DE19882223B4

DE19882223B4 - Prozeßinstrumenthalterung

Info

Publication number: DE19882223B4
Application number: DE19882223T
Authority: DE
Inventors: Paul C. Plymouth Sundet; William B. Bloomington Krueger
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2018-03-25
Also published as: FI19992060A7; DE19882223T1; FI19992060L; WO1998044326A1; US6059254A

Abstract

Halterung zum Anschweißen an einem Prozessbehälter mit:
einem äußeren Schweißring; und
einem inneren, mit einem Gewinde versehenen Ring, der teilweise mit dem äußeren Schweißring verbunden ist, um einen Zwischenraum zwischen dem äußeren Schweißring und dem inneren, mit dem Gewinde versehenen Ring zu bilden, um den inneren, mit dem Gewinde versehenen Ring vom äußeren Schweißring zu trennen oder zu entkoppeln, wobei der innere, mit dem Gewinde versehene Ring eine Halterung für ein Prozessinstrument bereitstellt.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Transmitter zum Messen von Fluideigenschaften, z.B. zum Messen des Drucks in einem Prozeßbehälter. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Technik zum Montieren oder Halten solcher Transmitter oder einer damit in Beziehung stehenden Prozeßsteuerungseinrichtung, z.B. eines als "Ferngeber" bekannten Druckmembranmoduls, das durch eine Kapillarleitung mit einem solchen Transmitter verbunden ist. Der hierin verwendete Ausdruck "Prozeßinstrument" schließt alle derartigen Transmitter und damit in Beziehung stehende Prozeßsteuerungseinrichtungen ein.

1 zeigt eine auf einem Prozeßbehälter 12, z.B. einem Rohr, einem Tank oder einem anderen (normalerweise gekrümmten) Gefäß installierte herkömmliche Prozeßinstrument halterung 10. Die Halterung 10 ist am Prozeßbehälter angeschweißt und außerdem mit einem Gewinde versehen, um ein Prozeßinstrument, z.B. einen Drucktransmitter 14, aufzunehmen. Wenn die Meßgeberhalterung 10 auf dem Prozeßbehälter 12 in Position angeschweißt ist, wird sie eine permanente Befestigungs- oder Montagevorrichtung zum Halten des Transmitters 14 in Position auf dem Behälter. Die Halterung 10 weist eine Basis 10a und einen in der Nähe der Basis angeordneten Flansch 16 auf. Eine Dichtung 18, die zwischen dem Flansch 16 und einer Transmitterbasis 14a angeordnet ist, hat eine derartige Größe, daß sie in den Flansch eingreift oder auf dem Flansch angeordnet werden kann und die Öffnung des Behälters dichtet, um einen Prozeßfluidverlust vom Behälter zu verhindern. Die Dichtung 18 kann eine Dichtung des Typs Gylon Nr. 3510, erhältlich von Garlock Inc., Palmyra, New York sein. Der Transmitter 14 kann ein Transmitter des Modells 2090P sein, das von Rosemount Inc., Eden Prairie, Minnesota erhältlich ist.

Die Installation der Halterung 10 beginnt, nachdem das Prozeßfluid aus dem Behälter 12 abgesaugt wurde. Zunächst wird an einer ausgewählten Einbauposition eine Öffnung in die Wand des Behälters geschnitten. Dann wird die Halterung 10 so in der Öffnung angeordnet, daß die Basis 10a mit einer Innenfläche 12a (vergl. 2) des Behälters 12 bündig ist. Ein Kühlkörper, der an Stelle des Transmitters 14 in die Halterung 10 geschraubt wird, kann durch den Installateur zum Positionieren der Halterung 10 verwendet werden. Dann wird eine Reihe von Heftschweißstellen auf die Außenfläche der Halterung 10 aufgebracht, um die Halterung vorübergehend in Position zu halten. Wenn die vorübergehende Halteposition geeignet ist, wird eine Reihe von Vollschweißstellen aufgebracht. Die Vollschweißstellen bilden eine kontinuierliche Schweißnaht oder -linie (die auch als Übergangsgrenzflächen linie bekannt ist) entlang eines Umfangs der Halterung. Nach dem Abkühlen wird der Kühlkörper entfernt, und die Halterung ist bereit, eine Dichtung und ein Prozeßinstrument aufzunehmen.

2 zeigt eine Seitenansicht einer Schweißnaht oder -linie 20 für einen Prozeßbehälter 12 mit relativ kleinem Durchmesser. Die Ebene der Ansicht von 2 ist senkrecht zur Ebene der Ansicht von 1. Die Schweißlinie erstreckt sich über eine wesentliche Länge L der Halterung 10. Je kleiner der Durchmesser des Behälters 12 ist, desto größer ist seine Krümmung an der Halterungsposition, und desto größer ist das Maß L der Schweißlinie entlang der Halterung.

Ein Nachteil der herkömmlichen Halterung 10 ist seine Anfälligkeit für Verwölbungen während des Schweißvorgangs, insbesondere für Behälter 12 mit relativ kleinem Durchmesser. Durch die während des Prozesses erzeugte starke Hitze und die ungleichmäßige Belastungsverteilung entlang der Länge der Halterung kann die Innenwand, in der das Gewinde ausgebildet ist, beschädigt werden. Durch diese Beschädigung kann verhindert werden, daß der während des Schweißvorgangs verwendete eingeschraubte Kühlkörper entfernt werden kann, oder kann verhindert werden, daß ein Prozeßinstrument in die Halterung eingesetzt werden kann. Die Halterung 10 muß dann entfernt und ersetzt werden, oder das Gewinde muß nachgeschnitten werden, wodurch Verzögerungen und höhere Installationskosten entstehen.

Daher besteht Bedarf für eine Transmitterhalterung, die gegen durch Schweißen verursachte Verwölbungen beständig ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Prozeßinstrumenthalterung für Prozeßbehälter eine Außen- und eine Innenwand auf, wobei die Außen- und die Innenwand voneinander beabstandet sind. Die Innenwand weist einen mit Gewinde versehenen Bereich zum Aufnehmen eines Prozeßinstruments auf, und die Außenwand kann am Prozeßbehälter angeschweißt werden. Bei einer Ausführungsform ist die Halterung eine einstückige Struktur und weist eine Nut auf, die die Innenwand von der Außenwand trennt. Bei einer anderen Ausführungsform sind die Innenwand und die Außenwand separate Teile, die, z.B. durch eine Schweißverbindung, miteinander verbunden sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine Vorderansicht einer herkömmlichen Prozeßinstrumenthalterung;

2 zeigt eine der herkömmlichen Halterung von 1 zugeordnete Schweißlinie;

3 zeigt eine Querschnittansicht einer bevorzugten Prozeßinstrumenthalterung gemäß einem Aspekt der Erfindung;

4a–4d zeigen alternative Halterungen gemäß einem Aspekt der Erfindung;

5 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht eines bevorzugten Nutenendes;

6a–6c zeigt alternative Halterungen mit einer im allgemeinen zweiteiligen Struktur gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung; und

7 zeigt eine bevorzugte Halterung, die zusammen mit einem Drucktransmitter auf einem Prozeßbehälter installiert ist.

Zur Vereinfachung sind in der Figur dargestellte Elemente oder Komponenten mit dem gleichen Bezugszeichen identisch oder dienen der gleichen oder einer ähnlichen Funktion.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Gemäß 3 weist eine bevorzugte Prozeßinstrumenthalterung 22 eine Außenwand 24 und eine Innenwand 26 auf. Eine Öffnung oder Bohrung 28 erstreckt sich von einem ersten Ende 22a zu einem zweiten Ende 22b der Halterung 22. Die Innenwand 26 umschließt die Öffnung 28 und weist einen mit Gewinde versehenen Bereich 26a auf, der dazu geeignet ist, ein Prozeßinstrument, z.B. einen Ferngeber oder den Transmitter 14, vom Ende 22a aufzunehmen. Die Wand 26 weist außerdem einen Flansch 16 in der Nähe des Endes 22b auf, der mit der Basis 14a eines solchen Transmitters oder eines solchen Ferngebers unter Verwendung einer Dichtung 18 in Dichteingriff steht. Die Außenwand 24 kann an einer ausgewählten Einbauposition an einen Prozeßbehälter angeschweißt werden, wie vorstehend beschrieben wurde. Wenn der Transmitter 14 in der Halterung 22 installiert ist, kommt ein Prozeßfluid durch die Öffnung 28 mit der Transmitterbasis 14a in Kontakt, und der Transmitter 14 erzeugt ein den Druck dieses Fluids anzeigendes Ausgangssignal.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die Wände 24, 26 durch einen Zwischenraum 30 getrennt. In der Ausführungsform von 3 weisen die Wände 24, 26 Abschnitte aus einem einstückigen Metallstück auf, aus dem die Halterung 22 gebildet wird, und der Zwischenraum 30 ist eine die Öffnung 28 umschließende und die Wände 24, 26 mindestens teilweise trennende Nut. Durch die Nut ist die Innenwand 26 von Belastungen, die während des Schweißvorgangs entlang der Schweißlänge L auf die Außenwand 24 ausgeübt werden, im wesentlichen entkoppelt oder isoliert. Durch den Zwischenraum wird außerdem die Wärmeleitfähigkeit zwischen den Wänden 24, 26 reduziert, so daß der mit Gewinde versehene Bereich der Wand 26 während des Schweißens der Wand 24 auf einer niedrigeren Temperatur gehalten wird als bei einer herkömmlichen Struktur.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Halterung 22, wie die herkömmliche Halterung 10, eine Gesamtlänge vom Ende 22a zum Ende 22b von 0,820 Zoll (etwa 20,83 mm) auf. Das Außenmaß (Durchmesser) der Wand 24 wird so klein gehalten wie möglich, um die in den Proßezbehälter zu bohrende Öffnungsgröße zu minimieren. Die Dicke der Wand 24 sollte jedoch ausreichend sein, um ein geeignetes Eindringen des Schweißmaterials ohne Durchbrennen zu ermöglichen. Ähnlicherweise sollte die Dicke der Innenwand 26 ausreichend sein, um ein Prozeßinstrument stabil und zuverlässig in Position zu halten. Wenn die Nut durch ein Standard-Schneidwerkzeug geschnitten wird, wird sie eine durch die Breite des Schneidwerkzeugs vorgegebene minimale Breite aufweisen. Die Schneidwerkzeugbreite ist eine Funktion der gewünschten Nuttiefe, wobei für tiefere Nuten breitere Schneidwerkzeuge erforderlich sind. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Nuttiefe etwa 0,650 Zoll (16,51 mm), was eine ausreichende Tiefe ist, so daß der Zwischenraum 30 sich entlang der gesamten Schweißlänge L erstreckt und eine maximale Belastungsentkopplung oder -isolierung erhalten wird. In diesem Fall beträgt die Nutbreite etwa 0,083 Zoll (2,11 mm), und der Gesamtdurchmesser der Außenwand 24 beträgt 2,370 Zoll (etwa 60,20 mm). Dies ist vergleichbar mit einem Gesamtdurchmesser von etwa 2,120 Zoll (etwa 53,85 mm) für eine herkömmliche Halterung 10.
Die 4a–4d zeigen alternative Ausführungsformen von Prozeßinstrumenthalterungen. Die Halterung 32 von 4a ist der Halterung 22 ähnlich, außer daß die Halterung 32 anstatt eine von einem oberen Ende 32b der Halterung 32 eine von einem unteren Ende 32a geschnittene Nut aufweist. Dadurch wird verhindert, daß Verunreinigungen von der Pro zeßinstrumentseite der Halterung sich in der Nut sammeln. Prozeßfluid kann sich jedoch unerwünscht in der Nut sammeln. Die Halterung 36 in 4b weist entgegengesetzt ausgerichtete Nuten 38a, 38b auf, die in Enden 36a bzw. 36b der Halterung 36 geschnitten sind. In der Halterung 36 können sich Verunreinigungen sowohl von der Prozeßinstrumentseite als auch von der Prozeßfluidseite der Halterung sammeln. Die erforderliche Tiefe der Nuten 38a, 38b ist jedoch geringer als die für die Halterungen 22, 32 erforderliche Tiefe, so daß schmalere Schneidwerkzeuge verwendet werden können und die Gesamtbreite der Halterung 36 bezüglich den Halterungen 22, 32 reduziert ist. Die in 4c dargestellte Halterung 40 ist der Halterung 36 ähnlich, außer daß die Nuten 42a, 42b etwas tiefer sind als diejenigen der Halterung von 4b und nicht ausgerichtet sind bzw. fluchten. Die Nuten 42a, 42b überlappen sich entlang eines Mittelabschnitts der Halterung, um eine bessere Belastungsentkopplung zu erhalten. Die in 4d dargestellte Halterung 44 zeigt, daß die Nut 46 nicht senkrecht zu einem Ende 44a der Halterung ausgebildet sein muß, um die gewünschte Belastungsentkopplung zu erreichen. Durch eine senkrecht zu einem solchen Ende ausgerichtete Nut kann jedoch eine maximale Kompaktheit der Halterung erzielt werden.
5 zeigt ein bevorzugtes Querschnittprofil für das Ende der in den 3 und 4a–4d dargestellten Nuten. Insbesondere geht ein Außendurchmesser oder eine Außenfläche 48 der Nut in einem sich verjüngenden oder gekrümmten Verlauf am Abschnitt 48a vorzugsweise glatt oder gleichmäßig in den Nutenboden 50 über. Der Innendurchmesser oder die Innenfläche 52 geht an einem Abschnitt 52a ähnlicherweise in den Boden 50 über. Die Verwendung eines solchen gekrümmten Profils trägt dazu bei, die Belastungskonzentration am Nutenende oder Boden 50 und damit die Metallermüdung zu reduzieren.
Vorzugsweise weisen die Abschnitte 48a und 52a jeweils einen der halben Nutenbreite entsprechenden Radius auf. Kleinere Radien mit einem flachen Boden 50 sind ebenfalls möglich. Solche Profile können unter Verwendung von Standard-Nutenschneidwerkzeugen hergestellt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird die Halterung aus zwei (oder mehr) separaten Komponenten hergestellt, die miteinander verschweißt oder anderweitig verbunden werden, um die Halterung zu bilden. Die Halterung 54 von 6a hat eine zweiteilige Struktur. Eine Innenwand 56 steht an einer Basis 54a der Halterung 54 mit einer Außenwand 58 in Eingriff. Die Wände 56, 58 sind jedoch so geformt, daß sie entlang der Schweißlänge L und weiterführend zur Oberseite 54b der Halterung voneinander beabstandet sind. Der Zwischenraum 60 kann daher so schmal wie gewünscht ausgebildet sein, um die Breite der Halterung zu reduzieren, und durch einen solchen schmalen Zwischenraum 60 wird noch immer die gewünschte Belastungsentkopplung bereitgestellt. Obwohl die Herstellungskosten für die Halterung 54 im allgemeinen höher sind als für die Halterung von 3, kann die Halterung 54 so konstruiert sein, daß ihre Breite im wesentlichen die gleiche ist wie diejenige der herkömmlichen Halterung 10, so daß sie für Prozeßbehälter mit kleinerem Durchmesser (größerer Krümmung) verwendet werden kann. Eine Schweißverbindung 62 verbindet die Wände 56, 58. In einer Ausführungsform hat der Zwischenraum 60 eine Breite von etwa 0,010 bis 0,015 Zoll (0,25–0,38 mm).
Die Halterung 63 von 6b ist der Halterung 54 ähnlich, außer daß die Außenwand 64 an einem Transmitterende 63a mit der Innenwand 66 in Kontakt steht, wodurch ein geschlossener Hohlraum 68 zwischen den Wänden gebildet wird. Durch eine solche Anordnung wird die Ansammlung von Verunreinigungen im Belastungsentkopplungszwischenraum verhindert oder verzögert. Die herkömmliche Dichtung 18 (nicht maßstabsgerecht) ist auf dem Flansch der Innenwand angeordnet dargestellt.
Die Halterung 70 von 6c ist der Halterung 63 ähnlich, außer daß die Innenwand an einem Halterungsende 70a durch eine ringförmige Heftschweißverbindung 72 mit der Außenwand 76 verbunden ist, wodurch ein Innenhohlraum 78 abgeschlossen wird.
In 7 zeigt eine Querschnittansicht der Halterung 22, die zusammen mit dem Transmitter 14 und der Dichtung 18 an einem Prozeßbehälter 12 installiert ist. Die Halterung 22 besteht, um das Schweißen zu vereinfachen, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl des Typs 316L, d.h. aus dem gleichen Material, das für viele Rohre und Tanks 12 verwendet wird. Es können auch andere geeignete Materialien verwendet werden, z.B. für Prozeßrohrleitungen oder -gefäße verwendete Materialien, beispielsweise kohlenstoffarme Stähle, Legierung mit der Markenbezeichnung Hastelloy und Nickel-Kupferlegierungen.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist für Fachleute erkennbar, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung Änderungen in der Struktur oder Konstruktion und im Detail vorgenommen werden können.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist für Fachleute erkennbar, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung Änderungen in der Struktur oder Konstruktion und im Detail vorgenommen werden können.

Claims

Halterung zum Anschweißen an einem Prozessbehälter mit: einem äußeren Schweißring; und einem inneren, mit einem Gewinde versehenen Ring, der teilweise mit dem äußeren Schweißring verbunden ist, um einen Zwischenraum zwischen dem äußeren Schweißring und dem inneren, mit dem Gewinde versehenen Ring zu bilden, um den inneren, mit dem Gewinde versehenen Ring vom äußeren Schweißring zu trennen oder zu entkoppeln, wobei der innere, mit dem Gewinde versehene Ring eine Halterung für ein Prozessinstrument bereitstellt.
Halterung nach Anspruch 1, wobei die Halterung eine einteilige Struktur mit einer Nut zwischen dem äußeren Schweißring und dem inneren, mit dem Gewinde versehenen Ring aufweist.
Halterung nach Anspruch 1, wobei die Halterung ein erstes Ende und ein zweites Ende und eine sich vom ersten Ende zum zweiten Ende erstreckende Öffnung aufweist, und wobei die Innenwand ein Gewinde zum Aufnehmen eines Prozessinstruments vom ersten Ende aufweist.
Halterung nach Anspruch 2, wobei die Nut senkrecht zu einem ersten Ende ausgerichtet ist.
Halterung nach Anspruch 2, wobei die Nut zu einem ersten Ende hin offen ist.
Halterung nach Anspruch 5, wobei die Nut ein Nutende mit einem gekrümmten Übergangsbereich aufweist.