, 이는 오판독을 나타낼 수 있다. 일부 구현예에서, 광학 신호 및 산란된 광학 신호를 검출하는 것은 특정 시간 주기, 예컨대 4초 초과의 시간 주기에 걸쳐 검출된 신호들을 평균하는 것을 포함할 수 있다. 광학 신호의 감쇠가 감소되고 산란된 광학 신호의 감쇠가 증가하면, 이는 오염의 감소를 나타낼 수 있다. 광학 신호의 제1 감쇠가 감소되고 산란된 광학 신호의 제2 감쇠가 감소하면, 이는 오판독을 나타낼 수 있다.

조작의 일부 양태에서, 파이프라인 또는 임의의 다른 플로우-라인으로부터의 유체는 유입구(204)를 통해 플로우 셀(201)로 들어갈 수 있다. 광학 소스(208)는 플로우 셀(202) 내의 유체를 통해 광학 신호(210a)를 전송한다. 신호의 일부는 유체 내의 흑색 분말 또는 다른 미립자에 의해 감쇠되고, 감쇠된 신호(210b)는 제1 광학 검출기(214)에 의해 검출된다. 동시에, 광학 신호(210a)의 일부는 산란되고 산란된 신호(210c)는 제2 검출기(216)에 의해 검출된다. 데이터 시스템(224)은 시간에 따라 제1 검출기(214) 및 제2 검출기(216)에 의해 제공된 2개의 검출된 신호를 비교한다. 두 신호의 비교에 기초하여, 유체 내에서 흑색 분말의 농도가 측정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 흑색 분말 검출기는 자가-진단을 수행하여 오판독을 식별할 수 있다.

도 3은 파이프라인, 플로우-라인 또는 임의의 다른 흐름 경로에서 흑색 분말을 검출하는데 사용될 수 있는 예시적인 방법(300)을 도시하는 흐름도이다. 302에서, 액체 흐름은 플로우-라인을 통해 흐른다. 일부 구현예에서, 액체는 천연 가스 액을 포함할 수 있다. 304에서, 흐름의 일부는 플로우-라인에 유체적으로 결합된 플로우 셀(202)을 통해 흐른다. 예컨대, 도 2에 도시된 유입구(204) 및 유출구(206)가 플로우 라인에 직접 연결될 수 있다. 306에서, 광학 신호(210a)는 플로우 셀(202)로 전송된다. 예컨대, 광학 신호(210a)는 도 2에 도시된 바와 같이 광학 신호 소스(208)로부터 전송될 수 있다. 308에서, 투과광(210b)이 검출된다. 예컨대, 투과광은 도 2에 도시된 바와 같이 광학 신호 소스(208)의 반대쪽 끝에 배치된 제1 광학 검출기(214)로 검출될 수 있다. 310에서, 산란된 광학 신호(210c)는 제1 검출기에 대해 일정 각도로 배치된 제2 광학 검출기(216)로 검출된다. 일부 구현예에서, 제2 소스는 광학 신호(210a)의 경로로부터 90°에 배치될 수 있다. 312에서, 제1 광학 검출기(214)에 의해 검출된 투과광(210b)의 제1 감쇠 및 제2 광학 검출기(216)에 의해 검출된 산란된 광학 신호(210c)의 제2 감쇠가 측정된다. 314에서, 오염 레벨은 제1 광학 신호(210a) 및 산란된 광학 신호(210c)의 측정된 감쇠에 기초하여 측정된다. 일 예에서, 광학 신호의 감쇠가 증가하고 산란된 광학 신호의 감쇠가 감소한다. 이러한 예에서는 오염 증가가 있을 수 있다.

흑색 분말의 레벨이 미리 설정된 역치를 초과할 때, 유체는 흑색 분말의 제거를 위해 여과 시스템으로 우회될 수 있다. 미리 설정된 역치는 원하는 유체 품질에 의해 설정된다.

도 4는 흑색 분말 검출기(200)의 정확도를 결정하기 위해 제1 광학 검출기(214) 및 제2 광학 검출기(216)로부터의 신호를 분석하기 위해 데이터 시스템(224)에 의해 사용될 수 있는 예시적인 방법(400)의 흐름도이다. 402에서, 흑색 분말 농도의 변화는 투과광 강도의 변화에 기초하여 결정된다. 404에서, 결정된 변화의 정확도는 투과광 강도의 변화와 산란광 강도의 변화의 비교에 기초하여 결정된다. 404a에서, 투과광 강도 및 산란광 강도는 시간의 함수로서 측정된다. 404b에서, 일정 시간 주기에서의 투과광 강도의 변화는 일정 시간 주기에서의 산란광 강도의 변화와 비교된다. 404c에서, 투과광 강도 및 산란광 강도의 변화는 모두 증가 또는 모두 감소로 결정된다. 404d에서, 변화가 모두 증가 또는 감소하는 것에 대한 응답으로, 흑색-분말 농도의 변화는 위양성인 것으로 결정된다.

본 명세서는 많은 특정 구현 세부 사항을 포함하지만, 이들은 청구될 수 있는 범위의 제한으로서 해석되는 것이 아니라 특정 구현예에 고유한 특징들의 설명으로서 해석되어야 한다. 별도의 구현예들과 관련하여 본 명세서에서 개시된 어떤 특징들은 단일 구현예에서 조합으로 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 구현예와 관련하여 개시된 여러가지 특징들이 복수의 구현예에서 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 특징들은 특정 조합으로 작용하는 것으로서 개시되고 심지어 처음에 그렇게 청구될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징이 일부 경우에 조합으로부터 제외될 수 있고, 청구되는 조합은 하위 조합 또는 하위 조합의 변형에 관한 것일 수 있다.

유사하게, 조작이 특정 순서로 도면에 나타내어져 있지만, 이는 바람직한 결과를 달성하기 위해 그러한 조작이 도시된 특정 순서로 또는 순차적인 순서로 수행되어야 한다거나 또는 모든 예시된 조작이 수행되어야 한다는 것을 요구하는 것으로 이해되어서는 안된다. 특정 상황에서는, 멀티태스킹 및 병렬적 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상기 개시된 구현예에서의 여러 시스템 구성 요소들의 분리는 모든 구현예에서 이러한 분리가 요구되는 것으로 이해되어서는 안되며, 개시된 프로그램 구성 요소들 및 시스템들은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 또는 다중 소프트웨어 제품으로 패키지화될 수 있음을 이해해야 한다.

이렇게, 본 발명 대상의 특정 구현예들을 개시하였다. 다른 구현예는 이하의 청구범위의 범위 내에 있다. 일부 경우에, 청구범위에 언급된 동작은 다른 순서로 수행될 수 있으며 여전히 바람직한 결과를 달성할 수 있다. 또한, 첨부 도면에 도시된 프로세스는 바람직한 결과를 달성하기 위해 도시된 특정 순서 또는 순차적 순서를 반드시 필요로 하는 것은 아니다. 특정 구현예에서, 멀티태스킹 및 병렬적 프로세싱이 유리할 수 있다.

Claims

흑색 분말 검출기로서,
플로우-라인에 부착되도록 구성되고 유입구 및 유출구를 포함하는, 플로우 셀 또는 플로우-라인 바이패스;
플로우 셀 또는 플로우-라인 바이패스의 제1 면에 배치되고, 플로우 셀 또는 플로우-라인 바이패스의 제1 면을 통해 광학 신호를 방출하도록 구성된 광학 신호 소스;
상기 제1 면의 반대쪽인 플로우 셀의 제2 면에 배치되고, 플로우 셀 또는 플로우-라인 바이패스의 제2 면을 통해 전송된 광학 신호의 투과광 강도를 검출하도록 구성된 제1 광학 검출기; 및
상기 제1 면 및 제2 면과 상이한 플로우 셀의 제3 면에 배치되고, 플로우 셀 또는 플로우-라인 바이패스의 제3 면을 통해 전송된 산란된 광학 신호의 산란광 강도를 검출하도록 구성된 제2 광학 검출기
를 포함하는 흑색 분말 검출기.
제1항에 있어서, 플로우 셀은
제3 면과 제2 광학 검출기 사이에 배치되고 산란된 광학 신호를 제2 광학 검출기에 포커싱하도록 구성된 렌즈; 및
제2 면과 제1 광학 검출기 사이에 배치되고 소정 역치 미만의 전방 산란광을 필터링하도록 구성된 핀홀
을 포함하는 것인 흑색 분말 검출기.
제1항에 있어서, 제2 광학 검출기는 수직축에 대해 30°내지 -30°의 범위에서 광학 신호의 신호 경로를 따라 투과축에 직교하는 축에 대해 일정 각도로 산란되는 광학 신호를 검출하는 것인 흑색 분말 검출기.
제1항에 있어서, 광학 신호 소스는 시준된 광학 신호 소스 또는 비간섭 신호 소스를 포함하는 것인 흑색 분말 검출기.
제1항에 있어서, 광학 신호 소스는 연속 광학 신호를 방출하는 것인 흑색 분말 검출기.
제1항에 있어서, 광학 신호는 광의 가시 파장을 포함하는 것인 흑색 분말 검출기.
제1항에 있어서,
흑색 분말 농도의 변화가 투과광 강도의 변화에 기초하여 일어나는지 여부를 결정하도록; 그리고
상기 변화가 투과광 강도 변화와 산란광 강도 변화의 비교에 기초하여 정확한지 여부를 결정하도록
구성된 하나 이상의 프로세서를 더 포함하는 것인 흑색 분말 검출기.
제7항에 있어서, 변화가 정확한지 여부를 결정하는 것은,
투과광 강도 및 산란광 강도를 시간의 함수로서 측정하는 것; 및
일정 시간 주기에서의 투과광 강도의 변화와 일정 시간 주기에서의 산란광 강도의 변화를 비교하는 것
을 포함하는 것인 흑색 분말 검출기.
제7항에 있어서, 변화가 정확한지 여부를 결정하는 것은,
투과광 강도 및 산란광 강도 변화가 모두 증가 또는 감소하는지 결정하는 것; 및
변화가 모두 증가 또는 감소하는 것에 대한 응답으로, 흑색 분말 농도 변화가 위양성인지 여부를 결정하는 것
을 포함하는 것인 흑색 분말 검출기.
액체 흐름을 플로우-라인을 통해 흐르게 하는 단계;
흐름의 일부를 플로우-라인에 유체적으로 연결된 플로우 셀을 통해 흐르게 하는 단계;
광학 신호를 광학 신호 소스로부터 플로우 셀로 전송하는 단계;
광학 신호를 광학 신호 소스의 반대쪽 끝에 배치된 제1 검출기로 검출하는 단계;
산란된 광학 신호를 제1 검출기에 대해 일정 각도로 배치된 제2 검출기로 검출하는 단계;
제1 검출기에 의해 검출된 광학 신호의 제1 감쇠 및 제2 검출기에 의해 검출된 산란된 광학 신호의 제2 감쇠를 측정하는 단계; 및
제1 광학 신호 및 산란된 광학 신호의 측정된 감쇠에 기초하여 오염 레벨을 측정하는 단계
를 포함하는 방법.
제10항에 있어서, 광학 신호의 감쇠 증가 및 산란된 광학 신호의 감쇠 감소는 오염 증가를 나타내는 것인 방법.
제10항에 있어서, 광학 신호의 제1 감쇠의 증가 및 산란된 광학 신호의 제2 감쇠의 증가는 오판독을 나타내는 것인 방법.
제10항에 있어서, 액체 흐름은 천연 가스액을 포함하는 것인 방법.
제10항에 있어서, 광학 신호를 전송하는 것은 연속 광학 신호를 전송하는 것을 포함하는 것인 방법.
제10항에 있어서, 광학 신호 및 산란된 광학 신호를 검출하는 것은 특정 시간 주기에 걸쳐 검출된 신호를 평균하는 것을 포함하는 것인 방법.
제15항에 있어서, 특정 시간 주기는 4초 초과인 방법.
제10항에 있어서, 광학 신호는 광의 가시 파장을 포함하는 것인 방법.
제10항에 있어서, 제2 검출기의 각도는 제1 검출기로부터 실질적으로 90°인 방법.
제10항에 있어서, 광학 신호 소스는 레이저를 포함하고 광학 신호는 레이저 빔을 포함하는 것인 방법.
제10항에 있어서, 오염 레벨이 소정 역치를 초과한다는 결정에 대한 응답으로 유체를 필터링 시스템으로 인도하는 것을 더 포함하는 것인 방법.
흑색 분말 검출기 시스템으로서,
플로우 라인에 부착되는 플로우 셀로서, 플로우 셀을 플로우-라인에 유체적으로 연결하는 유입구 및 플로우 셀을 플로우-라인에 유체적으로 연결하는 유출구를 포함하는 플로우 셀;
플로우 셀의 제1 면에 배치되고, 광학 신호를 플로우 셀로 방출하도록 구성된 광학 신호 소스;
제1 면의 반대쪽인 플로우 셀의 제2 면에 배치되고, 광학 신호의 강도를 검출하도록 구성된 제1 광학 검출기;
제1 면 및 제2 면에 직교하는 플로우 셀의 제3 면에 배치되고, 광학 신호의 산란 강도를 검출하도록 구성된 제2 광학 검출기;
플로우 셀을 제1 검출기에 연결하는 제1 광학 컨디셔닝 메커니즘; 및
플로우 셀을 제2 검출기에 연결하는 제2 광학 컨디셔닝 메커니즘
을 포함하는 흑색 분말 검출기 시스템.
제21항에 있어서, 플로우-라인의 유체가 천연 가스액을 포함하는 것인 흑색 분말 검출기 시스템.
제21항에 있어서, 광학 신호 소스가, 400 nm 내지 600 nm 범위의 주파수를 갖는 레이저 빔을 방출하는 시준된 레이저를 포함하는 것인 흑색 분말 검출기 시스템.
흑색 분말 농도의 변화가 투과광 강도의 변화에 기초하는지 여부를 결정하도록; 그리고
상기 변화가 투과광 강도 변화 및 산란광 강도 변화의 비교에 기초하여 정확한지 여부를 결정하도록
구성된 하나 이상의 프로세서를 포함하는 흑색 분말 검출기.
제24항에 있어서, 변화가 정확한지 여부를 결정하는 것은,
투과광 강도 및 산란광 강도를 시간의 함수로서 측정하는 것; 및
일정 시간 주기에서의 투과광 강도의 변화와 일정 시간 주기에서의 산란광 강도의 변화를 비교하는 것
을 포함하는 것인 흑색 분말 검출기.
제25항에 있어서, 변화가 정확한지 여부를 결정하는 것은,
투과광 강도 변화 및 산란광 강도 변화가 모두 증가 또는 감소하는지 결정하는 것; 및
변화가 모두 증가 또는 감소하는 것에 대한 응답으로, 흑색 분말 농도의 변화가 위양성인지 결정하는 것
을 포함하는 것인 흑색 분말 검출기.