NO20140596A1 - Fremgangsmåte for måling av trykk i rør - Google Patents

Abstract

Det er beskrevet et apparat og en fremgangsmåte for å måle det interne trykket i et rør eller en beholder. Apparatet inkluderer en akustisk sender Txi montert på en vegg (1) av nevnte rør eller beholder og en signalgenerator (2) koblet til nevnte sender og som er innrettet til å tilveiebringe et signal til senderen. Signalet fra senderen detekteres av minst en mottaker Rx1, Rx2 montert på nevnte rør eller beholder i en avstand fra nevnte sender Tx1. En prosesseringsenhet (3) er koblet til nevnte sender og mottaker (e), idet prosesseringsenheten er innrettet til å måle gangtiden til et akustisk signal som forplanter seg fra senderen til en mottaker eller mellom to mottakeren gjennom veggen (1) og bestemme trykket inne i røret eller beholderen for nevnte gangtid.

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat og fremgangsmåte for måling av trykket inne i et rør eller beholder.

Bakgrunn

Offshore rørledninger må med jevne mellomrom stenges ned for vedlikehold. En vedlikeholdsperiode offshore involverer en fullstendig nedstengning i typisk 14 da-ger. I denne perioden vil røret mellom installasjoner offshore og på land være stengt fra begge sider. Eksisterende trykksensorer ved begge installasjoner er plassert utenfor ventilene, og derfor er det for tiden ingen måte for å overvåke trykket inne i det lukkede røret for å detektere en lekkasje under nedstengningsperioden. Det er også viktig å overvåke og kontrollere gasstrykket under nedstengningspro-sessen på grunn av det faktum at høye trykkforskjeller forårsaker slitasje på ventilene, og bør minimaliseres.

Fra US-patent 3 977 252 er det kjent et apparat for overvåking av trykket i en væske inne i en rørledning. Trykket overvåkes ved å passere regelmessig gjentatte pulser av ultrasoniske bølger fra en sender gjennom rørveggen, væsken og motsatt side rørvegg til en mottaker. Trykket bestemmes fra gangtiden til pulsene. Et slikt apparat kan benyttes for overvåking av trykk inne i væskefylte rør. I et gassfylt rør vil imidlertid den store akustiske kontrasten mellom rørveggen og gassen inne i røret bety at bare en liten del av den akustiske energien blir overført gjennom gassen. Det meste av energien overføres i rørveggen direkte fra senderen til mottakeren, idet veggen virker som en resonant bølgeleder for den akustiske energien. Pulser som går den lange banen langs rørveggen vil ankomme tidligere enn pulser som passerer gjennom gassen på grunn av den store akustiske hastigheten i stål, og med mye større amplitude, og vil fullstendig maskere de ønskede pulsene som har passert gjennom gassen. Videre vil det være umulig å benytte denne metoden i et flerfasefluid eller blanding av fluider, etter som hastigheten vill være forskjellig etter hvilket fluid eller fase bølgene passerer gjennom.

Det er derfor behov for en fremgangsmåte for måling av trykket inne i en rørled-ning eller annen beholder uten å kontakte det indre rom av nevnte rørledning eller beholder, og som kan brukes til å måle trykket på pålitelig måte selv om det skulle være gass til stede inne i rørledningen eller beholderen, det vil si å tilveiebringe pålitelige trykkdata uavhengig av hvilket fluid eller fluider som er til sted inne i rø-ret eller beholderen.

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et apparat og fremgangsmåte som løser nevnte behov. Dette oppnås i et apparat og fremgangsmåte som angitt i de vedføyde patentkrav.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med henvisning til den vedføyde tegningen som viser en foretrukket utførelse av et apparat ifølge oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse

Oppfinnelsen er basert på observasjon av oppførselen til akustiske bølger som forplanter seg i rør/beholderveggen, og ikke som i den kjente teknikken, ved å obser-vere bølger som forplanter seg gjennom mediet inne i røret/beholderen.

En trykkforskjell mellom innsiden og utsiden av røret/beholderen vil skape et stress i veggen. For en sylindrisk vegg er stresset a gitt ved:

Hvor P er trykkforskjellen, D er den interne diameteren og t er veggtykkelsen.

Det er et nesten lineært forhold mellom veggtykkelsen og fasehastigheten. Måling av fasehastigheten vil gi en verdi for stresset i veggen fra hvilket trykkforskjellen over veggen kan utledes. Derfor er

Hvor vp er fasehastigheten i veggen av røret eller beholderen.

Fig. 1 er en skjematisk illustrasjon av apparatet for måling av trykk ifølge oppfinnelsen. Det oppfinneriske apparatet omfatter en signalgenerator 2 som driver en sender TXimontert på veggen 1 av et rør eller beholder.

Det sendte signalet kan være skarp spiker, en firkantbølge eller en skurpuls. Skurpulsen kan være en vanlig sinusbølgeskur, en sveipet bølge skur eller en sine skurpuls. Det foretrekkes å bruke en skurpuls for å unngå dispersjon og for å gjøre det lettere å detektere i støyende miljøer. Videre foretrekkes det å la skurpulsen eksite-re én av tykkelsesresonansfrekvensene til veggen. Det er flere tykkelsesresonans-frekvenser tilgjengelig, men her foretrekkes det å bruke den første harmoniske (bølgelengde = t) på grunn av avstanden til andre modusfrekvenser. Signalet vil forplante seg langs veggen ved flere modi, særlig som skjær- og Lamb-bølger.

Det periodiske signalet plukkes opp av to mottakere, Rxiog Rx2. De mottatte signalene digitaliseres og ledes til en prosesseringsenhet 3. Prosesseringsenheten er innrettet til å bestemme tidsforskyvningen mellom mottakerne. Tidsforskyvningen kan bestemmes ved krysskorrelering av signalene fra mottakerne. En annen mulig-het er å måle tidsforskyvningen mellom identifiserte nullkryssinger i signalene, eller måle når signalene overskrider en bestemt terskel for å bestemme den innledende del av første ankomst.

En generell beskrivelse av fremgangsmåten vil være som følger:

En lydpuls sendes fra en akustisk kontakttransdusersender, Txitil en første akustisk transdusermottaker, Poq, og fortrinnsvis også til en andre akustisk kontakttransduser, Rx2arrangert på en trykksatt beholder eller rør. Pulsen kan være en såkalt «skurpuls» med et forhåndsdefinert antall perioder. Det kan foreksempel være mellom 1 og 20 perioder, fortrinnsvis 5-10 perioder. Pulsen kan typisk ha en senterfrekvens innen båndet fra 50 kHz til 1000 kHz. Pulsen bør være innrettet til tykkelsen av nevnte trykksatte beholder eller rør, slik at en klar puls mottas ved nevnte mottakere, Rxiog alternativt også Rx2.

Tidsforløpet, Ti, fra nevnte puls sendes av Txiinntil den mottas ved den første mottaker, Rxi, måles ved bruk av en egnet tidsdeteksjonsmetode, for eksempel en krysskorrelasjon eller deteksjon av null-kryssing.

Tidsforløpet, t2, fra nevnte puls sendes ved Txiinntil den mottas ved den

andre mottaker, Rx2, måles ved bruk av den samme deteksjonsmetoden.

Lydhastigheten gjennom veggen til beholderen eller røret, Vp, kan finnes gjennom Llravstanden fra Txitil Rxlreller hvis det brukes to mottakere, avstanden mellom Rxiog Rx2, AL:

Hvis det bare brukes én mottaker, gjelder de følgende ligninger:

Hvor rELrepresenterer forsinkelsestiden i elektronikken, som børtas hensyn til.

Det følger derved at fremgangsmåten er like egnet med bruk av én eller to mottakere.

Nå følger det at:

Ved å bruke en kalibreringsprosedyre for en gitt beholder eller rør, er det gjennom-førbart å oppnå en trykkoppløsning på omtrent 1 bar.

Transduserne kan klemmes fast til røret/beholderen ved enhver egnet fremgangsmåte, for eksempel en stropp rundt røret/beholderen, eller sterke magneter, og kan inkludere en egnet koblingsgele for å forbedre den akustiske koblingen til rø-ret/beholderen.

Det viste oppsettet inkluderer en sender og to mottakere. Det er også mulig å bruke én sender og bare én mottaker som måler tidsforskyvningen for signalet mellom senderen og mottakeren. Imidlertid kan det være vanskelige å oppnå en tilstrekke-lig nøyaktighet med et slikt oppsett. Fremgangsmåten er like egnet for Lamb-bølger og skjærbølger.

I figur 1 er senderen og mottakerne passert langs omkretsen av et rør eller beholder, men de kan også plasseres i den langsgående retningen av røret eller beholderen, eller i enhver annen mulig retning.

Claims (10)

1. Apparat for å måle det interne trykket i et rør eller beholder, plassert ved en akustisk sender (Txi) montert på en vegg (1) av nevnte rør eller beholder, en signalgenerator (2) koblet til nevnte sender og som er innrettet til å tilveiebringe et signal til senderen, en mottaker (Rx!, Rx2) montert på nevnte rør eller beholder i en avstand fra nevnte sender (TXJ, en prosesseringsenhet (3) koblet til nevnte sender og mottaker, idet prosesseringsenheten er innrettet til å måle gangtiden til et akustisk signal som forplanter seg fra senderen til mottakeren gjennom veggen (1) og bestemme trykket inne i røret eller beholderen for den nevnte gangtid.

2. Apparat for å måle det interne trykket inn i et rør eller en beholder, plassert ved en akustisk sender (Txi) montert på en vegg (1) av nevnte rør eller beholder, en signalgenerator (2) koblet til nevnte sender og som er innrettet til å tilveiebringe et signal til senderen, en første mottaker (Rxi) montert på nevnte rør eller beholder i en avstand fra senderen (Txi), en andre mottaker (Rx2) montert på røret eller beholderen i en ytterligere avstand fra senderen, en prosesseringsenhet (3) koblet til nevnte første og andre mottaker, idet prosesseringsenheten er innrettet til å måle gangtiden av et akustisk signal som forplanter seg fra den første til den andre mottakeren gjennom veggen (1) og bestemme trykket inne i røret eller beholderen fra nevnte gangtid.

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, hvor signalgeneratoren er innrettet til å sende ut et signal som eksiterer en tykkelsesmodus av nevnte vegg.

4. Apparat ifølge krav 1 eller 2, hvor prosesseringsenheten er innrettet til å bestemme gangtiden ved krysskorrelering av mottatte signaler.

5. Fremgangsmåte for å måle trykket inne i et rør eller en beholder,karakterisertved trinnene: - sending av et akustisk signal inne i en vegg av nevnte rør eller beholder, - måling av gangtiden av nevnte akustiske signal når det forplanter seg mellom to punkter på nevnte vegg, og - å bestemme trykket inne i nevnte rør eller beholder for nevnte gangtid.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, hvor det akustiske signalet eksiterer en tykkelsesmodus av veggen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, hvor det akustiske signalet er en sink-bølgepakke som dekker minst én tykkelsesresonansfrekvens av veggen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 5, hvor gangtiden bestemmes ved krysskorrelering av signaler mottatt i nevnte punkter.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 5, hvor det akustiske signalet er en lydpuls.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 5, hvor det akustiske signalet er en skurpuls med et forhåndsbestemt antall perioder.