具有改進的聯接器的過程流體壓力測量系統的製作方法

2023-06-09 09:11:36 2

具有改進的聯接器的過程流體壓力測量系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種過程壓力測量系統。該系統包括被配置為連接到過程並具有遠程密封隔膜的遠程密封組件，遠程密封隔膜具有適於接觸過程流體的第一側面和適於接觸基本上不可壓縮的填充流體的第二側面。第一毛細管被連接到遠程密封件並填充有基本上不可壓縮的填充流體。第一聯接器連接到第一毛細管。過程流體壓力變送器具有可操作地連接到壓力入口的壓力傳感器。第二毛細管連接到過程流體壓力變送器。第二毛細管填充有基本上不可壓縮的填充流體。第二聯接器連接到第二毛細管並連接到第一聯接器，以提供從遠程密封隔膜到過程流體壓力變送器的壓力入口的流體連通。第一和第二聯接器中的至少一個的尺寸形成為穿過過程安全殼屏蔽裝置中的貫穿孔。提供一種連接用於過程壓力測量的兩個封閉流體系統的方法。還提供一種遠程過程密封組件。
【專利說明】具有改進的聯接器的過程流體壓力測量系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及工業過程中的過程流體的監控，並且更具體地，涉及過程流體壓力測
量系統。
【背景技術】
[0002]壓力變送器用於遠程監控過程流體的壓力。遠程密封件或遠程隔膜組件，通常用來將壓力變送器與危險測量環境隔開，或者用於將壓力變送器與不方便地定位的過程流體連接在一起。例如，遠程密封件往往用於腐蝕性或高溫過程流體。在這些情況中，具有隔膜組件和毛細管的遠程密封件可以用來將壓力變送器連接到過程流體，同時壓力變送器定位在安全距離之外。毛細管可以延伸幾十米以連接壓力變送器與過程流體。遠程密封件與過程流體通過薄的彈性隔膜液壓地連通，薄的彈性隔膜用來隔離過程流體與在毛細管中使用的填充流體。當隔膜彎曲時，不可壓縮的填充流體通過毛細管將壓力變化轉到位於壓力變送器中的壓力傳感器的隔膜。壓力變送器隔膜的偏轉通過類似的方法傳遞到設置在變送器內的過程傳感器，過程傳感器產生與過程流體的壓力相關的信號。
[0003]遠程密封液壓系統通常在工廠填充有基本上不可壓縮的流體，具有精確量的填充流體並且然後被密封。系統的性能與填充流體的精確液位相關，並且隨著任何油洩漏或在填充流體中存在空氣而退化。對於苛刻的應用，諸如高溫或高過程真空運行，專門的工廠生產方法用來從填充流體中移除空氣並且永久地密封液壓系統。對於一些不太苛刻的應用，微小量的填充流體損失是可以接受的。
[0004]在美國專利N0.7，258，017中提出遠程過程密封聯接器技術的一個最新發展，其名稱為 Industrial Process Pressure Transmitter with Field Repairable RemoteSeals (具有現場能夠修理的遠程密封件的工業過程壓力變送器)。該專利描述了通過斷開和再連接遠程過程密封件到過程壓力變送器而在現場維修遠程密封件的能力。雖然『017專利的快速連接密封件非常有用，並且在現場提供重要優勢，但事實上，存在這種聯接器可能無法完全滿足所有應用的需求的一些情況。例如，遠程密封件通常通過屏蔽裝置(barrier)或安全殼(containment)結構與過程流體壓力變送器分開,如在核過程測量和控制的背景中。這些應用可能提出用於貫穿通過安全殼結構的貫穿孔的最大尺寸以確保過程被限制。安全殼結構內的窄的貫穿孔可能限制運送遠程密封件到安裝位置的能力。例如，一個特定的安全殼應用允許貫穿孔的直徑不大於19毫米，這基本上禁止通過貫穿孔運送遠程密封組件。

【發明內容】

[0005]提供一種過程壓力測量系統。該系統包括遠程密封組件，遠程密封組件被配置為連接到過程並且具有遠程密封隔膜，遠程密封隔膜具有適於接觸過程流體的第一側面和適於接觸基本上不可壓縮的填充流體的第二側面。第一毛細管被連接到遠程密封件並且填充有所述基本上不可壓縮的填充流體。第一聯接器連接到第一毛細管。過程流體壓力變送器具有可操作地連接到壓力入口的壓力傳感器。第二毛細管連接到過程流體壓力變送器。第二毛細管填充有所述基本上不可壓縮的填充流體。第二聯接器連接到第二毛細管並且連接到第一聯接器，以提供從遠程密封隔膜到過程流體壓力變送器的壓力入口的流體連通。第一聯接器和第二聯接器中的至少一個的尺寸形成為穿過在過程安全殼屏蔽裝置中的貫穿孔。提供一種連接用於過程壓力測量的兩個封閉流體系統的方法。還提供一種遠程過程密封組件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是根據本發明實施例的過程控制系統的示意視圖。
[0007]圖2是根據本發明實施例中的毛細管連接系統的示意視圖。
[0008]圖3是根據本發明實施例的過程壓力連接系統的示意性剖視圖。
[0009]圖4A-4D是說明根據本發明實施例的連接在一起的一對連接器的各個階段的示意性剖視圖。
【具體實施方式】
[0010]圖1顯示根據本發明實施例的過程控制系統10，其中具有聯接器38B的毛細管16穿過小於聯接器38B的孔42。系統10包括遠程密封件12、壓力變送器14、毛細管16、容器
18、過程流體20和過程控制電路22。壓力變送器14包括變送器殼體28，殼體28容納傳感器隔膜30、壓力傳感器32、變送器電路34和過程隔膜35。遠程密封件12傳送過程流體20的壓力到過程變送器14，由此傳感器32和變送器電路34產生壓力讀數，壓力讀數通過控制迴路36傳送到過程控制電路。聯接器38A和38B將遠程密封件12、壓力變送器14和毛細管16彼此連接，使得可以容易地並且流體損失可以忽略不計地連接它們。
[0011]遠程密封件12通過隔膜26與容納在容器18中的過程流體20流體連通，並且通過毛細管16和通道17與壓力變送器14流體連通，毛細管16和通道17中裝滿填充流體。填充流體是基本上不可壓縮的液壓流體，用於將由過程流體20施加到隔膜26的流體壓力傳遞至壓力變送器14。通常情況下，液壓流體包括矽油、甘油和水、丙二醇和水，或基本上不可壓縮的任何其它流體，而且可以包含有其他添加劑。因此，壓力變送器14檢測由過程流體20通過液壓填充流體施加到隔膜26的流體壓力。過程流體20可以是，例如，腐蝕性的或極熱的過程流體，使得壓力變送器14不能夠接觸過程流體20或不能接近過程流體20工作。因此，遠程密封件12和毛細管16被用於延伸壓力變送器14的範圍。遠程密封件12通常使用法蘭螺栓連接到容器18。
[0012]過程流體20的壓力變化通過毛細管16的填充流體液壓地傳送到過程隔膜35。這種壓力然後通過定位在過程隔膜35和傳感器隔膜30之間的第二填充流體傳送到壓力傳感器32。傳感器隔膜30響應於過程流體20的壓力變化的偏轉被用來使用傳感器32確定在容器18中的過程流體20的壓力。傳感器32可以是，例如，基於電容的壓力傳感器，其中壓力傳感器32的電容作為過程流體20的壓力的函數變化，或者傳感器32可以以其他已知的傳感原理操作，如壓阻應變儀技術。壓力傳感器32基於傳感器隔膜30的偏轉產生壓力信號，該壓力信號指示過程流體20的壓力。變送器殼體28內的變送器電路34產生是由傳感器32檢測的壓力的函數的輸出信號，並且在控制迴路36之上將壓力信號傳送到過程控制電路22，以使過程流體20的檢測壓力可以被遠程地監控。過程控制迴路36可以是4-20mA控制迴路、有線數字連通網絡、根據IEC 62591的諸如無線HART網絡之類的無線網絡、或任何其他合適的通信系統。在其它實施例中，過程變送器14可以包括本地壓力指示器，如液晶顯不器。
[0013]如圖1所示，系統10能夠容納在附圖標記40中示意性地圖示的過程屏障裝置或安全殼結構，該過程屏障裝置或安全殼結構允許從中穿過的貫穿孔42，貫穿孔42具有小於遠程密封件12的直徑但是大於聯接器38A和38B中的至少一個的最大直徑。根據本發明的一些實施例，設置了毛細管系統，該毛細管系統具有多段，其中每段是工廠填充的。然而，所述多段可以在運行之前在現場連接在一起。在一些實施例中，每段用隔膜密封，該隔膜在聯接器38A和38B之間的連接形成時被刺穿，從而使兩個工廠填充系統形成一個新的封閉系統。在形成連接以後，來自每段的填充流體變成相同封閉系統的一部分。因此，優選地，兩段包含相同的填充流體。
[0014]本發明的實施例大體上提供高質量的、可重複的連接，同時避免潛在的問題。在連接過程中，潛在的問題通常會發生在進行連接的瞬間。這些問題包括填充流體從毛細血管中的損失或空氣進入填充系統，這以後可能會導致性能和/或可靠性問題。此外，在形成連接以後，該連接需要保持高質量密封。例如，對於核應用，這種聯接器必須忍受包括輻射測試、浸沒測試、飽和蒸汽條件和振動活動的惡劣條件。
[0015]圖2是根據本發明實施例的毛細管連接系統的示意圖。系統50包括聯接器38A及38B，其中每個聯接器38A和38B連接到毛細管16。優選地，每個聯接器38A、38B還連接到對應的過程元件，如遠程密封件或過程壓力變送器。此外，在生產過程中，各個聯接器、毛細管16和過程元件填充有基本上不可壓縮的填充流體並且被密封，使得在系統中不存在空氣。在過程元件安裝在過程處時，聯接器38A和38B在現場連接在一起。如圖2的實施例所示，聯接器38B通常具有比聯接器38A小的直徑，並且因而聯接器38B —般地被選擇以穿過過程屏蔽裝置或安全殼壁。優選地，聯接器38B具有外螺紋52，外螺紋52的尺寸形成為並且被配置為接合聯接器38A的內螺紋54。此外，聯接器38B包括表面56，表面56包括一個或多個扳手平面(wrench flat)，扳手平面被配置為接收扳手，以給予足夠扭矩到聯接器38B以將聯接器密封在一起。本領域技術人員將理解，本發明實施例可以多種不同尺寸的聯接器用於預填充系統，並且然後在過程屏蔽裝置的位置處被組裝。因此，只要兩個聯接器中的一個的尺寸形成為穿過過程屏蔽裝置，對另一個聯接器的尺寸沒有任何物理限制。這提供靈活性並且可以為最終用戶提供更容易的產品選擇。
[0016]圖3是根據本發明實施例的系統50的示意性剖視圖。每個聯接器38A和38B優選地分別包括隔膜60、62，隔膜60、62被配置為在兩個聯接器連接在一起時被刺穿，或者以其它方式被刺穿。每個隔膜60，62優選地在焊點(weld)64、66處分別地被焊接到其對應的聯接器。焊接隔膜的利用提供高品質、堅固密封件，一旦被刺穿，其將不會再次形成。這考慮封閉流體系統分段的製造。此外，製成的封閉系統可以被控制，從而沒有空氣或其它不期望的氣體存在於流體中。每個隔膜60、62優選地由0.001英寸厚的金屬(如不鏽鋼)製成。如圖3所示，聯接器38A和38B中的至少一個包括被配置為在兩個聯接器在一起時刺穿隔膜的結構68。在圖3所示的實施例中，結構68是與隔膜62稍微間隔遠離的尖點形式。
[0017]每個聯接器因而與其對應的系統過程元件，如遠程密封件12或現場設備14，一起形成封閉流體系統。具體來說，聯接器38A形成封閉流體系統，該封閉流體系統具有從接近隔膜62的位置70延伸通過毛細管16到達遠程密封件12的填充流體。同樣地，填充流體還存在於隔膜62附近，延伸通過毛細管16到達壓力變送器14。
[0018]聯接器38A和38B中的至少一個優選地包括用於在兩個聯接器連接在一起時抑制或以其它方式防止空氣或其它氣體的引入的部件。如在圖3的實施例中圖示，徑向彈性O形圈72設置在表面76中的槽74內。此外，聯接器38B還包括被配置為支持永久密封的O形圈，如圍繞過程表面76設置的金屬O形圈78。當兩個聯接器完全地連接在一起時，金屬O形圈78支承在聯接器38A的表面80上。
[0019]現在關於顯示被連接在一起的聯接器的各個階段的圖4A-4D描述聯接器38A和38B的操作。
[0020]圖4A是說明聯接器38A和38B開始連接在一起的示意性剖視圖。具體來說，表面76在內表面77內滑動，並且隔膜62尚未接觸隔膜60。
[0021]圖4B是根據本發明實施例的進一步接合的聯接器38A和38B的示意性剖視圖。在圖4B中，聯接器38B已經插入到隔膜62現在直接地支承在隔膜60上的程度。此外，如在圖4B中可以看出，O形圈72現在已經與聯接器38A的內表面77接觸。通過確保O形圈72在隔膜60、62被刺穿之前接觸表面77，聯接器38A、38B的實際結構確保將最小化填充流體洩漏。此外，將空氣或其它不期望氣體引入基本上不可壓縮的填充流體的可能性被最小化或至少降低。
[0022]圖4C是根據本發明實施例的進一步接合的聯接器38A和38B的示意性剖視圖。如圖4C所示，聯接器38B已經被接合到外螺紋52現在開始與內螺紋54接合的程度。此外，已經通過刺穿結構68或以其他方式刺穿隔膜62、64。雖然隔膜已經被刺穿，但任何填充流體洩漏被最小化，因為O形圈72現在完全地接合表面78，從而形成流體密封。
[0023]圖4D是根據本發明實施例的進一步接合的聯接器38A和38B的示意剖視圖。具體來說，聯接器38B現在與聯接器38A接合到金屬O形圈78接觸表面80的程度。在最後組裝時，金屬O形圈78被擠壓在聯接器38B和聯接器38A的表面之間，從而形成永久流體密封。一旦兩個聯接器連接在一起，如通過圖4A-4D所示，產生單個封閉系統，其中非常少的(如果有的話)空氣或不期望的氣體進入系統。
[0024]本發明的實施例大體上提供特徵，其中可以使用隔膜密封每個過程段，隔膜在連接形成在兩段之間時被刺穿，從而使兩個被填充系統一起形成一個新的封閉系統。在連接形成以後，來自每段的填充流體變成相同封閉系統的一部分。本發明的實施例基本上減少在連接過程中將會出現問題的機會。具體來說，由本發明的實施例解決的問題包括填充流體從毛細管中的損失，或者空氣或到其他不期望的氣體引入填充系統，這以後可能造成性能和可靠性問題。此外，在形成連接以後，本發明實施例保持高品質密封，對於核應用，該高品質密封能夠忍受包括輻射測試、淹沒測試、飽和蒸汽條件和振動活動的惡劣條件。此外，由於O形圈72在隔膜被切斷之前接合，因此可以防止油損失，並且可以將遠程密封件的油填充恆量值的任何變化最小化到很小的值。如在此所使用，「油填充恆量」意指遠程密封隔膜表示的遠程密封系統內的油填充的量的位置。如果在此所述的聯接機構有效地運作，這個值或者在遠程密封系統內的油量的變化將是可以忽略不計的。此外，徑向O型環72允許封閉系統，同時允許組件一起滑動以同時刺穿隔膜。隔膜優選地由尖銳配合部件切斷，尖銳配合部件被機械加工到至少一個段中並且優選地被機械加工到每一段中。當隔膜被刺穿時，兩個填充系統被帶到一起。隔膜刺穿結構68大致被配置為一貫的高品質的方式刺穿隔膜。穿刺隔膜所需要的作用力的大小可能取決於隔膜厚度、隔膜直徑、前緣的幾何形狀以及最初穿刺的位置。據認為，包含薄的隔膜的結構將確保隔膜被刺穿。填充流體被允許在毛細管組件內運動也可以有利於這個過程。
[0025]本發明實施例通常能夠反覆地穿刺隔膜，而沒有引起隔膜的片段破裂並且進入填充流體系統。在隔膜中所進行的刺穿或切割還必須以毛細管系統內的作為結果產生的任何限制可以忽略不計的方式，以及以最後的毛細管系統的時間響應不受聯接器連接影響的方式進行。此外，因此必須以隔膜不幹擾毛細管系統內的填充流體的流動的方式切割隔膜。
[0026]雖然已經關於優選實施例描述了本發明，本領域技術人員將認識到，在沒有背離發明的精神和範圍的情況下可以在形式和細節上進行改變。
【權利要求】
1.一種遠程過程密封組件，包括: 被配置為連接到過程的遠程密封件，該遠程密封件具有遠程密封隔膜，遠程密封隔膜具有適於接觸過程流體的第一側面和適於接觸基本上不可壓縮的填充流體的第二側面； 連接到遠程密封件的毛細管，毛細管填充有所述基本上不可壓縮的填充流體；和 連接到毛細管的聯接器，聯接器包括能夠在聯接器配合到協作聯接器時破碎的密封件。
2.根據權利要求1所述的遠程過程密封組件，其中聯接器的工廠密封件包括聯接器隔膜。
3.根據權利要求2所述的遠程過程密封組件，其中聯接器隔膜焊接到聯接器。
4.根據權利要求2所述的遠程過程密封組件，其中聯接器包括隔膜刺穿結構，隔膜刺穿結構在聯接器配合到協作聯接器時刺穿隔膜。
5.根據權利要求4所述的遠程過程密封組件，其中隔膜刺穿結構包括靠近聯接器隔膜的尖點。
6.根據權利要求5所述的遠程過程密封組件，其中所述尖點靠近聯接器隔膜的中心定 位。
7.根據權利要求1所述的遠程過程密封組件，其中所述密封件是工廠密封件。
8.一種過程壓力測量系統，包括: 被配置為連接到過程的遠程密封組件，遠程密封件具有遠程密封隔膜，遠程密封隔膜具有適於接觸過程流體的第一側面和適於接觸基本上不可壓縮的填充流體的第二側面；連接到遠程密封件的第一毛細管，第一毛細管填充有所述基本上不可壓縮的填充流體； 連接到第一毛細管的第一聯接器； 過程流體壓力變送器，具有可操作地連接到壓力入口的壓力傳感器； 連接到過程流體壓力變送器的第二毛細管，第二毛細管填充有所述基本上不可壓縮的填充流體； 第二聯接器，連接到第二毛細管並且連接到第一聯接器，以提供從遠程密封隔膜到過程流體壓力變送器的壓力入口的流體連通；並且 其中第一聯接器和第二聯接器中的至少一個的尺寸形成為穿過在過程安全殼屏蔽裝置中的貫穿孔。
9.根據權利要求8所述的過程壓力測量系統，其中第一聯接器和第二聯接器中的另一個的尺寸形成為使得它不能穿過所述貫穿孔。
10.根據權利要求8所述的過程壓力測量系統，還包括設置在第一聯接器和第二聯接器之間的金屬O形圈。
11.一種連接用於過程壓力測量的兩個封閉流體系統的方法，該方法包括下述步驟: 提供第一封閉流體系統，第一封閉流體系統包括能夠連接到過程的遠程密封組件，第一封閉流體系統包括具有第一聯接器隔膜的第一聯接器； 提供第二封閉流體系統，第二封閉流體系統包括過程壓力變送器，過程壓力變送器具有位於其中的壓力傳感器，第二封閉流體系統包括具有第二聯接器隔膜的第二聯接器；使第一聯接器隔膜和第二聯接器隔膜彼此接觸；在封閉空間內刺穿第一聯接器隔膜和第二聯接器隔膜； 與刺穿第一聯接器隔膜和第二聯接器隔膜一起，在第一聯接器和第二聯接器之間形成密封。
12.根據權利要求11所述的方法，其中在第一聯接器隔膜和第二聯接器隔膜被刺穿之前，所述封閉空間在第一聯接器隔膜和第二聯接器隔膜周圍形成。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述封閉空間由第一聯接器和第二聯接器中的一個的外圓柱形表面與第一聯接器和第二聯接器中的另一個的內圓柱形表面合作形成。
14.根據權利要求13所述的方法，進一步包括使用徑向的彈性O形圈將外圓柱形表面和內圓柱形表面密封在一起。
15.根據權利要求11所述的方法，其中在第一聯接器和第二聯接器之間形成密封的步驟包括壓縮第一聯接器和第二聯接器之間的金屬O形圈。
16.根據權利要求11所述的方法，其中刺穿第一聯接器隔膜和第二聯接器隔膜的步驟包括推動第一聯接 器隔膜和第二聯接器隔膜靠在設置在第一聯接器和第二聯接器中的一個中的隔膜刺穿結構上。
17.根據權利要求11所述的方法，其中使第一聯接器隔膜和第二聯接器隔膜彼此接觸的步驟包括使第一聯接器和第二聯接器的中的至少一個穿過過程安全殼屏蔽裝置的貫穿孔。
【文檔編號】G01L9/00GK103454031SQ201210265211
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年7月27日 優先權日:2012年5月30日
【發明者】丹尼爾·A·諾伯格, 內森·L·維亞特爾 申請人:羅斯蒙德公司