JP2018500571A - 可変線サイズ平均化ピトー管 - Google Patents

Abstract

プロセスパイプ（１０８）に平均化ピトー管（ＡＰＴ）一次素子を結合するシステム、装置、及び方法が開示される。取付アセンブリ（１１２）は、プロセスパイプ（１０８）内に延びるＡＰＴ一次素子（１２０）の長さが異なるサイズのプロセスパイプ（１０８）径に適応するよう調節可能であるように、ＡＰＴ一次素子（１２０）をプロセスパイプ（１０８）に取り付ける。取付アセンブリ（１１２）は、プロセスパイプの開口上でプロセスパイプ（１０８）に結合されかつ通過してプロセスパイプ内に延びるＡＰＴ一次素子を有した溶接結合（１１２）を含む。延長パイプニップル（３１０）は、溶接結合（３０５）に接続され、ＡＰＴ一次素子（１２０）の首セクション（３０４）とセンサセクション（３０３）との間の移行部が延長パイプニップル（３１０）の内側に位置付けられるように通過して延びるＡＰＴ一次素子（１２０）を有する。ユニオン要素（３１５）、フェルール（３２０）、及びキャップ（３２５）は、取り付けられた位置にＡＰＴ一次素子（１２０）を保ち、プロセスシールを形成する。

Description

分野
本開示は、産業プロセス制御又は監視システムに関する。より詳細には、本開示は、産業プロセスのプロセス変数を測定するために平均化ピトー管（ＡＰＴ）プローブを使用するタイプのプロセス変数トランスミッタに関する。

背景
産業環境において、制御システムは、産業及び化学プロセスの残量などを監視及び制御するために使用される。典型的に、これらの機能を実行する制御システムは、産業プロセスにおいて鍵となる場所に分散され制御室において電気回路を制御するようにプロセス制御ループによって結合されたフィールドデバイスを使用する。「フィールドデバイス」という用語は、分散された制御又はプロセス監視システムで機能を実行する任意のデバイスを指し、産業プロセスの測定、制御、及び監視において使用されるすべてのデバイスを含む。

いくつかのフィールドデバイスは、プロセス流体に結合するトランスデューサを含む。トランスデューサは、物理的な入力に基づいて出力信号を発生させるデバイス、又は入力信号に基づいて物理的な出力を発生させるデバイスのいずれかを意味すると理解される。典型的に、トランスデューサは、入力を異なる形態を有した出力に変換する。トランスデューサのタイプとしては、様々な分析機器、圧力センサ、サーミスタ、アクチュエータ、ソレノイド、指示灯その他が挙げられる。

産業プロセスにおいて使用されるプロセス変数センサなどのフィールドデバイスは、フィールド内で、パイプライン、タンク、及び他の産業プロセス設備上に設置され得る。このようなデバイスは、プロセス流体流、プロセス流体の温度、プロセス流体圧力、プロセス流体の伝導率、プロセス流体のｐＨ、及び他のプロセス変数などの、プロセス変数を検知する。他のタイプの産業プロセスフィールドデバイスとしては、弁、アクチュエータ、フィールド制御装置、データディスプレイ、及び産業フィールドネットワークブリッジなどの通信機器が挙げられる。

プロセス変数センサの一タイプは、例えば、流体流の速さを測定することができる流量計である。流量計の一タイプは、平均化ピトー管（ＡＰＴ）一次素子を利用しており、流動線内に挿入し流動線から抜去することが可能であること、圧力損失が小さいこと、及び性能の信頼性が高いことから、普及している流量測定のためのデバイスである。ＡＰＴ一次素子は、プロセス流体が移動しているパイプライン全体の複数の場所から圧力を検知して平均化する。この平均圧力は、次いで、流体のための流量測定を提供するために流動理論及び実験で決定された量と共に使用される。ＡＰＴ一次素子の一タイプは、Emerson Process Managementから入手可能なAnnubar（登録商標）ＡＰＴである。少なくともAnnubar（登録商標）タイプのＡＰＴ一次素子のために、パイプラインのセクション全体の複数のサンプルがセクション全体の流れの変動を説明するために平均化され得るように、ＡＰＴ一次素子がプロセスパイプラインにわたることが必要である。

種々のユーザのニーズ、設置要件などのために、ＡＰＴ一次素子の製造者は、多くの場合、ユーザのためにＡＰＴ一次素子をカスタマイズしなければならない。いくつかのＡＰＴ一次素子製造のカスタム性は、コストの増加をもたらす。多くのＡＰＴ一次素子は、ユーザ供給パイプ内径及び壁厚寸法を使用して受注生産される。これらの寸法は、ＡＰＴ一次素子の上流及び下流面上の最適な穴及びスロットパターンを決定するために使用される。カスタム製造は、高い精度の測定を行う製品を提供するが、供給チェーンの受注及び配送に関するＡＰＴ一次素子のためのリードタイムを延長する。

いくつかのカスタマイズされるＡＰＴ一次素子では、ユニット特有の情報が受け取られバリューチェーンによって通信されると、製品製造が始まる。流量測定デバイスを設置する時までパイプに穴をあけないので、ユーザは、流量測定デバイスを特定するときに一次素子製造のために必要とされる内部パイプ壁厚及び直径寸法を得るのに苦労する場合がある。その結果、受注時に公称パイプサイズ及び寸法を供給するユーザが一般的となる。公称寸法は、業界標準、例えばＡＳＭＥ Ｂ３６標準において、典型的に定められ、ある程度の不安定性を持つ。ユーザが測定した値を提供することができないので、小さい線サイズにおいては数パーセントに至る、追加的な不確定性が流量測定にもたらされることがあり得る。

上の説明は、単に一般的な背景情報のために提供され、請求される主題の範囲を決定する際の補助として使用することを目的としない。

概要
プロセスパイプに平均化ピトー管（ＡＰＴ）一次素子を結合するシステム、装置、及び方法が開示される。取付アセンブリは、プロセスパイプ内に延びるＡＰＴ一次素子の長さが異なるサイズのプロセスパイプ径に適応するよう調節可能であるように、ＡＰＴ一次素子をプロセスパイプに取り付ける。取付アセンブリは、プロセスパイプの側部の開口上でプロセスパイプに結合されかつ通過してプロセスパイプ内に延びるＡＰＴ一次素子を有した溶接結合を含む。延長パイプニップルは、溶接結合に接続され、ＡＰＴ一次素子の首セクションとセンサセクションとの間の移行部が延長パイプニップルの内側に位置付けられるように通過して延びるＡＰＴ一次素子を有する。ユニオン要素、フェルール、及びキャップは、取り付けられた位置にＡＰＴ一次素子を保ち、プロセスシールを形成する。

この概要及び要約は、下の発明の詳細な説明おいて更に説明される本発明の概念の選択を単純な形態で紹介するために提供される。概要及び要約は、請求される主題の鍵となる特性又は不可欠な特性を識別すること、請求される主題の範囲を決定する際の補助として使用することを目的としない。

開示される特性、要素、装置、システム、及び方法ステップのいずれかが他の開示される特性、要素、装置、システム、及び方法ステップとの任意の組み合わせで使用され得ることに留意されたい。開示される特性、要素、装置、システム、及び方法ステップが、提供される例示的な実施形態において組み合わせて示されるか又は述べられない場合であっても、本開示はこのような代替の組み合わせを含む。

実施形態の一例に従った、プロセス流体の監視又は制御で使用するための産業プロセス制御又は監視システムの概略図である。 実施形態の一例に従った、図１に示されるシステム及びトランスミッタのブロック図である。 例示的な実施形態に従った、ＡＰＴ一次素子をプロセスパイプに取り付ける取付アセンブリの概略側面図である。 違う内径を有する３つの異なるプロセスパイプにＡＰＴ一次素子を取り付けた、図３の取付アセンブリを示す。 図４に示される３つの異なるプロセスパイプにＡＰＴ一次素子を取り付けた図３の取付アセンブリの側面図であり、３つの異なるプロセスパイプの異なる割合にわたるＡＰＴスロットを示す。

発明の詳細な説明
開示される実施形態は、特定のパイプサイズのために一次素子をカスタマイズする必要なく幅広いパイプサイズで設置され得る可変線サイズ平均化ピトー管一次素子を提供するために、延長フェルール式取付アセンブリを利用する。これにより、低コストの生産、及びいくつかの例示的な実施形態における設置のリードタイムの低減が可能となる。

図１は、産業プロセスにおけるプロセス流体の監視又は制御で使用するための、産業プロセス制御又は監視システム１００を示した簡略図である。典型的に、プロセス変数トランスミッタ１０２などのフィールドデバイスは、施設の遠隔場所に位置し、中央に位置する制御室１０４へ検知されたプロセス変数を送り返す。有線及び無線通信の両方を含む様々な技術が、プロセス変数を送信するために使用される。１つの一般的な有線通信技術は、単一対のワイヤが情報を伝送しかつ電力をトランスミッタ１０２へ提供するために使用される二線式プロセス制御ループ１０６として既知であるものを使用する。情報を送信する１つの技術は、４mAと２０mAとの間にプロセス制御ループ１０６を通過する電流レベルを制御することによる。４〜２０mAの範囲内の電流の値は、プロセス変数の対応する値に割り当てられ得る。デジタル通信プロトコルの例としては、HART（登録商標）（標準的な４〜２０mAアナログ信号上に重畳されたデジタル通信信号からなるハイブリッド物理層）、FOUNDATIONTM（商標）Fieldbus（１９９２年にInstrument Society of Americaによって公表された全デジタル通信プロトコル）、Profibus通信プロトコル、又はその他が挙げられる。WirelessHART（登録商標）（ＩＥＣ６２５９１）を含む無線周波数通信技術などの無線プロセス制御ループプロトコル（ＩＥＣ６２５９１）が、同様に実施されてもよい。図１のプロセス制御ループ１０６は、トランスミッタ１０２と制御室１０４との間の通信接続の有線及び無線の実施形態のいずれか又は両方を表す。

プロセス変数トランスミッタ１０２は、プロセス配管１０８内に延びプロセス配管１０８内の１つ又はいくつかのプロセス流体変数を測定するように構成されたＡＰＴ一次素子１２０に、実施形態の一例が図１に示される、延長フェルール取付アセンブリ１１２を介して接続される。ＡＰＴ一次素子１２０は、プロセス変数測定を支援する１つ以上のスロット及び／又は穴１２１を含む。プロセス変数の例としては、流れ、温度、圧力、及び差圧（ＤＰ）が挙げられる。プロセス変数トランスミッタ１０２は、ＡＰＴ一次素子１２０からプロセス変数又は変数を受け取ってプロセス制御ループ１０６上にトランスミッタ出力を提供するように構成されたセンサ２２４及び他の要素／電気回路（図２に示される）を含む。例示的な実施形態において利用される延長フェルール取付アセンブリの構成により、ＡＰＴ一次素子は、プロセスパイプ１０８の特定の内径に対して、カスタマイズされた長さ又はスロットパターンである必要がなく、異なるサイズの範囲にわたる内径を有したプロセスパイプにおいて使用され得る。

例示的な実施形態では、プロセス変数トランスミッタ１０２は、差圧又は多変数トランスミッタである。図１では、ＡＰＴ一次素子１２０は、プロセスパイプ１０８の内側まで確認され得る。一般的に、ＡＰＴ一次素子は、プロセスパイプ１０８の内径全体にわたり、延長フェルール取付アセンブリ１１２が、単一長のＡＰＴ一次素子が異なる直径のプロセスパイプにわたって使用されることを可能にして、柔軟性を増加させカスタマイズの必要性を低減させる。方向矢印１２６は、パイプ１０８内の流体流の方向を指示する。実施形態の一例では、流体マニホルド１２８、ヘッド１２９、及び流れトランスミッタ１０２は、ＡＰＴ一次素子及び取付アセンブリ１１２の外終端上に取り付けられて示される。トランスミッタ１０２のセンサ２２４（図２に示される）は、一次素子を通って延びる通路を通過してＡＰＴ一次素子１２０に流体結合された圧力センサ２２４である。差圧トランスミッタ１０２及び延長フェルール取付アセンブリ１１２の要素は、下でより詳細に説明される。

図２は、例示的な実施形態のプロセス変数トランスミッタ１０２の要素を示す。延長フェルール取付アセンブリは、図２では省略され、図３においてより詳細に示される。図２のシステムブロック図に示されるように、プロセス変数トランスミッタ１０２は、ＡＰＴ一次素子１２０からプロセス変数を受け取りプロセス制御ループ１０６上にトランスミッタ出力を提供するように構成されたセンサ２２４及び他の要素／電気回路（図１には図示せず）を含む。述べられたように、例示的な実施形態では、プロセス変数トランスミッタ１０２は、差圧又は多変数トランスミッタである。

図１のように、図２に示されるシステム１００は、ループ１０６などのプロセス制御ループに結合可能で、例えばプロセスパイプ１０８内の流体流の差圧に関連する、プロセス変数出力を通信するように適合される。他の実施形態では、プロセス変数出力は、圧力及び温度などの複数の変数に関連する。システム１００のトランスミッタ１０２は、ループ通信電気回路２０２、圧力センサ２２４、測定電気回路２０４、及び制御装置２０６を含む。

ループ通信電気回路２０２は、プロセス制御ループ１０６に結合可能で、プロセス制御ループ上で通信するように適合される。ループ通信電気回路２０２としては、有線通信リンク及び／又は無線通信リンクで通信する電気回路が挙げられ得る。このような通信は、有線及び無線プロトコルを含む、上で述べられたプロトコルなどの任意の適切なプロセス産業標準プロトコルに従ったものであり得る。

いくつかの例示的な実施形態では、圧力センサ２２４は、一次素子１２０を通って延びる第１及び第２の圧力伝導管２１１、２１３にそれぞれ結合された第１及び第２のポート２１０、２１２を含む。導管２１１及び２１３への圧力センサ２２４の結合は、隔離ダイヤフラム及び他の圧力伝導装置及び構成を通る結合を含む。センサ２２４は、加えられた圧力の変化に応答して変化する電気的特性を有した任意のデバイスであり得る。例えば、センサ２２４は、静電容量がポート２１０と２１２との間で加えられた差圧に応答して変化する静電容量圧力センサであり得る。

測定電気回路２０４は、センサ２２４に結合され、少なくともポート２１０と２１２との間の差圧に関連したセンサ出力を提供するように構成される。測定電気回路２０４は、差圧に関連した好適な信号を提供することができる任意の電子電気回路であり得る。例えば、測定電気回路は、アナログデジタル変換器、静電容量デジタル変換器、又は任意の他の適切な電気回路であり得る。

制御装置２０６は、測定電気回路２０４及びループ通信電気回路２０２に結合される。制御装置２０６は、プロセス変数出力をループ通信電気回路２０２に提供するように適合され、プロセス変数出力は、測定電気回路２０４によって提供されたセンサ出力に関連する。制御装置２０６は、プログラマブルゲートアレイデバイス、マイクロプロセッサ、又は任意の他の適切なデバイス（単数又は複数）であり得る。ループ通信電気回路２０２、測定電気回路２０４、及び制御装置２０６が個別のモジュールに関して説明されたが、これらが例えばApplication Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）上に組み合わされ得ることが企図される。例示的な実施形態では、メモリ２０７が、含まれて、制御装置２０６及び／又は測定電気回路２０４を構成するために使用されるコンピュータ可読命令、パラメータ値などの記憶のために制御装置２０６に結合される。

ここで図３を参照すると、例示的な実施形態に従ったＡＰＴ一次素子１２０及び取付アセンブリ１１２を示したプロセス測定システム１００の一部分の実施形態が示される。延長フェルール取付アセンブリ１１２並びにパイプサイズとは無関係な穴及び／又はスロットパターンを有したＡＰＴ一次素子１２０を使用して、開示される実施形態は、様々な異なるパイプ径で使用され、従来の測定システム及びＡＰＴ一次素子と比較してシステム１００の設置のためのリードタイムを低減させる点で潜在的利益を提供する。図３に示されるように、ＡＰＴ一次素子１２０は、一次素子の遠終端側に位置付けられた１つ以上のスロット又は穴１２１を含む。異なるサイズのプロセスパイプ１０８のために、スロット１２１は、異なる割合のプロセスパイプの直径にわたる。

いくつかの例示的な実施形態では、取付アセンブリ１１２は、溶接結合３０５、ねじ付き延長ニップル３１０、ねじ付きユニオン要素３１５、フェルール３２０、及びねじ付きキャップ３２５を含む。ユーザのパイプ１０８に最も近い要素は、MSS-SP97による、ねじ付き出口継手又は溶接結合３０５である。このタイプの溶接結合又は分岐出口継手は、分岐接続を形成するために典型的にパイプの側に溶接され得る雌ねじ山を有した鍛造パイプ継手である。穴は、溶接結合を取り付ける前に、パイプに作られる。本例では、溶接結合３０５は、開口３３０のまわりでパイプ１０８に溶接され、雌ねじ付きセクション３０７を含む。延長パイプニップルセクション３１０は、第１及び第２の雄ねじ付き終端３１２及び３１４を有し、終端３１２は、取付溶接結合３０５内にねじ込まれる。ニップルは、デバイスが小さい直径のパイプに設置されるときでも、ＡＰＴ一次素子１２０の丸首セクション３０４とｔ字型のセンサセクション３０３との間の移行部３０２を、延長パイプニップルセクション３１０内に、したがってプロセスシール内に、確実に位置付けることによって、幅広いパイプサイズで一次素子１２０を設置することを可能にする。

この実施形態では、延長パイプニップルセクション３１０の上部又は第２のねじ付き終端３１４は、ユニオン要素３１５内にねじ込まれる。ユニオン要素３１５は、首３０４に溶接されたリテーナリング３４０によって、フェルール３２０及びねじ付きキャップ３２５と共に、ＡＰＴ一次素子の首３０４上に捕捉される。ユニオン３１５は、リテーナリング３４０のための隙間のない内表面上に狭いテーパ３１７を有する。これにより、フェルールシールが失敗したとしても、ＡＰＴ一次素子１２０が確実に取付から放出されないか、又はこのような出来事の可能性が低減される。ユニオン３１５の上部は、ねじ付きキャップ３２５が締められるとき、フェルールの圧縮継手としての役割を果たす。設置の間に、ＡＰＴ一次素子１２０は、パイプ１０８の対向側と接触するまで、延長ニップルセクション３１０及び溶接結合３０５を通って挿入される。ユニオン要素３１５は延長ニップルセクション３１０のねじ付き終端３１４上へねじ込まれ、フェルール３２０は、キャップ３２５がユニオン要素３１５上へねじ込まれるまで、移行部を下滑する。キャップの締め付けは、フェルールシールを作り出すユニオン要素内でフェルールを圧縮する。延長首及び取付ハードウェアと連動した、このシール機構によって、ＡＰＴ一次素子を幅広い線又はパイプサイズで設置することが可能となる。例えば、例示的な実施形態では、単一の一次素子１２０が、図４及び図５に示されるように、直径４〜８インチ間の線又はパイプ１０８で使用され得る。図５の側面図に明確に示されるように、ＡＰＴ一次素子１２０のスロット１２１は、大きい直径のパイプと比較して、小さい直径のパイプ１０８の直径の大きな割合にわたる。したがって、開示されるＡＰＴ一次素子は、大きい直径のパイプに設置されるときは流れプロフィルの一部分だけの平均をとるが、小さい直径のパイプでは流れプロフィルの比較的大部分又はすべての平均をとる。開示される実施形態のＡＰＴ一次素子及び取付アセンブリは、幅広いパイプサイズでうまく機能することが見出された。

フェルール３２０を有する延長フェルール取付アセンブリ１１２がいくつかの例示的な実施形態においてＡＰＴ一次素子をシール及び保持するために使用されるが、他のタイプの取付アセンブリが、再利用性、コスト要因などの必要性に応じて、他の実施形態において、開示される概念によって使用され得る。例えば、ユニットが、流れ、パイプサイズなどを決定するためにいくつかの設置において使用され得るように、他の構成が、再利用性を容易にする可変線又はパイプサイズＡＰＴ一次素子概念を実施するように使用され得る。

開示される実施形態が機能する方法を理解するために、標準的なＡＰＴ一次素子機能の評価が提供される。既知のＡＰＴ一次素子の１つ、Emerson Process Managementから入手可能なmodel 485 Annubar（登録商標）ＡＰＴは、一次素子で２つの異なる圧力を検知する２つのチャンバを含む。
１．上流、又はセンサ円筒の前の流体速度圧。
２．下流、又はセンサ円筒の後の円筒基圧。

ＡＰＴ一次素子測定信号は、これらの２つの圧力間の差であり、これらの２つの圧力が発生する方法の任意の変化の影響を受ける。上流圧力に対して、センサの速度プロフィルは、一次変数である。高圧係数は、円筒の前の速度圧と平均パイプ速度圧との比の影響を受ける。速度プロフィルが既知である場合、この信号要素の値は決定され得る。

下流圧力要素として、円筒基圧が測定される。円筒による流体速度流の分離が、円筒の後に伴又は滞留エリアを生成しながら、層として円筒から発する交番渦を生成するので、パイプ速度プロフィルは、低圧係数にそれほど直接的な影響を及ぼさない。この滞留エリアのため、円筒の後の圧力は、全長にわたって同じ傾向にある。また、開示される一次素子は、パイプ径全体にわたって一貫した円筒形状を提供するので、発生する渦は一貫し、そのため、基圧もまた一貫したままである。

流量計のために、流量係数は、ベルヌーイエネルギー方程式に対する流量計設計の関係を定め、更に流量計の作動特性を定める。比較のため、Annubar（登録商標）流量センサのための流量係数は、以下のように定められる。

式中、
Ｋは流量係数であり、
αは流体運動エネルギー係数で、乱流体流に対してほとんど定数１．０５であり、
Ｃ_ｐｈは、高圧係数、すなわち平均速度圧に対する前方センサ圧の比であり、
Ｃ_ｐｌは、低圧係数、すなわち平均速度圧に対する後方又は基圧の比である。

圧力係数は、発生する圧力と円筒を越える流れを関連づけ、流量計としての使用の前にデバイスの深い理解を提供する。ＡＰＴ一次素子の良好な性能の鍵は、安定し、繰り返し可能で、かつ予測可能な流量係数である。最初の２つの特性、安定性及び繰り返し可能性は、正確で信頼性の高い性能を確実にする。これは、単に、発生した圧力へのセンサ円筒形状の寄与の性質を理解し、対象の流速範囲を越えて線形の圧力係数を有する設計を提供することによって、確保される。最後の特性、流量係数の予測可能性、は、テストデータが収集された用途とは幾何学的に異なる用途に製造者が技法を適用することを可能にする。

一次素子流量係数の安定性及び繰り返し可能性は、一次素子の形状に関連する。例示的な実施形態では、開示されるＡＰＴ一次素子１２０は、Annubar（登録商標）一次素子と同じ圧延形状を使用しており、したがって、流れテストが広いレイノルズ数の範囲にわたって安定した結果を提供したことは意外ではない。流れテストにおいて、得られたテストデータは、良好な平均化ピトー管測定において予想されるレイノルズ数非依存性を明確に示した。更に、流量係数一貫性は、類似した線サイズでの繰り返しテストにわたって見出され、開示されるＡＰＴ一次素子の繰り返し可能性を実証した。

流量係数は、すべての一次素子に対して経験的に決定される。平均化ピトー管は、一般的に、すべての考えられる線サイズにおいてテストされるわけではない。代わりに、関係が、流量係数とパイプのエリアに対するパイプ内にある平均化ピトー管のエリアの比率との間で識別される。このようにして、技法は、一次素子がテストされた直径とは異なる直径を有したパイプに適用され得る。この関係は、Ｋ対遮断と一般的に呼ばれ、幅広い直径のパイプ内に設置された一次素子から収集されたデータに方程式を当てはめた曲線によって確立される。例示的なAnnubar（登録商標）一次素子に対して流量係数を決定するために使用されるＫ対遮断関係に対する開示されるＡＰＴ一次素子テストの分析は、一次素子のスロット（単数又は複数）がパイプ全体にわたる際に、４インチパイプでの誤差はゼロに近いことを実証する。誤差はまた、スロット（単数又は複数）がパイプ全体にわたらない６インチ及び８インチパイプサイズに対しては比較的小さい。

Ｋ対遮断関係の分析は、収集されたデータが線形曲線当てはめの１％以内に納まったことを示し、テストの範囲外のパイプ内径（ＩＤ）における流量係数予測可能性を強く指示する。

典型的な発現又は対称パイプ速度プロフィルに対して、流速の良好な推定値を得るための速度のサンプル抽出は、プロフィル全体を測定することを必要としない。任意の点での速度をもたらす方程式の形式でモデル化されたパイプにおける速度勾配を再現するために流体研究者によってなされた初期の研究を利用することによって分析的に推定値を決定することが可能である。１つの認められた正確な速度モデルは、ＰＡＩ速度方程式である。

式中、

Ｖｐは点速度であり、
Ｖｍａｘは最大速度であり、
ｆはパイプ摩擦係数であり、
Ｒｅ_Ｄはパイプレイノルズ数であり、
ｒは点速度での半径であり、
ｒ_ｐはパイプ半径である。

この方程式は、Annubar（登録商標）センサの上流又は速度圧要素に対する影響を決定するために使用され得る。ＰＡＩ方程式によって算出される速度プロフィルの分析は、４インチ、６インチ、及び８インチの、３つの公称パイプサイズにおける２〜３０フィート／秒の平均水速度の範囲に対して実行された。分析は、発現速度プロフィルに対して、開示される可変線サイズＡＰＴ一次素子速度サンプル抽出方法が著しく良好な結果を提供することを示した。１つにはパイプの直径の範囲で使用するために選択された穴及び／又はスロットパターンにより、開示される可変線サイズＡＰＴ一次素子の適用は、いくつかの実施形態では、測定場所における流れ場が発現する設置箇所又は渦巻及び非対称要素が測定信号に悪影響を与えない発現した流れに十分に近い設置箇所に限定され得る。

例示的な実施形態に従って、プロセスパイプ内に延びるＡＰＴ一次素子の長さが異なるサイズのプロセスパイプ径に適応するように調節可能であるような、ＡＰＴ一次素子１２０をプロセスパイプ１０８に取り付ける取付アセンブリ１１２が開示される。ＡＰＴ一次素子は、首セクション３０４及びセンサセクション３０３を有する。例えば、首セクション３０４は円筒又は丸形状の首セクションであり、センサセクションはＴ字型のセンサセクションであり得る。取付溶接結合３０５は、プロセスパイプの開口３３０上でプロセスパイプに結合され、通過してプロセスパイプ内に延びるＡＰＴ一次素子を有する。延長パイプニップル３１０は、第１及び第２の終端上にねじ山を有し、ＡＰＴ一次素子は、ＡＰＴ一次素子の首セクションとセンサセクションとの間の移行部３０２が延長パイプニップルの内側に位置付けられるように延長パイプニップルを通過して延びる。延長パイプニップルの第１の終端３０７は、取付溶接結合３０５内にねじ込まれる。

ユニオン要素３１５は、第１及び第２の終端を有し、通過して延びるＡＰＴ一次素子の首セクションを有する。延長パイプニップルの第２の終端は、ユニオン要素の第１の終端内にねじ込まれる。フェルール３２０は、ＡＰＴ一次素子の首セクションを取り囲む。キャップ３２５は、ユニオン要素内でフェルールを圧縮してＡＰＴ一次素子の首セクションのまわりでフェルールプロセスシールを生成するために、ユニオン要素の第２の終端上へねじ込まれる。

いくつかの実施形態では、ＡＰＴ一次素子の首セクション３０４とセンサセクション３０３との間の移行部３０２が、異なる直径を有した異なるサイズのプロセスパイプの範囲内にＡＰＴ一次のセンサセクションを挿入することを可能にするＡＰＴ一次素子位置の範囲にわたり延長パイプニップル内に、したがってプロセスシール内に、位置付けられるような長さを延長パイプニップルは有する。

いくつかの実施形態では、取付アセンブリは、ＡＰＴ一次素子の首セクションに固定結合されたリテーナリング３４０を更に含む。いくつかの実施形態では、ユニオン要素は、ＡＰＴ一次素子がフェルールプロセスシールの失敗の場合に放出されないように、リテーナリングが通過するための隙間を欠いたテーパ状の内表面を含む。

いくつかの実施形態では、取付溶接結合３０５は、プロセスパイプの開口上でプロセスパイプに溶接される。

いくつかの実施形態では、プロセス変数トランスミッタと、プロセス変数トランスミッタ内の圧力センサと、首セクション、センサセクション、及び首セクションとセンサセクションとの間の移行部を有したＡＰＴ一次素子とを含んだ、プロセスパイプにおけるプロセス流体の流速を指示するプロセス変数を測定するプロセス変数監視システムが開示される。圧力センサがプロセスパイプにおけるプロセス流体の流速を指示する出力圧力測定値を提供するように、ＡＰＴ一次素子は、プロセスパイプ内に延び、プロセス流体のプロセス圧力を圧力センサに結合させる。説明される取付アセンブリは、プロセスパイプ上にＡＰＴ一次素子を取り付ける。

いくつかの例示的な実施形態では、トランスミッタの測定電気回路及び制御装置のうちの少なくとも１つが異なる直径のプロセスパイプに対する流量係数によって構成可能であるように、プロセス変数トランスミッタの記憶メモリデバイスは、流量係数対遮断関係データを記憶するように構成される。

本発明が好ましい実施形態を参照にして説明されたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく形態及び詳細において変更がなされてもよいことを当業者は認識するであろう。例えば、いくつかの例示的な実施形態では、ＡＰＴ一次素子の穴及び／又はスロットパターンは、ＡＰＴ一次素子及び取付アセンブリが使用される最も小さい直径のパイプに基づいて確立され得る。この穴及び／又はスロットパターンは、次いで、大きい直径のパイプで同様に使用され得る。いくつかの例示的な実施形態では、ＡＰＴ一次素子が使用される最も小さい直径のパイプの直径よりはむしろ、ＡＰＴ一次素子の遠終端よりも小さいか、又は遠終端上の距離よりも短く延びる、ＡＰＴ一次素子の任意の穴及び／又はスロットパターンが確立され得る。例えば、適用可能な最も小さいパイプを横切る向きの２／３だけ延びるＡＰＴ一次素子上の穴及び／又はスロットパターンが、確立され、次いで、大きいパイプサイズの範囲で同様に使用され得る。

Claims (20)

1. 異なるサイズの幅広いプロセスパイプにおいてプロセス流体の流速を指示するプロセス変数を測定するプロセス変数監視システムであって、
   プロセス変数トランスミッタと、
   プロセス変数トランスミッタ内の圧力センサと、
   １つ以上のスロットを含む遠端領域を有する平均化ピトー管（ＡＰＴ）一次素子であり、圧力センサがプロセスパイプ内のプロセス流体の流速を指示する圧力測定値を出力として提供するようにプロセス流体のプロセス圧力を圧力センサに結合させるためのプロセスパイプ内に延長可能なＡＰＴ一次素子であって、大きい直径のプロセスパイプに対して、１つ以上のスロットが、小さい直径のパイプに対してよりも小さな割合のパイプ直径にわたるように、１つ以上のスロットを含む遠端領域がサイズ決めされる、一次素子と、
   ＡＰＴ一次素子をプロセスパイプに取り付けるように、かつプロセスパイプ内に延びるＡＰＴ一次素子の長さが異なるサイズのプロセスパイプに対して調節可能であるようプロセスシールを提供するように構成された取付アセンブリと、
   を含む、システム。
2. ＡＰＴ一次素子が、首セクションと、センサセクションと、首セクションとセンサセクションとの間の移行部とを含み、首セクションとセンサセクションとの間の移行部が、取付アセンブリ内に調節可能に位置付けられる、請求項１に記載のプロセス変数監視システム。
3. 取付アセンブリが、首セクションとセンサセクションとの間の移行部が調節可能に位置付けられる延長パイプを更に含む、請求項２に記載のプロセス変数監視システム。
4. 取付アセンブリが、
   プロセスパイプの開口上においてプロセスパイプに溶接されて、通過してプロセスパイプ内に延びるＡＰＴ一次素子、第１及び第２の終端上にねじ山を有する延長パイプを有した取付溶接結合であり、延長パイプの第１の終端が取付溶接結合内にねじ込まれ、ＡＰＴ一次素子が通過して延びる、取付溶接結合と、
   第１及び第２の終端を有し、通過して延びるＡＰＴ一次素子の首セクションを有したユニオン要素であり、延長パイプの第２の終端が、ユニオン要素の第１の終端内にねじ込まれる、ユニオン要素と、
   ＡＰＴ一次素子の首セクションを取り囲むフェルールと、
   を更に含む、請求項３に記載のプロセス変数監視システム。
5. 取付アセンブリが、ユニオン要素内でフェルールを圧縮してＡＰＴ一次素子の首セクションのまわりでフェルールプロセスシールを生成するためにユニオン要素の第２の終端上へねじ込まれるキャップを更に含む、請求項４に記載のプロセス変数監視システム。
6. プロセスパイプ内に延びるＡＰＴ一次素子の長さが異なるサイズのプロセスパイプ径に適応するよう調節可能であるように平均化ピトー管（ＡＰＴ）一次素子をプロセスパイプに取り付ける取付アセンブリであり、ＡＰＴ一次素子が、首セクションとセンサセクションとを有する取付アセンブリであって、
   プロセスパイプの開口上においてプロセスパイプに結合されて、通過してプロセスパイプ内に延びるＡＰＴ一次素子を有した取付溶接結合と、
   第１及び第２の終端上のねじ山と、ＡＰＴ一次素子の首セクションとセンサセクションとの間の移行部が延長パイプニップルの内側に位置付けられるように通過して延びるＡＰＴ一次素子とを有した延長パイプニップルであり、延長パイプニップルの第１の終端が取付溶接結合内にねじ込まれる、延長パイプニップルと、
   第１及び第２の終端を有し、通過して延びるＡＰＴ一次素子の首セクションを有したユニオン要素であり、延長パイプニップルの第２の終端が、ユニオン要素の第１の終端内にねじ込まれる、ユニオン要素と、
   ＡＰＴ一次素子の首セクションを取り囲むフェルールと、
   ユニオン要素内でフェルールを圧縮してＡＰＴ一次素子の首セクションのまわりでフェルールプロセスシールを生成するためにユニオンの第２の終端上へねじ込まれるキャップと、
   を含む、取付アセンブリ。
7. 延長パイプニップルが、ＡＰＴ一次素子の首セクションとセンサセクションとの間の移行部が異なる直径を有した異なるサイズのプロセスパイプの範囲内にＡＰＴ一次素子のセンサセクションを挿入することを可能にするＡＰＴ一次素子位置の範囲にわたり延長パイプニップル内に、したがってプロセスシール内に、位置付けられるような長さを有する、請求項６に記載の取付アセンブリ。
8. ＡＰＴ一次素子の首セクションに固定結合されたリテーナリングを更に含む、請求項６に記載の取付アセンブリ。
9. リテーナリングが、ＡＰＴ一次素子の首セクションに溶接される、請求項８に記載の取付アセンブリ。
10. ユニオン要素が、ＡＰＴ一次素子がフェルールプロセスシールの失敗の場合に放出されないように、リテーナリングが通過するための隙間を欠いたテーパ状の内表面を含む、請求項８に記載の取付アセンブリ。
11. 取付溶接結合が、プロセスパイプの開口上でプロセスパイプに溶接される、請求項６に記載の取付アセンブリ。
12. プロセスパイプ内のプロセス流体の流速を指示するプロセス変数を測定するプロセス変数監視システムであって、
    プロセス変数トランスミッタと、
    プロセス変数トランスミッタ内の圧力センサと、
    首セクションと、センサセクションと、首セクションとセンサセクションとの間の移行部とを有する平均化ピトー管（ＡＰＴ）一次素子であり、プロセスパイプ内に延長して、圧力センサがプロセスパイプ内のプロセス流体の流速を指示する圧力測定値を出力として提供するようにプロセス流体のプロセス圧力を圧力センサに結合させるＡＰＴ一次素子であって、センサセクションの遠端領域が、１つ以上のスロットを含み、大きい直径のプロセスパイプに対して１つ以上のスロットが小さい直径のパイプに対してよりも小さな割合のパイプ直径にわたるようにサイズ決めされる、一次素子と、
    プロセスパイプの開口上においてプロセスパイプに溶接されて、通過してプロセスパイプ内に延びるＡＰＴ一次素子を有した取付溶接結合と、
    第１及び第２の終端上のねじ山と、ＡＰＴ一次素子の首セクションとセンサセクションとの間の移行部が延長パイプニップルの内側に位置付けられるように通過して延びるＡＰＴ一次素子とを有した延長パイプニップルであり、延長パイプニップルの第１の終端が取付溶接結合内にねじ込まれる、延長パイプニップルと、
    第１及び第２の終端を有し、通過して延びるＡＰＴ一次素子の首セクションを有したユニオン要素であり、延長パイプニップルの第２の終端が、ユニオン要素の第１の終端内にねじ込まれる、ユニオン要素と、
    ＡＰＴ一次素子の首セクションを取り囲むフェルールと、
    ユニオン内でフェルールを圧縮してＡＰＴ一次素子の首セクションのまわりでフェルールプロセスシールを生成するためにユニオンの第２の終端上へねじ込まれるキャップと、
    を含む、システム。
13. 延長パイプニップルが、ＡＰＴ一次素子の首セクションとセンサセクションとの間の移行部が異なる直径を有した異なるサイズのプロセスパイプの範囲内にＡＰＴ一次のセンサセクションを挿入することを可能にするＡＰＴ一次素子位置の範囲にわたり延長パイプニップル内に、したがってプロセスシール内に、位置付けられるような長さを有する、請求項１２に記載のシステム。
14. ＡＰＴ一次素子の首セクションに溶接されたリテーナリングを更に含む、請求項１３に記載のシステム。
15. ユニオン要素が、ＡＰＴ一次素子がフェルールプロセスシールの失敗の場合に放出されないように、リテーナリングが通過するための隙間を欠いたテーパ状の内表面を含む、請求項１４に記載のシステム。
16. プロセス変数トランスミッタ内に、プロセス制御ループに結合しプロセス制御ループで通信するように構成された通信電気回路を更に含む、請求項１３に記載のシステム。
17. 通信電気回路が無線で通信するように構成される、請求項１６に記載のシステム。
18. 圧力センサに結合されて、センサ出力を提供するように構成された測定電気回路を更に含む、請求項１６に記載のシステム。
19. 測定電気回路及び通信電気回路に結合された制御装置を更に含む、請求項１８に記載のシステム。
20. 測定電気回路及び制御装置のうちの少なくとも１つが異なる直径のプロセスパイプに対する流量係数によって構成可能であるように流量係数対遮断関係データを記憶するように構成された記憶メモリデバイスを更に含む、請求項１９に記載のシステム。

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