MX2014013249A - Verificacion de temperatura para medidores de flujo ultrasonicos. - Google Patents

Verificacion de temperatura para medidores de flujo ultrasonicos.

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Abstract

Aparatos y métodos para verificar las mediciones de temperatura en un medidor de flujo ultrasónico. En una modalidad, un sistema de medición de flujo ultrasónico incluye un pasaje para el flujo de fluido, un sensor de temperatura, y un medidor de flujo ultrasónico. El sensor de temperatura está dispuesto para medir la temperatura del fluido que fluye en el pasaje. El medidor de flujo ultrasónico incluye una pluralidad de pares de transductores ultrasónicos y electrónicos de control. Cada par de transductores está configurado para formar una trayectoria cordal a través del pasaje entre los transductores. Los electrónicos de control están acoplados a los transductores ultrasónicos. Los electrónicos de control están configurados para medir la velocidad del sonido entre cada par de transductores en base a las señales ultrasónicas que pasan entre los transductores del par. Los electrónicos de control también están configurados para determinar, en base las velocidades de sonido medidas, si un valor de temperatura medido proporcionado por el sensor de temperatura representa con precisión la temperatura del fluido que fluye en el pasaje.

Description

VERIFICACIÓN DE TEMPERATURA PARA MEDIDORES FLUJO ULTRASÓNICOS ANTECEDENTES El gas natural se transporta de lugar a lugar a través de las tuberías. Es deseable conocer con precisión la cantidad de gas que fluye en la tubería, y se requiere de precisión en particular cuando el fluido está cambiando de manos, o está en "transferencia de custodia." Sin embargo, incluso en los casos en los que no se lleva a cabo la transferencia de custodia, es deseable la precisión de medición, y en estas situaciones se pueden utilizar medidores de flujo.
Los medidores de flujo ultrasónicos son un tipo de medidor de flujo que puede utilizarse para medir la cantidad de fluido que fluye en una tubería. Los medidores de flujo ultrasónicos tienen una precisión suficiente para ser utilizados en la transferencia de custodia. En un medidor de flujo ultrasónico, las señales acústicas se envían hacia atrás y adelante a través de la corriente de fluido a medir. En base a los parámetros de señales acústicas recibidas, se determina la velocidad de flujo de fluido en el medidor de flujo. El volumen de fluido que fluye en el medidor puede determinarse a partir de las velocidades de flujo determinadas y el área de sección transversal del medidor de flujo conocida.
El tiempo de tránsito de las señales acústicas en un medidor de flujo ultrasónico es una función de la velocidad del sonido en el fluido. La temperatura es un factor que afecta la velocidad del sonido en el fluido. En consecuencia, un error en la medición de la temperatura puede dar lugar a imprecisiones indeseables en la medición de flujo. Por lo tanto, son deseables las técnicas para la identificación de errores en la medición de la temperatura del fluido que fluye a través de un medidor de flujo ultrasónico .
BREVE DESCRIPCIÓN En este documento se divulgan los aparatos y métodos para verificar las mediciones de temperatura en un medidor de flujo ultrasónico. En una modalidad, un sistema de medición de flujo ultrasónico incluye un pasaje para el flujo de fluido, un sensor de temperatura, y un medidor de flujo ultrasónico. El sensor de temperatura está dispuesto para medir la temperatura del fluido que fluye en el pasaje. El medidor de flujo ultrasónico incluye una pluralidad de pares de transductores ultrasónicos y electrónicos de control. Cada par de transductores está configurado para formar una trayectoria cordal a través del paso entre los transductores . Los electrónicos de control están acoplados a los transductores ultrasónicos. Los electrónicos de control están configurados para medir la velocidad del sonido entre cada par de transductores en base a las señales ultrasónicas que pasan entre los transductores del par. Los electrónicos de control también están configurados para determinar, basándose en las velocidades de sonido medidas, si un valor de temperatura medido proporcionado por el sensor de temperatura representa con precisión la temperatura del fluido que fluye en el pasaje.
En otra modalidad, un método para verificar la temperatura de un fluido en una corriente de fluido incluye la medición de la velocidad del sonido para cada una de una pluralidad de trayectorias cordales de un medidor ultrasónico en base a las señales ultrasónicas que pasan entre un par de transductores de cada trayectoria cordal . La temperatura del fluido en la corriente de fluido se mide en base a una señal proporcionada por un sensor de temperatura dispuesto en la corriente de fluido. En base a la velocidad del sonido medida para cada trayectoria cordal, se determina si la temperatura medida con presición representa la temperatura del fluido en la corriente de fluido.
En una modalidad adicional, un medidor de flujo ultrasónico incluye electrónicos de control y una pluralidad de pares de transductores ultrasónicos. Cada par de transductores está configurado para formar una trayectoria cordal a través de un pasaje de fluido entre los transductores. Los electrónicos de control están acoplados a los transductores ultrasónicos. Los electrónicos de control están configurados para medir la velocidad del sonido para cada trayectoria cordal en base a las señales ultrasónicas que pasan entre los transductores de la trayectoria cordal . Los electrónicos de control también están configurados para determinar la temperatura del fluido en una corriente de fluido. La temperatura determinada se basa en una medición de un sensor de temperatura dispuesto en la corriente de fluido. Los electrónicos de control están configurados, además, para determinar, en base a la velocidad del sonido medida por cada trayectoria cordal, si la temperatura determinada representa con precisión la temperatura del fluido en la corriente de fluido.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para una descripción detallada de las modalidades ejemplares de la invención, ahora se hará referencia a los dibujos adjuntos en los que: La figura 1 muestra un medidor de flujo ultrasónico de acuerdo con diversas modalidades; La figura 2 muestra una vista aérea transversal de un medidor de flujo ultrasónico de acuerdo con diversas modalidades ; La figura 3 muestra una vista en elevación de extremo de un medidor de flujo ultrasónico de acuerdo con diversas modalidades; La Figura 4 muestra una disposición de pares de transductores de un medidor de flujo ultrasónico de acuerdo con diversas modalidades; La Figura 5 muestra un sistema de medición de flujo ultrasónico de acuerdo con diversas modalidades; La Figura 6 muestra un diagrama de bloques de un sistema para verificar las mediciones de temperatura en un medidor ultrasónico de acuerdo con diversas modalidades; La Figura 7 muestra un diagrama de flujo para un método para la validación de las mediciones de temperatura en un medidor de flujo ultrasónico de acuerdo con diversas modalidades; y La Figura 8 muestra un diagrama de flujo para un método para la validación de las mediciones de temperatura en un medidor de flujo ultrasónico de acuerdo con diversas modalidades.
NOTACIÓN Y NOMENCLATURA Algunos de los términos se utilizan a lo largo de la siguiente descripción y reivindicaciones para referirse a los componentes del sistema en particular. Como apreciará un experto en la materia, las empresas pueden referirse a un componente con diferentes nombres. Este documento no tiene la intención de distinguir entre los componentes que difieren en nombre, pero en función. En la siguiente discusión y en las reivindicaciones, los términos "que incluye", "incluyendo", "que comprende" y "comprendiendo" se utilizan de una manera abierta, y por lo tanto deben ser interpretados en el sentido de "incluyendo, pero no limitándose a...". Además, el término "acoplar" o "se acopla" está destinado a significar una conexión eléctrica indirecta o directa. Por lo tanto, si un dispositivo se acopla a un segundo dispositivo, esa conexión puede ser a través de una conexión eléctrica directa, o a través de una conexión eléctrica indirecta mediante otros dispositivos y conexiones. Además, el término "software" incluye cualquier código ejecutable capaz de ejecutarse en un procesador, independientemente de los medios utilizados para almacenar el software. Por lo tanto, el código almacenado en la memoria (por ejemplo, la memoria no volátil) , y a veces referido como "firmware incrustado", se incluye dentro de la definición de software. La cita "en base a" pretende significar "en base al menos en parte a". Por lo tanto, si X se basa en Y, X puede estar basada en Y y cualquier número de otros factores .
DESCRIPCIÓN DETALLADA La siguiente descripción está dirigida a varias modalidades de la invención. Las figuras de los dibujos no están necesariamente a escala. Ciertas características de las modalidades se pueden mostrar exageradas en escala o en forma algo esquemática y algunos detalles de los elementos convencionales pueden no mostrarse en aras de claridad y concisión. Las modalidades descritas no deben interpretarse, o utilizarse de otro modo, para limitar el alcance de la divulgación, incluyendo las reivindicaciones. Además, un experto en la materia entenderá que la siguiente descripción tiene amplia aplicación, y la discusión de cualquier modalidad está destinada sólo para ser ejemplar de esa modalidad, y no pretende insinuar que el alcance de la divulgación, incluyendo las reivindicaciones, está limitado a esa modalidad. Debe reconocerse plenamente que las diferentes enseñanzas de las modalidades descritas a continuación se pueden emplear por separado o en cualquier combinación adecuada para producir los resultados deseados.
Además, las diversas modalidades se han desarrollado en el contexto de la medición de los flujos de hidrocarburos (por ejemplo, petróleo crudo, gas natural), y la descripción se deriva del contexto del desarrollo; sin embargo, los sistemas y métodos descritos son igualmente aplicables a la medición de cualquier flujo de fluido.
La figura 1 muestra un medidor de flujo ultrasónico (100) de acuerdo con diversas modalidades. El medidor de flujo ultrasónico (100) incluye un cuerpo de medidor o carrete (102) que define un pasaje u orificio central (104). El carrete (102) está diseñado y fabricado para ser acoplado a una tubería u otra estructura (no mostrada) que lleva los fluidos (por ejemplo, gas natural) de manera que los fluidos que fluyen en la tubería viajen a través del orificio central (104) . Mientras los fluidos viajan a través del orificio central (104) , el medidor de flujo ultrasónico (100) mide la velocidad de flujo (por lo tanto, el fluido puede ser referido como el fluido medido) . El carrete (102) incluye bridas (106) que facilitan el acoplamiento del carrete (102) a otra estructura. En otras modalidades, cualquier sistema adecuado para acoplar el carrete (102) a una estructura se puede utilizar de manera equivalente (por ejemplo, conexiones de soldadura) .
Con el fin de medir el flujo de fluido dentro del carrete (102) , el medidor de flujo ultrasónico (100) incluye una pluralidad de montajes de transductor. En la vista de la Figura 1, cinco de dichos montajes de transductor (108), (110), (112), (116) y (120) están en vista completa o parcial. Los montajes de transductor están pareados (por ejemplo, montajes de transductor (108) y (110)), como se discutirá más adelante. Además, cada montaje de transductor se acopla eléctricamente al paquete de electrónicos de control (124) . Más en particular, cada montaje de transductor está acoplado eléctricamente al paquete de electrónicos de control (124) por medio de un cable (126) respectivo o montaje de conducción de señal equivalente .
La figura 2 muestra una vista aérea transversal del medidor de flujo ultrasónico (100) tomada sustancialmente a lo largo de la línea 2-2 de la figura 1. El carrete (102) tiene un tamaño predeterminado y define el orificio central (104) a través del cual fluye el fluido medido. Un par de montajes de transductor ilustrativos (112) y (114) se encuentran a lo largo de la longitud del (102) . Los transductores (112) y (114) son transceptores acústicos, y más particularmente transceptores ultrasónicos. Ambos transductores ultrasónicos (112), (114) generan y reciben señales acústicas que tienen frecuencias superiores a aproximadamente 20 kilohercios. Las señales acústicas pueden ser generadas y recibidas por un elemento piezoeléctrico en cada transductor. Para generar una señal ultrasónica, el elemento piezoeléctrico es estimulado eléctricamente por medio de una señal (por ejemplo, una señal sinusoidal) , y el elemento responde por vibración. La vibración del elemento piezoeléctrico genera la señal acústica que viaja a través del fluido medido hacia el montaje de transductor correspondiente del par. Del mismo modo, al ser golpeado por una señal acústica, el elemento piezoeléctrico receptor vibra y genera una señal eléctrica (por ejemplo, una señal sinusoidal) que es detectada, digitalizada, y analizada mediante los electrónicos asociados con el medidor de flujo (100) (por ejemplo, los electrónicos de control (124)).
Existe una trayectoria (200) , también conocida como "cuerda", entre los montajes de transductor (112) y (114) ilustrativos a un ángulo T a una línea central (202) . La longitud de la cuerda (200) es la distancia entre la cara del montaje de transductor (112) y la cara del montaje de transductor (114) . Los puntos (204) y (206) definen los lugares donde las señales acústicas generadas por los montajes de transductor (112) y (114) entran y salen del fluido que fluye a través del carrete (102) (es decir, la entrada del orificio del carrete) . La posición de los montajes de transductor (112) y (114) puede ser definida por el ángulo T, por una primera longitud L medida entre las caras de los montajes de transductor (112) y (114), una segunda longitud X correspondiente a la distancia axial entre los puntos (204) y (206), y una tercera longitud d correspondiente al diámetro interior de la tubería. En la mayoría de los casos, las distancias d, X y L se determinan con precisión durante la fabricación del medidor de flujo. Un fluido medido, tal como el gas natural, fluye en una dirección (208) con un perfil de velocidad (210) . Los vectores de velocidad (212), (214), (216) y (218) ilustran que la velocidad del gas a través del carrete (102) aumenta hacia la línea central (202) del carrete (102) .
En un principio, el montaje de transductor descendente (112) genera una señal ultrasónica que incide sobre, y por lo tanto es detectada por, el montaje de transductor ascendente (114) . Algún tiempo después, el montaje de transductor ascendente (114) genera una señal ultrasónica de retorno que posteriormente incide sobre, y es detectada por, el montaje de transductor descendente (112) . Por lo tanto, los montajes de transductor intercambian o juegan a "lanzar y atrapar" las señales ultrasónicas (220) a lo largo de la trayectoria cordal (200) . Durante la operación, esta secuencia se puede producir miles de veces por minuto.
El tiempo de tránsito de una señal ultrasónica (220) entre los montajes de transductor (112) y (114) ilustrativos depende en parte de si la señal ultrasónica (220) se desplaza hacia arriba o hacia abajo con respecto al flujo del fluido. El tiempo de tránsito de una señal ultrasónica que viaja hacia abajo (es decir, en la misma dirección que el flujo del fluido) es menor que su tiempo de tránsito cuando viaja hacia arriba (es decir, contra el flujo de fluido) . Los tiempos de tránsito hacia arriba y hacia abajo se pueden usar para calcular la velocidad media a lo largo de la trayectoria de señal y la velocidad del sonido en el fluido medido. Teniendo en cuenta las mediciones transversales del medidor de flujo (100) que transporta el fluido, la velocidad media sobre el área del orificio central (104) puede ser utilizada para encontrar el volumen de fluido que fluye a través del carrete (102).
Los medidores de flujo ultrasónicos pueden tener una o más cuerdas. La Figura 3 ilustra una vista en elevación de extremo del medidor de flujo ultrasónico (100). En particular, el medidor de flujo ultrasónico (100) ilustrativo comprende cuatro trayectorias cordales A, B, C y D a diferentes elevaciones dentro del carrete (102). Cada trayectoria cordal A-D corresponde a un par de transductores que se comportan alternativamente como transmisores y receptores. Los montajes de transductor (108) y (110) (sólo parcialmente visibles) constituyen la trayectoria cordal A. Los montajes de transductor (112) y (114) (sólo parcialmente visibles) constituyen la trayectoria cordal B. Los montajes de transductor (116) y (118) (sólo parcialmente visibles) constituyen la trayectoria cordal C. Por último, los montajes de transductor (120) y (122) (sólo parcialmente visibles) constituyen la trayectoria cordal D.
Un aspecto adicional de la disposición de los cuatro pares de transductores se muestra con respecto a la figura 4, que muestra una vista aérea. Cada par de transductores corresponde a una sola trayectoria cordal de la Figura 3; sin embargo, los montajes de transductor están montados en un ángulo no perpendicular a la línea central (202) . Por ejemplo, un primer par de montajes de transductor (108) y (110) está montado en un ángulo no perpendicular T a la línea central (202) del carrete (102) . Otro par de montajes de transductor (112) y (114) está montado de manera que la trayectoria cordal forme vagamente una "X" con respecto a la trayectoria cordal de los montajes de transductor (108) y (110) . Del mismo modo, los montajes de transductor (116) y (118) se colocan paralelo a los montajes de transductor (108) y (110), pero a un "nivel" o elevación diferente. El cuarto par de montajes de transductor (es decir, los montajes de transductor (120) y (122)) no se muestran explícitamente en la Figura 4. Teniendo en cuenta las figuras 2, 3 y 4, los pares de transductores pueden estar dispuestos de tal manera que los dos pares superiores de transductores correspondientes a las cuerdas A y B forman una "X" , y los dos pares inferiores de transductores correspondientes a las cuerdas C y D también forman una "X" . La velocidad de flujo del fluido se puede determinar en cada cuerda A-D para obtener las velocidades cordales de flujo, y las velocidades cordales de flujo se combinan para determinar una velocidad media de flujo a lo largo de toda la tubería. A partir de la velocidad media de flujo, se puede determinar la cantidad de fluido que fluye en el carrete, y por lo tanto en la tubería.
Por lo general, los electrónicos de control (por ejemplo, el paquete de electrónicos de control (124)) provocan que los transductores (por ejemplo, (112), (114)) enciendan, reciban la salida de los transductores, calculen la velocidad media de flujo para cada cuerda, calculen la velocidad medida de flujo para el medidor, calculen la velocidad de flujo volumétrico a través del medidor, y realicen diagnósticos del medidor. La velocidad de flujo volumétrico y posiblemente otros valores medidos y calculados, tales como la velocidad de flujo y la velocidad del sonido, son después sacados a dispositivos adicionales, tales como una computadora de flujo, que es externa al medidor (100) .
Como se ha mencionado anteriormente, cada transductor ultrasónico (112), (114) incluye típicamente un cristal piezoeléctrico . El cristal piezoeléctrico es el elemento activo que emite y recibe la energía del sonido. El cristal piezoeléctrico comprende un material piezoeléctrico tal como titanato de zirconato de plomo (PZT) y los electrodos en la superficie del material piezoeléctrico. Los electrodos son típicamente una capa fina de un material conductor tal como plata o níquel . Una diferencia de voltaje aplicada entre los electrodos induce un campo eléctrico dentro del material piezoeléctrico que hace que cambie de forma y emita la energía del sonido. La energía del sonido que incide sobre el material piezoeléctrico hace que el. material piezoeléctrico cambie de forma y desarrolle un voltaje entre los electrodos. El cristal piezoeléctrico está típicamente encapsulado dentro de una resina epoxi que mantiene el cristal piezoeléctrico en su lugar, protege el cristal piezoeléctrico, y proporciona una ' capa coincidente para mejorar el acoplamiento de la energía del sonido entre el cristal piezoeléctrico y el líquido dentro del medidor (110) .
Para una cuerda dada, la velocidad cordal del flujo v se da por: y la velocidad cordal del sonido se da por: en donde : L es la longitud de la trayectoria (es decir, la separación cara a cara entre los transductores ascendente y descendente) , X es el componente de L dentro del orificio del medidor en la dirección del flujo, y Tup y Tan son los tiempos de tránsito ascendente y descendente de la energía del sonido a través del fluido.
La velocidad media de flujo a través del medidor (100) se da por: ve¾=?w,vl (3) en donde: w± es un factor de ponderación cordal, i es la velocidad medida del flujo cordal, y la adición de i es sobre todas las cuerdas.
Para obtener información adicional, consulte las patentes de Estados Unidos Nos. 3,564,912, 3,940,985, y 4, 646,575.
La velocidad de flujo Qfiow a través del medidor (100) se da entonces por: Qfiow = vavgA (4) en donde A es el área transversal del orificio central (104) .
La Figura 5 muestra un sistema de medición de flujo ultrasónico (500) de acuerdo con diversas modalidades. En el sistema (500), el medidor de flujo ultrasónico (100) está acoplado a una tubería u otra estructura (502) . En algunas modalidades, la tubería (502) está dispuesta hacia abajo del medidor de flujo ultrasónico (100) . La tubería (502) incluye aberturas (514) que permiten a los sensores (504) -(508) acceder a la corriente de fluido que fluye a través del sistema (500) . Los sensores (504) -(508) miden varios atributos o parámetros del fluido, y proporcionan las mediciones a los electrónicos de control (124) a través de los medios de conducción de la señal (512) (por ejemplo, cableado) . El sensor (504) es un sensor de composición de gas, tal como un cromatógrafo de gas, que proporciona información indicativa de la cantidad de cada componente del gas que fluye a través del sistema (500) . El sensor (506) es un sensor de presión que proporciona señales indicativas de la presión del fluido que fluye en el sistema (500) . El sensor (508) es un sensor de temperatura (por ejemplo, un detector de temperatura de resistencia) que proporciona señales indicativas de la temperatura del fluido que fluye a través del sistema (500) . El sensor de temperatura (508) se extiende dentro del pasaje interior (510) de la tubería (502), y mide la temperatura del fluido que fluye a través del sistema (500) en el extremo del sensor (508) . Por lo tanto, el sensor de temperatura (502) está colocado para medir la temperatura del fluido a una elevación específica.
A partir de la información de la composición del fluido, la presión y la temperatura proporcionada por los sensores (504) , (506) y (508) respectivamente, los electrónicos de control (124) pueden calcular la velocidad del sonido a través del fluido utilizando los valores teóricos o experimentales predeterminados. Por ejemplo, los electrónicos de control pueden calcular la velocidad del sonido en el fluido como se especifica en el Informe de la Asociación Americana del Gas No. 10, "Speed of Sound in Natural Gas and Other Related Hydrocarbons" (AGA 10) . Algunas modalidades de los electrónicos de control (124) pueden usar esta velocidad del sonido calculada para verificar la velocidad de los valores de sonido medidos para cada cuerda del medidor (100) .
El medidor de flujo ultrasónico (100) mide el volumen de fluido que fluye a través del medidor y la temperatura y presión del fluido. En consecuencia, el reporte de únicamente el volumen (o velocidad de flujo que es el volumen por unidad de tiempo) del fluido que fluye a través del medidor (500) no cuantifica completamente la cantidad de fluido que pasa a través del medidor (100) . Por ejemplo, 1 metro cúbico (m3) de metano a 0.206842 megapascales (MPa) absolutos (30 psia) y a 25.56 grados celsius (°C) (78°F) constituye una cantidad (por ejemplo, masa o número de moles) de fluido aproximadamente el doble de la de 1 m3 de metano a 0.103421 MPa absolutos (15 psia) y 25.56°C (78°F) . Por lo tanto, el flujo volumétrico se reporta con referencia a una temperatura y presión específica. Las modalidades del medidor de flujo (100) aplican una condición base estándar para la temperatura y la presión referenciadas al especificar volúmenes. Por ejemplo, para uso en la industria del petróleo y el gas, el medidor de flujo (100) puede aplicar una condición de base de 0.101352 MPa absolutos (14.7 psia) (1 atmósfera) y 15.55°C (60°F) . Algunas modalidades pueden aplicar condiciones de base que emplean otras temperaturas y/o presiones .
La velocidad de flujo Qbase a. una temperatura base estándar Tbase (por ejemplo, 15.55°C (60°F)) y la presión Pbase (por ejemplo, 0.101352 MPa absolutos (14.7 psia)) pueden estar relacionadas con la velocidad de flujo medida Qfiow a través del medidor (100) a la temperatura medida Tfiow y la presión pfiow en el medidor de acuerdo con: r _ P fio ^base ^ base fc\ libase ~ ' ' ' flm, 7 P base flow flow en donde Z es el factor de compresibilidad del fluido. Las propiedades termodinámicas del gas dentro del medidor (100) se desvían típicamente de las de un gas ideal . Las desviaciones de las propiedades de un gas ideal se pueden cuantificar por el factor de compresibilidad Z que puede ser expresado como: Z=^~ (6) nRT en donde : p es la presión, V es el volumen, n es el número de moles, R es la constante del gas, y T es la temperatura absoluta.
Un gas ideal tiene un factor de compresibilidad de uno. AGA 10 permite que el factor de compresibilidad (Z) sea calculado dada la temperatura, presión y composición del gas .
El medidor de flujo (100) incluye múltiples cuerdas, cada cuerda a una elevación diferente dentro del medidor (100) . Por ejemplo, el medidor (100) , como se muestra en la figura 3, incluye cuatro cuerdas diferentes (A, B, C, D) cada una a elevación diferente dentro del medidor (100) . Un gradiente de temperatura se puede producir en el fluido que fluye a través del medidor (100) cuando el fluido es inadecuadamente mezclado o cuando una porción del medidor (100) se expone a una temperatura más alta que otra porción. Por ejemplo, si las superficies superiores del medidor (100) están expuestas a la luz solar directa, entonces la temperatura del fluido que pasa a través de la cuerda A puede ser mayor que la temperatura del fluido que pasa a través de la cuerda B, que es mayor que la temperatura del fluido que pasa a través de la cuerda C, y así sucesivamente. La magnitud de cualquier gradiente de temperatura entre la parte superior e inferior del medidor (100) tiende a aumentar con el aumento de tamaño del medidor y puede exceder varios grados Fahrenheit. Un gradiente de temperatura puede causar que la temperatura medida fiow sea incorrecta lo que a su vez causará que la velocidad de flujo base Qbase sea incorrecta.
Un gradiente de temperatura puede causar que cada cuerda del medidor (100) esté a una temperatura diferente y tenga una velocidad de sonido medida diferente a la velocidad del sonido calculada para el fluido utilizando una temperatura medida a una sola elevación dentro del sistema (500) (es decir, la temperatura (Tfiow) medida por el sensor de temperatura (508) ) . Por lo tanto, cuando un gradiente de temperatura está presente en el fluido que fluye a través del medidor (100) , la temperatura medida por el sensor de temperatura (508) puede no reflejar con precisión la temperatura del fluido en las cuerdas o la temperatura media del fluido dentro del medidor.
Las modalidades del medidor (100) están configuradas para detectar un gradiente de temperatura con base en las velocidades de sonido cordales, y para generar una alerta que indica que un gradiente de temperatura está presente y Qbase puede ser incorrecta. En respuesta a la alerta, la discrepancia de temperatura y los errores de medición de flujo asociados pueden ser investigados y corregidos .
Si se detecta un gradiente de temperatura, algunas modalidades del medidor (100) pueden emplear un valor de temperatura derivado de las velocidades de sonido cordales para corregir la temperatura medida TfiOW y a su vez corregir la velocidad de flujo base Qbase- Dada las velocidades, de sonido cordales medidas, la presión del fluido medida, y la composición del gas, la temperatura en cada cuerda se puede calcular de acuerdo con AGA 10. Las modalidades pueden aplicar un método numérico para calcular la temperatura a la que una velocidad de sonido en base a AGA 10 está conforme a la velocidad del sonido cordal medida. Algunas modalidades pueden emplear el método de bisección y empezar con las estimaciones iniciales de temperatura que son mayores que (por ejemplo, mayores a -12.22°C (+10°F) y menores que (por ejemplo, menores a -12.22°C (-10°F) ) la temperatura medida TEiow. Una modalidad alternativa puede calcular las velocidades de sonido a dos temperaturas fijas que son mayores que (por ejemplo, mayores a -12.22°C (+10°F) y menores que (por ejemplo, menores a -12.22°C (-10°F)) la temperatura medida Tfiow y luego determinar la temperatura en cada cuerda mediante interpolación lineal entre las dos temperaturas fijas precalculados .
Con base en las temperaturas de flujo correctas Tfiow1 para cada cuerda, las modalidades pueden calcular una temperatura de flujo corregida Tfiowcorrected como: en donde w¿ es el factor de ponderación cordal y la adición de i es sobre todas las cuerdas . El factor de ponderación cordal WÍ es el factor aplicado para determinar la velocidad media de flujo de las velocidades de flujo cordales por ecuación (3) . Las modalidades pueden aplicar TfiowCorrected en la Ecuación 5 para calcular QbaSe.
La Figura 6 muestra un diagrama de bloques de un sistema (600) para la validación de las mediciones de temperatura en un medidor ultrasónico (100) de acuerdo con diversas modalidades. El sistema (600) puede ser implementado en el sistema (500) de la figura 5. El sistema (600) incluye el medidor ultrasónico (100), el sensor de temperatura (508), el sensor de presión (506), y el sensor de la composición del gas (504) .
Los electrónicos de control (124) incluyen controladores/receptores de transductores ultrasónicos (604), procesador (602), y almacenamiento (606). Los controladores/receptores de transductores ultrasónicos (604) generan y conducen señales eléctricas a los transductores ultrasónicos (616), y reciben señales eléctricas de los transductores ultrasónicos (616). Los transductores ultrasónicos (616) comprenden- los transductores (108), (110), (112), (114), (116), (118), (120), 122.
El procesador (602) está acoplado a los controladores/receptores de transductores ultrasónicos (616) . El procesador (602) controla la generación de señales eléctricas proporcionadas a los transductores ultrasónicos (616) y procesa las señales recibidas de los transductores ultrasónicos (616) para determinar la velocidad del sonido, la velocidad de flujo, etc. El procesador (602) puede incluir, por ejemplo, uno o más microprocesadores de propósito general, procesadores de señales digitales, microcontroladores , u otros dispositivos capaces de ejecutar instrucciones recuperadas de un medio de almacenamiento legible por computadora. Las arquitecturas del procesador generalmente incluyen unidades de ejecución (por ejemplo, punto fijo, punto flotante, enteros, etc.), almacenamiento (por ejemplo, registros, memoria, etc.), decodificación de instrucciones, periféricos (por ejemplo, controladores de interrupción, temporizadores , controladores de acceso de memoria directa, etc.), sistemas de entrada/salida (por ejemplo, puertos seriales, puertos paralelos, etc.) y varios otros componentes y subsistemas .
El almacenamiento (606) está acoplado al procesador (602). El almacenamiento (606) es un medio de almacenamiento legible por computadora no transitorio y puede incluir almacenamiento volátil tal como memoria de acceso aleatorio, almacenamiento no volátil (por ejemplo, un disco duro, un dispositivo de almacenamiento óptico (por ejemplo, CD o DVD) , almacenamiento FLASH, memoria de sólo lectura), o combinaciones de los mismos. El almacenamiento (606) incluye instrucciones para su ejecución por el procesador (602), y valores de los datos producidos por y/o procesados a través del procesador (602) de ejecución de instrucciones .
Más específicamente, el almacenamiento (606) incluye un módulo de velocidad del sonido y cálculo de velocidad (608) que incluye instrucciones ejecutables por computadora para el cálculo de la velocidad cordal del sonido y la velocidad del fluido en base a los tiempos de propagación de señales ultrasónicas entre los transductores (616) (es decir, transductores de un par de transductores) . El almacenamiento (606) también incluye un módulo de validación de temperatura (610) que incluye instrucciones para validar el valor de temperatura proporcionado por el sensor de temperatura (508) . El módulo de validación de temperatura (610) puede incluir un módulo de comparación de velocidad del sonido (612) que incluye instrucciones que hacen que el procesador (602) compare la velocidad cordal de los valores de sonido entre sí e identifique un gradiente de temperatura en base a la comparación. En algunas modalidades, el módulo de comparación de la velocidad del sonido (612) identifica la velocidad anómala de los valores de sonido (es decir, valores atípicos) y excluye dichos valores de la comparación. Si el gradiente de temperatura supera un valor de gradiente máximo predefinido, entonces el procesador (602) puede generar una señal de alerta. La señal de alerta puede ser proporcionada al sistema externo (618) para su presentación a un usuario.
El módulo de validación de temperatura (610) puede incluir un módulo de cálculo de temperatura (614) que incluye instrucciones que hacen que el procesador (602), calcule un valor de temperatura correspondiente a cada trayectoria cordal. El valor de la temperatura para una trayectoria cordal puede ser calculado en base a la velocidad cordal del sonido, la presión del fluido medida proporcionada por el sensor de presión (506) , y la composición del gas proporcionada por el sensor de composición de gas (504) . El módulo de cálculo de temperatura (614) puede calcular una temperatura media del fluido basándose en las temperaturas calculadas para cada trayectoria cordal. En algunas modalidades, el módulo de cálculo de temperatura (614) identifica la velocidad anómala de los valores de sonido (es decir, valores atípicos) y excluye tales valores del cálculo de temperatura media del fluido. Si la temperatura media del fluido calculada difiere de la temperatura del fluido medida en más de un valor de diferencia máximo predeterminado, entonces el procesador puede generar una señal de alerta. La señal de alerta puede ser proporcionada al sistema externo (618) para su presentación a un usuario.
La Figura 7 muestra un diagrama de flujo para un método para la validación de las mediciones de temperatura en un medidor de flujo ultrasónico (100) de acuerdo con diversas modalidades. Aunque se representan secuencialmente como una cuestión de conveniencia, al menos algunas de las acciones que se muestran se pueden realizar en un orden diferente y/o realizar en paralelo. Además, algunas modalidades pueden realizar sólo algunas de las acciones que se muestran. En algunas modalidades, al menos algunas de las operaciones de la Figura 7, asi como otras operaciones aquí descritas, se pueden implementar como instrucciones almacenadas en un medio legible por computadora (606) y ejecutarse por el procesador (602).
En el bloque (702), el fluido fluye a través del pasaje central (104) del medidor (100) . El sensor de temperatura (508) mide la temperatura del fluido que fluye sobre el sensor de temperatura (508) . El medidor (100) procesa las señales de medición de la temperatura proporcionadas por el sensor de temperatura (508), y produce un valor de medición de temperatura del fluido. El valor de medición de temperatura del fluido es indicativo de la temperatura del fluido que fluye a la elevación en la que el sensor de temperatura (508) está dispuesto en la tubería (502), y, por consiguiente, puede no reflejar con precisión la temperatura del fluido que fluye a una elevación diferente dentro de la tubería (502) o el medidor (100) .
En el bloque (704) , el procesador (602) del medidor (100) provoca que los controladores/receptores de transductores ultrasónicos (604) generen señales ultrasónicas que se intercambian entre los transductores de cada par de transductores (por ejemplo, (112), (114)) . El medidor (100) mide los tiempos de tránsito de la señal ultrasónica entre los transductores y calcula un valor de velocidad de sonido para cada par de transductores (es decir, para cada trayectoria cordal), como se muestra en la ecuación (2) .
En el bloque (706), el medidor (100) calcula un valor de temperatura del fluido para cada trayectoria cordal. El medidor (100) puede leer un valor de la presión de fluido del sensor de presión (506) y la composición del sensor de composición del fluido (504) , y aplicar los valores de la presión y composición junto con la velocidad del sonido medida para la trayectoria cordal para calcular la temperatura para cada trayectoria cordal. Algunas modalidades del medidor (100) calculan las temperaturas cordales de acuerdo con AGA 10 como se describe anteriormente .
En el bloque (708), el medidor (100) calcula una temperatura media de fluido en base a las temperaturas calculadas para las trayectorias cordales . La velocidad cordal anómala de los valores de sonido y/o de temperatura puede ser excluida del cálculo de la temperatura media.
En el bloque (710) , el medidor (100) calcula la diferencia de la temperatura medida del fluido y la temperatura del fluido media calculada. Si, en el bloque (712), la diferencia supera un valor de diferencia máximo predeterminado, entonces la temperatura medida del fluido puede no representar con precisión la temperatura del fluido que fluye a través del medidor (100) , y el medidor (100) genera una alerta de temperatura en el bloque (714) . En respuesta a la alerta de temperatura, se puede investigar y corregir la fuente de la discrepancia de temperatura .
La Figura 8 muestra un diagrama de flujo para un método para la validación de las mediciones de temperatura en un medidor de flujo ultrasónico (100) de acuerdo con diversas modalidades. Aunque se representan secuencialmente como una cuestión de conveniencia, al menos algunas de las acciones que se muestran se pueden realizar en un orden diferente y/o realizar en paralelo. Además, algunas modalidades pueden realizar sólo algunas de las acciones que se muestran. En algunas modalidades, al menos algunas de las operaciones de la figura 8, así como otras operaciones descritas en este documento, se pueden implementar como instrucciones almacenadas en un medio legible por computadora (606) y ejecutarse por el procesador (602) .
En el bloque (802), el fluido está fluyendo a través del pasaje central (104) del medidor (100) . El sensor de temperatura (508) mide la temperatura del fluido que fluye sobre el sensor de temperatura (508) . El medidor (100) procesa las señales de medición de temperatura proporcionadas por el sensor de temperatura (508), y produce un valor de medición de temperatura del fluido. El valor de medición de temperatura del fluido es indicativo de la temperatura del fluido que fluye a la elevación en la que el sensor de temperatura (508) está dispuesto en la tubería (502), y, por consiguiente, puede nú reflejar con precisión la temperatura del fluido que fluye a una elevación diferente dentro de la tubería (502) o el medidor (100) .
En el bloque (804), el procesador (602) del medidor (100) provoca que los controladores/receptores de los transductores ultrasónicos (604) generen señales ultrasónicas que se intercambian entre los transductores de cada par de transductores (por ejemplo, (112), (114)) . El medidor (100) mide los tiempos de tránsito de la señal ultrasónica entre los transductores y calcula un valor de velocidad de sonido para cada par de transductores (es decir, para cada trayectoria cordal), como se muestra en la ecuación (2) .
En el bloque (806), el medidor (100) compara la velocidad de los valores de sonido calculada para cada trayectoria cordal. En la comparación los valores de la velocidad del sonido, el medidor (100) determina si un gradiente de temperatura está presente en el fluido que pasa a través del medidor (100) en el bloque (808) . Un gradiente de temperatura puede ser identificado por un gradiente correspondiente en los valores de la velocidad del sonido calculada. Por lo tanto, si la velocidad del sonido que correspondiente a la cuerda A es mayor que la velocidad del sonido que corresponde a la cuerda B, que es mayor que la velocidad del sonido que corresponde a la cuerda C, etc., entonces se puede identificar un gradiente de temperatura en el fluido.
En algunas modalidades, el medidor (100) puede calcular un valor de temperatura para cada cuerda en base a la velocidad del sonido calculada para la cuerda, la presión de fluido medida, y la composición del fluido medida, y comparar los valores de temperatura cordal para identificar un gradiente de temperatura.
En el bloque (810) , el medidor (100) evalúa el gradiente identificado para determinar si el gradiente es indicativo de una medición de temperatura potencialmente imprecisa del sensor de temperatura (508). Por ejemplo, si el rango de la velocidad cordal de los valores de sonido o los valores de temperatura cordal excede un valor máximo predeterminado, entonces el medidor (100) puede considerar que la medición de la temperatura proporcionada por el sensor de temperatura (508) representa imprecisamente la temperatura del fluido que fluye a través del medidor (100) . Si el medidor determina que la medición de la temperatura proporcionada por el sensor de temperatura (508) puede representar imprecisamente la temperatura del fluido que fluye a través del medidor (100) , entonces el medidor (100) genera una alerta de temperatura en el bloque (812). En respuesta a la alerta de temperatura, se puede investigar y corregir la fuente de la discrepancia de temperatura.
La discusión anterior está destinada a ser ilustrativa de los principios y las diversas modalidades de la presente invención. Numerosas variaciones y modificaciones serán evidentes para los expertos en la técnica una vez que la descripción anterior se aprecie completamente. Se pretende que ¦ las siguientes reivindicaciones sean interpretadas para abarcar todas estas variaciones y modificaciones..

Claims (22)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de medición de flujo ultrasónico, que comprende: un pasaje para el flujo de fluido; un sensor de temperatura dispuesto para medir la temperatura del fluido que fluye en el pasaje; un medidor de flujo ultrasónico, que comprende: una pluralidad de pares de transductores ultrasónicos, cada par de transductores configurado para formar una trayectoria cordal a través del pasaje entre los transductores; y electrónicos de control acoplados a los transductores ultrasónicos, los electrónicos de control configurados para: medir la velocidad del sonido entre cada par de transductores en base a las señales ultrasónicas que pasan entre los transductores del par; y determinar, en base a las velocidades del sonido medidas, si un gradiente está presente, a través de las trayectorias cordales, en el fluido que fluye en el pasaje; Y determinar, en base al gradiente, si un valor de temperatura medida proporcionado por el sensor de temperatura representa con precisión la temperatura del fluido que fluye en el pasaje.
2. El sistema de medición de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 1, en donde los electrónicos de control están configurados para calcular un valor de temperatura para cada trayectoria cordal en base a la velocidad del sonido medida para la trayectoria cordal.
3. El sistema de medición de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 2 , en donde los electrónicos de control están configurados para: comparar el valor de temperatura calculado para cada trayectoria cordal; y determinar, en base a los valores de temperatura comparados, si un gradiente de temperatura está presente, y, en base al gradiente de temperatura, si el sensor de temperatura está proporcionando un valor de temperatura medida que representa con precisión la temperatura del fluido que fluye en el pasaje.
4. El sistema de medición de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 1, en donde los electrónicos de control están configurados para determinar si un volumen calculado del fluido que fluye en el pasaje es potencialmente incorrecto en base al gradiente.
5. El sistema de medición de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 2, en donde los electrónicos de control están configurados para: identificar una tendencia de aumento de temperatura a través del pasaje como que indica que el valor de temperatura medido erróneamente representa la temperatura del fluido que fluye en el pasaje.
6. El sistema de medición de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 1, en donde los electrónicos de control están configurados para generar, en base a las velocidades de sonido medidas, una señal de alerta que indica que el valor de temperatura medido representa imprecisamente la temperatura del fluido que fluye en el pasaje.
7. El sistema de medición de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 1, en donde el medidor de flujo comprende al menos cuatro trayectorias cordales.
8. El sistema de medición de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 1, en donde los electrónicos de control están configurados para: comparar las velocidades del sonido medidas entre cada par de transductores; e identificar una tendencia de aumento de velocidad del sonido a través del pasaje como que indica que un gradiente de velocidad del sonido está presente, y, en base al gradiente de velocidad del sonido, que el valor de temperatura medido representa imprecisamente la temperatura del fluido que fluye en el pasaje.
9. Un método para verificar la temperatura de un fluido en una corriente de fluido, que comprende: medir la velocidad del sonido para cada uno de una pluralidad de trayectorias cordales de un medidor ultrasónico en base a las señales ultrasónicas que pasan entre un par de transductores de cada trayectoria cordal; medir la temperatura del fluido en la corriente de fluido en base a una señal proporcionada por un sensor de temperatura dispuesto en la corriente de fluido; identificar, en base a la velocidad del sonido medida para cada trayectoria cordal, si un gradiente está presente en la corriente de fluido a través de las trayectorias cordales; y determinar, en base al gradiente, si la temperatura medida representa con precisión la temperatura del fluido en la corriente de fluido.
10. El método de conformidad con la reivindicación 9, que además comprende determinar si un volumen calculado de la corriente de fluido es potencialmente incorrecto en base al gradiente.
11. El método de conformidad con la reivindicación 9, que además comprende: calcular un valor de temperatura para cada trayectoria cordal en base a la velocidad del sonido medida para la trayectoria; y comparar los valores de temperatura calculados para identificar un gradiente de temperatura en la corriente de fluido.
12. El método de conformidad con la reivindicación 11, que además comprende: identificar una tendencia de aumento de temperatura a través de las trayectorias cordales como que indica que el valor de temperatura medida representa imprecisamente la temperatura del fluido en la corriente de fluido.
13. El método de conformidad con la reivindicación 9, que además comprende: comparar las velocidades de sonido medidas para las trayectorias cordales; y en donde la identificación comprende determinar, en base a las velocidades del sonido comparadas, que un gradiente de velocidad de sonido está presente a través de las trayectorias cordales, y que la temperatura medida representa imprecisamente la temperatura del fluido en la corriente de fluido.
1 . El método de conformidad con la reivindicación 9, en donde la identificación comprende identificar una tendencia de aumento de la velocidad del sonido a través de las trayectorias cordales como que indica que el valor de temperatura medido representa imprecisamente la temperatura del fluido en la corriente de fluido .
15. El método de conformidad con la reivindicación 9, que además comprende generar una señal de alerta que indica que el valor de temperatura medido representa imprecisamente la temperatura del fluido en la corriente de fluido.
16. Un medidor de flujo ultrasónico, que comprende : una pluralidad de pares de transductores ultrasónicos, cada par de transductores configurados para formar una trayectoria cordal a través de un pasaje de fluido entre los transductores; y electrónicos de control acoplados a los transductores ultrasónicos, y configurados para: medir la velocidad del sonido para cada trayectoria cordal en base a las señales ultrasónicas que pasan entre los transductores de la trayectoria cordal ; determinar la temperatura del fluido en una corriente de fluido, la temperatura determinada en base a una medición por un sensor de temperatura dispuesto en la corriente de fluido; determinar, en base a la velocidad del sonido medida para cada trayectoria cordal, si un gradiente está presente en la corriente de fluido; y determinar, en base al gradiente, si la temperatura determinada representa con precisión la temperatura del fluido en la corriente de fluido.
17. El medidor de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 16, en donde los electrónicos de control están configurados para: determinar si un volumen calculado del fluido en la corriente de fluido es potencialmente incorrecto en base al gradiente.
18. El medidor de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 17, en donde los electrónicos de control están configurados para: calcular un valor de temperatura para cada trayecto cordal en base a la velocidad del sonido medida para la trayectoria cordal; y comparar los valores de temperatura calculados para determinar si un gradiente de temperatura está presente en la corriente de fluido.
19. El medidor de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 16, en donde los electrónicos de control están configurados para: calcular un valor de temperatura para cada trayectoria cordal en base a la velocidad del sonido medida para la trayectoria cordal; e identificar un gradiente de temperatura a través de las trayectorias como una indicación de que la temperatura determinada representa imprecisamente la temperatura del fluido en la corriente de fluido.
20. El medidor de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 16, en donde los electrónicos de control están configurados para: comparar las velocidades de sonido medidas para las trayectorias cordales; y determinar, en base a las velocidades de sonido comparadas, que un gradiente de velocidad del sonido está presente a través de la corriente de fluido, y que la temperatura determinada representa imprecisamente la temperatura del fluido en la corriente de fluido.
21. El medidor de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 16, en donde los electrónicos de control están configurados para identificar un gradiente en la velocidad del sonido a través de las trayectorias cordales como que indica que el valor de temperatura determinado representa imprecisamente la temperatura del fluido en la corriente de fluido.
22. El medidor de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 16, en donde los electrónicos de control están configurados para generar una señal de alerta que indica que el valor de temperatura determinado representa imprecisamente la temperatura del fluido en la corriente de fluido.
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