устройство и способ для измерения потока массы

Формула изобретения

1. Измерительное устройство (100) для обеспечения телеметрии в реальном режиме относительно потока (106), имеющего множественные составляющие, содержащее расходомер (102) массы, который выполнен с возможностью генерирования первых сигналов, указывающих массовый расход упомянутого потока (106), протекающего через упомянутый расходомер (102), и передачи упомянутых первых сигналов, отличающееся тем, что содержит анализатор (110), через который проходит упомянутый поток, выполненный с возможностью определения процентного содержания составляющих упомянутого потока и генерирования вторых сигналов, представляющих упомянутые процентные содержания составляющих; и контроллер (112), состоящий из схем, сконфигурированных с возможностью приема (Р202) упомянутых первых сигналов и упомянутых вторых сигналов, обработки (Р204) упомянутых первых сигналов и упомянутых вторых сигналов с помощью умножения упомянутого массового расхода потока, упомянутых процентных содержаний составляющих и основанных на массе значений энергии составляющих, соответствующих упомянутым процентным содержаниям составляющих, для получения основанного на массе количества энергии в упомянутом потоке, и генерирования (Р206) выходного сигнала, представляющего упомянутое основанное на массе количество энергии в упомянутом потоке.

2. Измерительное устройство (100) по п.1, в котором упомянутый контроллер (112) содержит схему, сконфигурированную с возможностью умножения массы, определенной из упомянутых первых сигналов, на константу, являющуюся оценкой содержания энергии на единицу массы.

3. Измерительное устройство (100) по п.1, содержащее дроссельную заслонку (118), в рабочем режиме соединенную с упомянутым контроллером (112) с возможностью управления упомянутым истоком (106) на основании упомянутого основанного на массе количества энергии в упомянутом потоке.

4. Измерительное устройство (100) по п.1, в котором упомянутый расходомер (102) массы содержит расходомер массы Кориолиса.

5. Измерительное устройство (100) по п.4, в котором упомянутый контроллер (112) дополнительно содержит схему, сконфигурированную с возможностью приема упомянутых первых сигналов из упомянутого расходомера массы Кориолиса и определения соответствующих показаний плотности из упомянутого потока (106) из упомянутых первых сигналов.

6. Измерительное устройство (100) по п.1, в котором упомянутый расходомер (102) массы содержит плотномер.

7. Измерительное устройство (100) по п.6, в котором упомянутый контроллер (112) включает схему, выполненную с возможностью определения величины, связанной с энтальпией для упомянутого потока (106) на основании информации, полученной из упомянутого плотномера.

8. Измерительное устройство (100) по п.1, в котором упомянутый анализатор (110) содержит хроматограф.

9. Измерительное устройство (100) по п.8, в котором упомянутый контроллер (112) содержит схему, сконфигурированную с возможностью вычисления величины, связанной с энтальпией, на основании информации, полученной из упомянутого хроматографа.

10. Измерительное устройство (100) по п.3, в котором упомянутая дроссельная заслонка (118) выполнена с возможностью управления упомянутым потоком (106) на основании заранее выбранного параметра, причем упомянутый заранее выбранный параметр основан на осуществлении подачи, по существу, постоянного потока энергии для освобождения при сгорании.

11. Измерительное устройство (100) по п.3, в котором упомянутая дроссельная заслонка (118) выполнена с возможностью управления упомянутым потоком (106) на основании заранее выбранного параметра, причем упомянутый заранее выбранный параметр основан на осуществлении подачи энергии со скоростью в пределах предпочтительного рабочего диапазона для устройства сгорания.

12. Измерительное устройство (100) по п.3, в котором упомянутая дроссельная заслонка (118) выполнена с возможностью управления упомянутым потоком (106) на основании заранее выбранного параметра, причем упомянутый заранее выбранный параметр основан на осуществлении обеспечения управляемых во

времени продаж количества энергии в упомянутом потоке.

13. Способ (Р200) для обеспечения телеметрии в реальном времени относительно потока (106), имеющего множественные составляющие, содержащий этапы, при которых осуществляют измерение массового расхода упомянутого потока и обеспечение первых сигналов, представляющих упомянутый массовый расход; отличающийся тем, что анализируют упомянутый поток; определяют процентные содержания составляющих упомянутого потока и генерируют вторые сигналы, представляющие упомянутые процентные содержания составляющих; обрабатывают (Р204) упомянутые первые сигналы и упомянутые вторые сигналы с помощью умножения упомянутого массового расхода потока, упомянутых процентных содержаний составляющих и основанных на массе значений энергии составляющих, соответствующих упомянутым процентным содержаниям составляющих, и получают основанное на массе количество энергии в упомянутом потоке; генерируют (Р206) выходной сигнал, представляющий упомянутое основанное на массе количество энергии в упомянутом потоке.

14. Способ (Р200) по п.13, включающий этап, при котором определяют выходной сигнал, представляющий плотность для упомянутого потока (106).

15. Способ по п.14, дополнительно содержащий связывание представления плотности упомянутого потока с величиной, связанной с энтальпией.

16. Способ по п.13, в котором упомянутый этап анализа упомянутого потока (106) содержит анализ упомянутого потока с использованием хроматографа.

17. Способ по п.16, дополнительно содержащий вычисление величины, связанной с энтальпией, на основании информации, полученной из упомянутого хроматографа.

18. Способ по п.13, включающий этап перекрытия (Р208) дроссельной заслонкой упомянутого потока (106), реагирующей на изменения заранее выбранного параметра для доставки количества энергии в упомянутом потоке.

19. Способ по п.18, в котором упомянутый заранее выбранный параметр основан на осуществлении подачи, по существу, постоянного потока энергии для освобождения при сгорании.

20. Способ по п.18, в котором упомянутый заранее выбранный параметр основан на осуществлении подачи энергии со скоростью в пределах предпочтительного рабочего диапазона для устройства сгорания.

21. Способ по п.18, в котором упомянутый заранее выбранный параметр основан на осуществлении обеспечения управляемых во времени продаж количества энергии в упомянутом потоке (106).

Описание изобретения к патенту

Предшествующий уровень техники

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области устройств измерения потока массы, таким как расходомеры Кориолиса. Более конкретно измерительные приборы используются в сочетании с другими приборами или способами оценки, которые определяют состав жидкости в потоке течения с помощью масс-фракций на основе реального времени, для того, чтобы получить высшую точность измерения.

2. Постановка проблемы

Промышленные процессы, которые потребляют или переносят нефтехимические жидкости и газы, часто используют смесь соединений, например, метан, этан, пропан и бутан в одной смеси. Часто важно знать процентное содержание всей смеси, которая состоит из одного типа соединения. В этом контексте представление соединения в смеси часто обсуждается в понятиях моль-фракции или масс-фракции. Понятие "масс-фракция" означает процентное содержание смеси, назначенное для одного соединения или группы соединений на основании массы. Аналогично понятие "моль-фракция" означает процентное содержание смеси, назначенное для одного соединения или группы соединений на основании моля. Традиционной практикой явилось вычислять моль- или масс-фракции на основании объемных измерений объединенного потока течения, которые преобразуются в массу с использованием различных эмпирических корреляций или измерений плотности. Этот традиционный процесс добавляет неопределенность и погрешность в определение масс-фракций.

Конкретный пример, где желательно установить масс-фракции или моль-фракции из потока течения, существует в нефтехимической перерабатывающей промышленности. Инженеры постоянно проверяют отдачи процесса при крекинге различных подаваемых материалов для того, чтобы преобразовать эти подаваемые материалы в очищенные продукты, например, как в процессе пламенного крекинга производства этилена непосредственно из бензина с помощью горения при 2000°F с использованием смеси нафталина или сырой нефти и газов высокой температуры при поддержке чистого кислорода. В зависимости от сорта сырой нефти и наличия газов температура реакции и выбор времени могут регулироваться для того, чтобы оптимизировать экономическую отдачу конвертора реактора. Вычисления баланса массы, основанные на составных фракциях в потоке течения, часто существенны для этих общих типов вычислений. В этом контексте регулировок точной настойки процесса не только полезно знать процентный состав входящего потока топлива, но также полезно знать процентный состав продуктов реакции. Эти измерения обычно выполняются относительно объемных процентных содержаний, как противоположных процентным содержаниям массы.

Другой конкретный пример, где желательно знать фракционное разложение потока течения, существует при использовании трубопроводов для транспортировки и доставки природного газа и другого топлива. Топливо обычно продается на объемной основе, но величина нагревания может меняться более, чем на пятьдесят процентов на постоянной объемной основе в зависимости от изменения состава топлива со временем.

Еще один пример потребности в анализе масс-фракций существует в случаях, где не измеряются ни масса, ни объем. Например, двигателем внутреннего сгорания или промышленным котлом можно управлять для экстренной цели сжигания топлива для того, чтобы вырабатывать электричество. Двигатель используется для того, чтобы вращать небольшой генератор с этой целью. Котел может использоваться для создания пара, который приводит в действие больший генератор. Несмотря на то что конечной целью является извлекать энергию из этого топлива, производительность энергии в двигатель не измеряется.

По существу невозможно выполнять прямое или непрямое измерение химической имеющейся энергии, которая находится в сырье, на основании анализа рабочего выхода и энергетических потерь системы. Акт сгорания связан с потерей КПД, например, от 40% до 60%, в котором часть химической имеющейся энергии, хранимой в сырье, теряется в энтропию, так как оно не может быть преобразовано в полезную работу. Например, тепло теряется при конвекции и излучательной передаче. Выхлопные газы являются более горячими из-за экзотермического характера горения. Топливо почти никогда не имеет постоянного качества. Эти факторы вносят вклад в то, чтобы предотвратить мониторинг КПД горения в качестве показателя КПД или угрозу механического отказа в механическом устройстве.

Котлы и двигатели могут быть приспособлены для использования различного топлива. Например, котел двойного назначения может быть легко преобразован из использования с газовым сырьем в использование с жидким сырьем. Этот тип переключающего котла имеет приложение в секторе компании общественного сектора, где электрическая компания может желать переключаться между топливом для того, чтобы минимизировать свое потребление топлива или уменьшить уровни регулируемого распределения. Может быть очень трудно переключать котел с нефти на газ, а затем выяснить, сколько должно потребляться газа для того, чтобы заменить нефть, когда сорт и содержание газового топлива неизвестно.

Даже где изменение в сырье не является таким радикальным, как переключение с нефти на газ, сырье само по себе изменяется по качеству и составу со временем. Разжижители, включающие двуокись углерода, азот, воду и сульфид водорода, часто находятся в потоках течения природного газа. Кроме того, относительное процентное соотношение составляющих в природном газе имеет большие изменения с районом добычи дополнительно к изменениям от скважины к скважине в выбранном районе добычи. Таким образом, газ, который добывается из района залива Мексики, может иметь более низкую специфическую тяжесть и энергетическое количество энергии, чем газ, который добывается в Нигерии или Калифорнии. Аналогично сорт сырой нефти изменяется от гудроноподобных веществ до более тонких масел, которые легко текут и имеют светлокоричневый цвет. При транспортировке отдельные потоки течения смешиваются и объединяются, когда вещества транспортируются с помощью трубопроводов или с помощью корабля из районов добычи в районы потребления. Каждый поток течения имеет свой собственный состав и специфическую величину теплоснабжения.

Двигатель или котел работает с различным КПД в зависимости от сорта и качества топлива, которое он сжигает. Даже когда двигатель вращается с постоянной скоростью, изменение составляющих сырья при добавлении разжижителей может создавать меньший крутящий момент, имеющийся от двигателя. Аналогично котел может создавать меньше пара. Устройства сгорания могут претерпевать уменьшение или улучшение КПД, если подача природного газа изменяется на газ, имеющий относительно больше метана. Если бы только количество тепла топлива было известно, было бы возможно изменять условия работы устройства сгорания в соответствии с заранее выбранным параметром, таким как изменение объемной и массовой скорости потока, для того, чтобы обеспечить постоянный источник энергии или работу устройства в пределах предпочтительного диапазона для получения оптимального КПД топлива.

Как сообщалось в работе Снела и др. "Установка ультразвуковых измерителей в основном проекте австралийской измерительной системы" в декабре 1996г., многоканальные ультразвуковые расходомеры (объемные измерители) были установлены в австралийских трубопроводах природного газа для использования в качестве охранных измерителей передачи во всех отводящих каналах из системы передачи в местные распределительные системы. Каждый измеритель был соединен с газовым хроматографом, который анализировал составляющие потока течения. Измерения потока массы преобразовывались в объем, и основанные на объеме энтальные величины вычислялись для потока течения. Ультразвуковые измерители были выбраны для исследования, поскольку они, как сообщалось, имели наименьшую неопределенность при измерении как объемного, так и энергетического количества для скоростей потока при исследовании. Измерители Кориолиса были внесены в список как возможные альтернативы для того, чтобы получать объемные измерения потока с использованием уравнений AGA для того, чтобы преобразовать показания потока массы в объем, но измерители Кориолиса также характеризовались как имеющие самую большую неопределенность при измерениях энергии, т.е. 3,0% относительно 1,0% для ультразвуковых измерителей. Все неопределенности энергии для всех типов измерителей при исследовании присутсвовали как большие, чем неопределенности объема.

Как показано в вышеприведенном обсуждении, основанное на массе измерительное устройство, которое могло бы обеспечить точное определение в реальном времени масс-фракций в потоке течения, облегчило бы вычисления баланса массы при нефтехимической очистке, а также открыло бы новые горизонты в способности хранения и продажи количеств энергии с уменьшенными уровнями.

Решение

Настоящее изобретение преодолевает проблемы, очерченные выше, с помощью предоставления измерительного устройства, которое позволяет чрезвычайно точные прямые измерения относительно масс-фракций потока течения. Эти масс-фракции могут затем быть связаны с вычислениями баланса массы в нефтехимических очистительных установках, а также с количеством тепла или другими связанными с энтальпией величинами, которые имеются из потока течения. Точность повышается с помощью исключения бывшей необходимости преобразования основанных на массе измерений потока в объемные измерения как условия, предшествующего выяснению масс-фракций.

Измерительное устройство используется для того, чтобы обеспечить телеметрию в реальном времени относительно масс-фракций в потоке течения, имеющем множественные составляющие. Расходомер массы Кориолиса или другие основанные на массе измерители потока используются для того, чтобы измерять скорость потока массы в потоке течения, и для того, чтобы обеспечить первые сигналы, представляющие скорость потока массы. Хроматограф, измерение плотности или давления, объединенные с эмпирической корреляцией или другими средствами для анализа содержания потока течения, используются для того, чтобы определить процентные содержания составляющих потока массы, и для того, чтобы обеспечить вторые сигналы, представляющие процентные содержания составляющих.

В предпочтительных осуществлениях центральный процессор, компьютер или контроллер используется для того, чтобы интерпретировать первые сигналы и вторые сигналы, принимаемые из анализирующего средства, для того, чтобы обеспечить выходной сигнал, представляющий величину энергии в потоке течения. Величина энергии получается с помощью умножения скорости потока массы на процентные содержания составляющих на основанные на массе величины энергии составляющих, соответствующих процентным содержаниям составляющих. Этот способ вычисления является выгодным, поскольку он позволяет прямое или основанное на массе вычисление количества энергии в потоке течения, в то же время минимизируя промежуточные корреляции, такие как корреляции, аппроксимирующие неидеальное поведение реальных газов.

Еще в одном предпочтительном осуществлении устройство измерения энергии в рабочем режиме соединяется с дроссельной заслонкой для того, чтобы управлять потоком на основании количества энергии потока течения, на основании заранее выбранного параметра. В соответствии с принципами изобретения, заранее определенный параметр может включать подачу, по существу, постоянной скорости энергии для освобождения при сгорании, доставку энергии со скоростью в пределах предпочтительного рабочего диапазона для устройства сгорания или доставку управляемых во времени продаж объема энергии в потоке течения.

Когда расходомер массы является измерителем Кориолиса, измеритель может также управляться как плотномер, и показания плотности могут использоваться для того, чтобы связать поток течения с эмпирической корреляцией количества энергии, как альтернатива использованию хроматографа для того, чтобы анализировать процентные содержания составляющих.

Эти цели и преимущества изобретения, а также другие особенности изобретения будут понятны специалистам в данной области техники после прочтения следующего описания вместе с чертежами. Одним аспектом изобретения является измерительное устройство для обеспечения телеметрии в реальном времени относительно потока течения, имеющего множественные составляющие, причем измерительное устройство содержит:

расходомер массы, который генерирует первые сигналы, указывающие скорость потока массы упомянутого потока течения, протекающего через упомянутый расходомер, и передает упомянутые первые сигналы;

упомянутое измерительное устройство отличается:

анализатором, через который проходит упомянутый поток, в котором упомянутый анализатор определяет процентные содержания составляющих упомянутого потока течения и генерирует вторые сигналы, представляющие упомянутые процентные содержания составляющих; и

контролером, состоящим из схем, сконфигурированных для того, чтобы:

принимать упомянутые первые сигналы и упомянутые вторые сигналы,

обрабатывать упомянутые первые сигналы и упомянутые вторые сигналы с помощью умножения упомянутой скорости потока массы, упомянутых процентных соотношений составляющих и основанных на массе величин энергии составляющих, соответствующих упомянутым процентным содержаниям составляющих, для того, чтобы генерировать основанное на массе количество энергии упомянутого потока течения, и генерировать выходной сигнал, представляющий упомянутое основанное на массе количество энергии упомянутого потока течения.

Другим аспектом является то, что упомянутый контроллер включает схемы, сконфигурированные для того, чтобы умножать массу, соответствующую упомянутым первым сигналам, на постоянное допустимое количество энергии на единицу массы.

Другим аспектом является дроссельная заслонка, в рабочем режиме соединенная с упомянутым контроллером для того, чтобы управлять упомянутым потоком течения на основании упомянутого основанного на массе количества энергии упомянутого потока течения.

Другим аспектом является то, что упомянутый расходомер массы содержит расходомер массы Кориолиса.

Другим аспектом является то, что упомянутый контроллер дополнительно содержит схемы, сконфигурированные для того, чтобы принимать упомянутые первые сигналы из упомянутого измерителя потока массы Кориолиса и определять соответствующее показание плотности из упомянутого потока течения из упомянутых первых сигналов.

Другим аспектом является то, что упомянутый расходомер массы содержит плотномер.

Другим аспектом является то, что упомянутый контроллер включает схемы, которые определяют величину, связанную с энтальпией, для упомянутого потока течения на основании информации, полученной из упомянутого плотномера.

Другим аспектом является хроматограф, соединенный в упомянутом потоке течения, который передает третьи сигналы в упомянутый контроллер.

Другим аспектом является то, что упомянутый контроллер содержит схемы, сконфигурированные для того, чтобы вычислять величину, связанную с энтальпией, на основании информации, полученой из упомянутого хроматографа.

Другим аспектом является то, что упомянутая дроссельная заслонка управляет упомянутым потоком течения на основании заранее выбранного параметра, причем упомянутый заранее выбранный параметр содержит доставку, по существу, постоянной скорости энергии для освобождения при сгорании.

Другим аспектом является то, что упомянутая дроссельная заслонка управляет упомянутым потоком течения на основании заранее выбранного параметра, причем упомянутый заранее выбранный параметр содержит доставку энергии со скоростью в пределах предпочтительного рабочего диапазона для устройства сгорания.

Другим аспектом является то, что упомянутая дроссельная заслонка управляет упомянутым потоком течения на основании заранее выбранного параметра, причем упомянутый заранее выбранный параметр содержит доставку управляемых во времени продаж количества энергии в упомянутом потоке течения.

Другим аспектом является способ для обеспечения телеметрии в реальном времени относительно потока течения, имеющего множественные составляющие, причем упомянутый способ содержит этапы:

измерения скорости потока массы в упомянутом потоке течения и обеспечения первых сигналов, представляющих упомянутую скорость потока массы;

упомянутый способ отличается этапами:

определения процентных содержаний составляющих упомянутого потока течения и генерирования вторых сигналов, представляющих упомянутые процентные содержания составляющих;

обработки упомянутых первых сигналов и упомянутых вторых сигналов с помощью умножения упомянутой скорости потока массы, упомянутых процентных содержаний составляющих и основанных на массе величин энергии составляющих, соответствующих упомянутым процентным содержаниям составляющих, для того, чтобы генерировать основанное на массе количество энергии упомянутого потока течения; и

генерирования выходного сигнала, представляющего упомянутое основанное на массе количество энергии упомянутого потока течения.

Другим аспектом является определение выходного сигнала, представляющего плотность для упомянутого потока течения.

Другим аспектом является связывание плотности упомянутого потока течения с величиной, связаной с энтальпией, на основании упомянутой представляющей плотности, полученной из плотномера.

Другим аспектом является то, что упомянутый шаг анализа упомянутого потока течения содержит анализ упомянутого потока течения с использованим хроматографа.

Другим аспектом является вычисление величины, связанной с энтальпией, на основании информации, полученной из упомянутого хроматографа.

Другим аспектом является перекрытие дроссельной заслонкой упомянутого потока течения, реагирующей на изменения заранее выбранного параметра для доставки количества энергии в упомянутом потоке течения.

Другим аспектом является то, что упомянутый заранее выбранный параметр содержит доставку, по существу, постоянной скорости энергии для освобождения при сгорании.

Другим аспектом является то, что упомянутый заранее выбранный параметр содержит доставку энергии со скоростью в пределах предпочтительного рабочего диапазона для устройства сгорания.

Другим аспектом является то, что упомянутый заранее выбранный параметр содержит доставку управляемых во времени продаж количества энергии в упомянутом потоке течения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схематическая диаграмма устройства измерения энергии в соответствии с настоящим изобретением; и

Фиг.2 - блок-схема процесса управления, демонстрирующая работу интерпретатора сигнала, который определяет количество энергии, протекающей через устройство измерения энергии, изображенное на фиг. 1.

Подробное описание предпочтительных осуществлений

Устройство измерения энергии

Фиг.1 изображает схематическую диаграмму устройства 100 измерения энергии в соответствии с настоящим изобретением. Расходомер 102 в рабочем режиме соединен с линией 104 потока для измерения скорости потока в потоке 106 течения топлива для конечного использования в устройстве 108 сгорания, например, котле или двигателе. Анализатор 110 потока течения аналогично соединен с линией 104 потока для анализа состава и характера потока 106 течения. Анализатор 110 измеряет собственные свойства потока течения, такие как, плотность или специфическая сила тяжести, или процентные содержания потока течения, которые выделены различным химическим смесям, например, метану, этану, бутану, пропану, пентану, гексану, октану, нонану и декану. Альтернативно анализатор 110 представляет компьютерную память или алгоритм, который оценивает постоянное количество энергии потока течения на основании массы на единицу. Расходомер 102 и анализатор выполняют свои соответственные прямые измерения и посылают сигналы, представляющие эти измерения, в интерпретатор/контроллер 112 по линиям 114 и 116. Интерпретатор/контроллер 112 применяет математический алгоритм, использующий информацию из этих сигналов в качестве входных данных для того, чтобы обеспечить выходной сигнал, представляющий величину энтальпии или величину тепла, которое имеется от сгорания топлива в потоке 106 течения. На основании выходного сигнала интерпретатор/контроллер 112 регулирует дистанционно приводимый в действие вентиль 118 для того, чтобы действовать как дроссельная заслонка при подаче топлива в устройство 108 сгорания на основании заранее выбраного параметра, управляющего работой устройства 108 сгорания. В свою очередь, устройство сгорания создает рабочий выход W и потери EL КПД.

Расходомер 102 может быть любым расходомером массы, предпочтительно включающим расходомер массы Кориолиса. Анализатор может быть газовым хроматографом, плотномером, измерителем проводимости или любым другим устройством для измерения собственных свойств жидкости, которые могут относиться к количеству энергии жидкости. Когда расходомер 102 является расходомером Кориолиса, возможно управлять расходомером как плотномером вибрационной трубки или как капиллярным вискозиметром с помощью обычных способов в соответствии с описаниями изготовителя. Любое из этих собственных свойств может быть скоррелировано в количество энергии топлива на основании массы на единицу. Таким образом, отдельные блоки, изображенные на фиг.1 в качестве расходомера 102 и анализатора 110, могли бы слиться в один расходомер Кориолиса, имеющий различные рабочие режимы. Аналогично интерпретатор/анализатор 112 может состоять из интегрированных ЦП (центрального процессора) и контроллера или ЦП и контроллер могут быть отдельными устройствами.

Способ работы

Фиг.2 изображает схематическую диаграмму процесса, изображающую работу интерпретатора/контроллера 112. Интерпретатор/контроллер 112 принимает первый сигнал из измерителя 102 потока (смотри фиг.1), представляющий объемную или массовую скорость потока 106 течения. Интерпретатор/контроллер 112 принимает второй сигнал из анализатора 104, представляющий собственные свойства составляющих потока 106 течения. В этом обсуждении понятия "первый сигнал" и "второй сигнал" не обязательно передают последовательность событий во времени, скорее эти понятия просто используются для того, чтобы различать сигналы. Сигналы могут передаваться в интерпретатор/контроллер в любом порядке, включая одновременную передачу.

На шаге Р204 интерпретатор/контроллер 112 применяет алгоритм, статистический способ или данные, отображающие способ, для того, чтобы поставить в соответствие величину тепла потоку течения. Величина нагревания является мерой, связанной с энтальпией количества энергии в топливе, которое может быть освобождено при сгорании. Представляющие величины количества энергии включают понятия, которые известны в данной области техники, как величина полного нагревания (мокрого или сухого), величина нагревания нетто, энтальпия сгорания и специфическое тепло. Выходные данные из шага Р204 появляются на шаге Р206, и шаг 208 включает регулирование интерпретатором/контроллером вентиля 118 для того, чтобы управлять работой устройства 108 сгорания в соответствии с заранее выбранным параметром. Подходящие параметры для управления работой устройства 108 сгорания включают помимо других:

1) применение энергии топлива с постоянной скоростью для потребления с постоянной скоростью энергии в устройстве 108 сгорания;

2) применение энергии топлива со скоростью, создающей постоянный рабочий выход W из устройства 108 сгорания, скорректированный для изменений в КПД работы из-за количества энергии топлива; и

3) продажа топлива на основании количества энергии топлива для конечного использования в устройствах сгорания типа устройства, изображенного как устройство 108 сгорания.

Алгоритм количества энергии

Имеется много способов для того, чтобы вычислить или оценить количество энергии в потоке течения. Возможно, самым простым способом является создание обоснованного предположения относительно количества энергии на единицу массы, как подтверждено лабораторными исследованиями или измерениями, выполненными на образцах топлива в потоке течения. Другим способом является получение множественных типов входных данных для использования в обучающем обычном способе отображения данных, таком как, адаптивный фильтр или нейтральная сеть. Эти множественные типы входных данных могли бы включать вязкость, плотность, температуру и давление, все из которых могут быть получены из обычного расходомера Кориолиса вместе с обычными передатчиками, например, передатчиками температуры и давления, которые используются в измерительных устройствах Кориолиса. Еще в одной альтернативе многие различные типы алгоритмов известны из-за их способности соотносить количество энергии с топливом на основании собственных свойств топлива. Например, калориметр может быть использован для того, чтобы сжигать топливо, а количество тепла может быть скоррелировано с плотностью, вязкостью или силой тяжести топлива.

Топливом выбора для многих промышленных применений является природный газ. В этом случае имеется много доступных отличных алгоритмов, которые могут быть использованы для того, чтобы вычислить точную величину нагревания потока течения газа на основании опубликованной информации относительно составляющих газа. Таблица 1 ниже предоставляет примерную опубликованную информацию, по существу, для всех составляющих, которые будут содержать заметное процентное содержание любого природного газа. Важно, что энтальпия сгорания для углеводородов, выраженная как кДж/г, для каждой составляющей потока является почти постоянной величиной, которая изменяется от 7 до 15% количества энергии метана и изменяется на меньшие проценты для пропана и более высоких углеводородов.

Когда измерения скорости потока выполняются на основании массы в единицу времени, простое дело вычислить масс-фракции в потоке течения в соответствии с принципами изобретения. Масс-фракции вычисляются в соответствии с уравнением (1):

где n представляет полное число термодинамически значимых составляющих потока в полном потоке течения, i обозначает свойство для отдельной составляющей потока, Q_C – содержание массы полного потока течения, поставленное в соответствие составляющей потока, содержащей часть общего потока течения, фракцию, X _mi - масс-фракция полного потока течения, поставленная в соответствие составляющей потока, как определенной с помощью хроматографа или другим прибором с этой целью, и Q_m - полная скорость потока массы.

Полное количество энергии может быть вычислено на основании уравнений (1) и (2)

где Q_E - скорость потока полной энергии в энергии в единицу времени, n представляет полное число термодинамически значимых составляющих потока в полном потоке течения, i обозначает свойство для отдельной составляющей потока, Q_C определено выше, и H_fi - энтальпия сгорания для конкретной составляющей, обозначенная как энергия на единицу массы. Следует понимать, что энтальпия H_fi означает энергию, освобожденную при полном сгорании, где продуктами реакции являются газообразная вода и СО₂, но другие виды измерений величины нагревания могут заменить H_fi, включая величину нагревания нетто, полную величину нагревания мокрого и полную величину нагревания сухого или любые другие общеизвестные измерения величины нагревания.

Когда газовый хроматограф или другие устройства для анализа фракций углеводорода в органическом потоке течения являются недоступными, например, когда инструмент ломается или стоит слишком дорого для конкретного применения, количество энергии может быть оценено при предположении средней постояной величины энергии на единицу массы, например, как в колонке кДж/г таблицы 1. Когда поток течения является потоком течения газа, поток течения обычно содержит от 60% до 90% метана, и хорошая средняя величина находится в диапазоне от 52 до 53 кДж/кг. Величина 48 кДж/кг может допускаться для потока течения жидкости. Эти оценки являются обычно точными в пределах от трех до пяти процентов, допуская, что поток течения не загрязнен чрезмерным количеством разжижителей, например двуокисью углерода, водой или сульфидом водорода.

Объемные измерения газа должны относиться к базовому или эталонному давлению и температуре, которые обычно упоминаются в данной области техники как стандартные условия, т.е. 60°F и 14,7 Pa. Следовательно,

где Q_vstd - объемная скорость потока всего потока течения газа, скорректированная для стандартных условий. Н_vstdi - энтальпия сгорания для конкретной составляющей, обозначенная как энергия на единицу объема, при стандартных условиях, X_vi - моль-фракция полного потока течения газа, поставленная в соответствие отдельной составляющей, и остальные термины определены выше. Также для каждой составляющей в соответствии с уравнением (4)

где H_molei - энтальпия сгорания, как энергия на моль, как изображено в таблице 1 выше, MWi - молекулярный вес, как изображено в таблице 1 выше, _std - плотность газа при стандартном давлении, Р - абсолютное давление в системе течения в атм, Т - температура в системе потока в градусах Кельвина, Z - коэффициент отклонения идеального газа при внутренней температуре и давлении системы потока, и остальные термины определены выше.

Проблемой, которая возникает с объемными преобразованиями этого характера, является то, что эмпирические корреляции вносят погрешность в вычисление. Конкретно коэффициент отклонения газа Z может быть неточным до некоторой степени, которая превышает неопределенность измерителя. Источник ошибок исключается с помощью способов и устройств настоящего изобретения.

Специалисты в данной области техники поймут, что предпочтительные осуществления, описанные выше, могут быть подвергнуты очевидным модификациям, не выходя за действительные рамки объема и сущности изобретения. Изобретатели, таким образом, при этом заявляют свое намерение полагаться на Доктрину эквивалентов для того, чтобы защитить свои полные права в изобретении.