JP6571764B2 - プロセス流体排出アセンブリを備えた電磁流量計流管 - Google Patents

Description

背景技術
電磁流量計（または、磁気メータ）は、ファラデー誘導、電磁効果による流れを測定する。電磁流量計は、流管アセンブリの断面にわたる電磁場を生成する一つまたは複数のコイルを活性化する。電磁場は、流管アセンブリを通る導電性プロセス流体の流れにわたる起電力（ＥＭＦ）を誘導する。導電性流体にわたって発現した結果生じた電位は、流れているプロセス流体の中に延在する一組の電極を使用して測定される。あるいは、一部の電磁流量計は、直接的接触がなくてもＥＭＦを測定できるような、電極とプロセス流体との間の容量結合を使う。任意の事象において、流速は、一般的に、誘導されたＥＭＦに比例し、体積流量は、流速および流管の断面積に比例する。

電磁流量計は、さまざまな流体流量測定環境に有効である。とりわけ、水ベースの流体、イオン溶液および他の導電性流体の流量は、すべて、電磁流量計を使用して測定することができる。したがって、電磁流量計は、水処理施設、飲料および衛生食糧生産、化学的処理、高純度医薬製造ならびに有害および腐食性流体処理施設にみることができる。電磁流量計は、時々、研磨および腐食性スラリを利用する水圧破砕技法を使う炭化水素燃料産業に多くの場合使われる。

電磁流量計は、電磁流量計が使われる用途に合うように、さまざまな異なるライニングおよび／または電極材料に仕様を定めることができる。ライニング材料の実施例は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ＰＦＡ、ポリウレタン、ネオプレンおよびライナテックスゴムならびに他の材料を含む。電極は、３１６Ｌステンレス鋼、ニッケル合金２７６、タンタル、プラチナ／イリジウム混合物、チタンを含む任意の好適な材料ならびに他の好適な材料から構築することができる。

フッ素重合体ライニング材料、例えば、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥおよびＰＦＡは、多くの場合、化学的攻撃および／または高温動作に優れた耐性をもつものが選択される。少なくとも一部の用途において、フッ素重合体ベースのライナーは、増大する用途要求を受ける。例として、石油およびガス産業において、一部のフッ素重合体ライナーは、より高い圧力および／または温度を受ける。そのような状況は、フッ素重合体ライナーを用いる頑丈な電磁流量計装置の設計および製造において、課題を生み出す。これは、少なくとも一部のフッ素重合体、例えば、ＰＴＦＥがライニング材料が圧力および温度下で拡張および収縮する場合に、「低温フロー」に直面するからである。そのような拡張／収縮は、プロセス流体を漏出させることがある。

先の論考は、単に概略の背景技術情報を提供するためのものであり、開示した主題の範囲を決定する援助として使用されることは意図しない。

要約
一つの態様において、電磁流量計流管アセンブリは、内径を有するコンジットと、コンジット内部に配置されており、そこを通って延在するライナーと、ライナーに対して取り付けられており、ライナーを通って流れるプロセス流体内部の誘導された電圧を測定する一組の電極と、を含む。排出アセンブリがコンジットの内径から流管アセンブリの外部へのプロセス流体排出経路を提供する。

一つの態様において、電磁流量計を排出する方法は、内側表面、外側表面および内側表面と外側表面との間に形成された穴を有するコンジットを流管アセンブリに提供することを含む。方法は、非導電性ライナーをコンジットの中に挿入することと、穴と流動的に連通している排出アセンブリを提供することと、も含む。

一つの態様において、電磁流量計流管アセンブリは、内側表面、外側表面および内側表面と外側表面との間のコンジットに形成された穴を有するコンジットを含む。アセンブリは、コンジット内部に配置されており、そこを通って延在する非導電性ライナーと、ライナーに対して取り付けられており、ライナーを通って流れるプロセス流体内部の誘導された電圧を測定する一組の電極と、も含む。アセンブリは、コンジットに形成された穴に近接してコンジットに結合されたフィッティング部と、フィッティング部に配置された多孔性金属プラグと、も含む。

本発明の態様が特に有効な電磁流量計の概略図である。 一つの態様に基づく、一組のフランジを有する流管アセンブリ内部に配置されたフッ素重合体ライナーを図示する概略断面図である。 本発明の態様に従う、排出アセンブリを有する流管の一部分の概略断面図である。 本発明の態様に従う、図３に示す排出アセンブリの概略断面斜視図である。 本発明の態様に従う、電磁流量計を排出する方法のフローダイヤグラムである。

実例となる態様の詳細な説明
図１は、本明細書に記載した態様が有効な電磁流量計の概略図である。電磁流量計１０は、送信機電子機器１４に結合した流管アセンブリ１２を含む。流管アセンブリ１２は、それぞれのフランジ２２および２４に結合した端部１８および２０を有するコンジット１６の断面を含む。フランジ２２、２４の各々は、プロセス流体がコンジット１６を通って流れるように、好適な管フランジを取り付けるための取り付け穴を含む。フランジ２２、２４は、一般的に、コンジット１６をフランジのネックに溶接することによってコンジット１６に付けられる。そのような結合によって、フランジ２２、２４からコンジット１６への応力の移行が可能になる。

流管アセンブリ１２は、一般的に、送信機電子機器１４によって駆動され、コンジット１６にわたる電磁場を生成する一つまたは複数の電磁コイルを包含するコイル／電極部２６も含む。コンジット１６内部に配置された電極は、プロセス流体に接触し、誘導された電磁場に反応してプロセス流体にわたって生成された起電力（ＥＭＦ）を検出するのに使用される。流管アセンブリ１２のコイル（複数可）および電極は、一般的に、ハウジング２８内部のターミナルブロックに結合し、その結果、送信機電子機器１４に動作可能に結合する。送信機電子機器１４は、一般的に、測定されたＥＭＦに基づくプロセス流体流量の表示を提供するように構成された制御装置またはマイクロプロセッサを含む。送信機電子機器１４は、一般的に、双方向矢印３０に指し示されるように、そのようなプロセス流体流量情報を一つまたは複数の遠隔装置に伝達する通信回路網も含む。そのような通信は、有線プロセス通信または無線プロセス通信の形態であってもよい。

図２は、一組のフランジ２２、２４に結合したコンジット１６内部に配置されたライナー４２を図示する概略断面図である。図示する態様では、ライナー４２は、コンジット１６をプロセス流体から絶縁する非導電性材料から形成される。一つの実施例において、ライナー４２は、フッ素重合体、例えば、これに限定されないが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から形成される。

フランジ２２、２４の各々は、それぞれ、シールリングに係合し、それによって対向する管フランジに流体的に結合するように構成されたシーリング面３２、３４を含む。一部の場合において、シールは、高圧金属間接続を生成するための、溝３６、３８に収容されるリングタイプのシールであってもよい。ＲＴＪシーリングリングの利用は頑丈なシールを提供するが、ライナー４２の外径４０とシーリングリングの内径との間に隙間も作り出す。この隙間によって、圧力をかけられたプロセス流体がフッ素重合体ライナー４２とフランジ２２、２４との間の界面４４に係合または別の方法で接触することが可能になる。一般的に、ライナー４２は、コンジット１６の内径の中に締まりばめされ、したがって、ライナー４２とコンジット１６との間の接着は存在しない。

本開示の態様は、一般的に、ライナー４２とコンジット１６との間のスペースの中に漏出するプロセス流体（たとえば、ライナー４２を通って拡散して、および／またはライナー４２とコンジット１６の内径との間に別の方法で漏出して、界面４４を破壊するプロセス流体）を排出するように構成された排出アセンブリを提供する。例として、一部の低温フロー状況下では、ライナー４２は、拡張または収縮し、フランジ面に漏出経路を生成することがある。プロセス流体は、界面４４を破壊するとすぐに、コンジット１６の内径に沿って移動し、電極４６に非常に速く到達し得る。プロセス流体が電極に到達すると、そのような電極の電気絶縁が無効になり、電極は、もはや、プロセス流体からの誘導電圧を送信機電子機器１４に伝えることが可能ではなくなる。

図３は、一つの態様に従う、漏出するプロセス流体を大気に流出する排出経路を提供する排出アセンブリを有する流管の一部分の概略断面図である。流管は、コンジット５０の断面、コンジット５０内部に配置されたライナー５２、およびコンジット５０の端部５６に結合されたフランジ５４を有する。流管は、電極（図３には示さず）、およびコンジット５０の第二の端部に結合された第二のフランジ（図３には示さず）を含む。一つの実施例において、コンジット５０およびライナー５２は、図２に関して先に論じたコンジット１６およびライナー４２に類似する。さらに、一つの実施例において、フランジ５４は、一段高い面５８およびＲＴＪ溝６０を含むという点で、図２に示すフランジ２４に類似する。ライナー５２の外径６４とフランジ５４の面５８との間に界面６２が提供される。それゆえに、プロセス流体は、一部の状態において、界面６２を破壊し、それによってコンジット５０の内径７２に沿って電極の方に移動することがある。

図３に示すように、排出アセンブリ６８が、例としてドリリングプロセスによって、コンジット５０に形成された穴７０に近接してコンジット５０に結合される。排出アセンブリ６８は、端部５６に近接してコンジット５０の底面に結合されたものとして図示するが、コンジット５０に沿う任意の他の好適な場所に排出アセンブリ６８を位置付けることができることに留意されたい。さらに、一つの実施例において、複数個の排出アセンブリをコンジット５０に結合することができる。

排出アセンブリ６８は、プロセス流体がライナー５２とコンジット５０の内径との間に蓄積することを防止するために、漏出したプロセス流体が流管アセンブリから出るための経路を提供する。例として、プロセス流体は、界面６２を破壊するまたはライナー５２を通ってライナー５２とコンジット５０の内径との間のスペースの中の拡散することがある。図示する態様では、漏出したプロセス流体は、コンジット５０に形成された穴７０の中に、排出アセンブリ６８を通って流れる。排出アセンブリ６８は、排出アセンブリ６８が穴７０に存在しないと仮定したよりも遅い速度ではあるが、プロセス流体を穴７０から大気に流出させることが可能な少なくとも一つの抵抗流れ経路を含む。一つの態様において、排出アセンブリ６８は、少なくとも一つの蛇行性流れ経路を備える。

例証のために、穴７０において排出アセンブリ６８を使用しなければ、ライナー５２のみがプロセス流体と流量計環境との間に位置付けられるであろう。したがって、この事例では、例としてライナー５２の故障が穴７０から環境中への高圧プロセス流体の放出を引き起こすことがあり、流管アセンブリの周辺における作業者に危険を及ぼすことがある。一つの態様において、流管アセンブリを備えた排出アセンブリ６８の使用は、工業標準圧力保持試験、例えば、ＩＥＣ６１０１０と呼ばれる３倍破裂圧力における破裂試験を満足する。

図４は、排出アセンブリ６８の概略断面斜視図である。排出アセンブリ６８は、内側表面（すなわち、内径７２）と外側表面７８との間に形成された穴７０に近接してコンジット５０の外側表面７８に取り付けられる。ライナー５２は、そこを通して流れるプロセス流体８０を運ぶ。先に論じたのと同様に、動作中、プロセス流体の一部がライナー５２の外側径８２とコンジット５０の内径７２との間のスペースの中に漏出することがある。排出アセンブリ６８は、環境または大気８４中に流出するための、プロセス流体のための排出経路を提供する。

図示する実施例では、穴７０は、直径が約８分の１インチ〜４分の１インチである。しかしながら、任意の好適なサイズのものを使用することができる。フィッティング部８６が穴７０の上方に位置し、例として、溶接または任意の他の好適な留め具によって、コンジット５０の外側表面７８に固定される。フィッティング部８６は、穴７０に位置合わせされた対応するボア８８を有する。

プラグ９０がフィッティング部８６のボア８８内部に位置付けられる。プラグ９０は、プロセス流体を環境８４中に流出するための抵抗経路を提供するように構成される。図示する実施例では、プラグ９０は、多孔性金属、例えば、これに限定されないが、粉末金属プロセスから作られたステンレス鋼から形成される。多孔性金属プラグは、対応する非多孔性プラグよりも低い密度を有するが、ボア８８を通るプロセス流体の流れに対するいくらかの抵抗を提供するが、プロセス流体の流れが可能なように構成される。

図４の実施例では、フィッティング部８６は、一連のネジがボア８８の表面に沿って配置されたネジ付きニップルを備える。プラグ９０は、プラグ９０をボア８８の中にネジ込むことができる、その外側表面に沿う対応するネジを有する。図示する実施例では、プラグ９０は、ライナー５２に構造的支持を提供できるように、プラグ９０の端部がライナー５２の外側表面８２に触れるまで、フィッティング部８６の中にネジ込まれる。プラグ９０がフィッティング部８６とのネジ込み係合から後方に出ること（例として、熱サイクルおよび／または振動に起因して）を防止するために、一つの態様において、プラグ９０は、タック溶接または他の好適な留め具によってフィッティング部８６に固定される。

別の態様では、排出アセンブリ６８のプラグ９０は、固体の、非多孔性材料で形成される。排出アセンブリ６８を通る抵抗流れ経路がネジ界面９２に沿ってプラグ９０とフィッティング部８６との間に形成される。一つの実施例において、フィッティング部８６のネジとプラグ９０のネジとは、異なるサイズであってもよく、それによってネジ界面９２を通るプロセス流体の通行を可能にする隙間をそれらの間に形成する。

図５は、電磁流量計を排出する方法１００のフローダイヤグラムである。例証のために、限定されないが、方法１００は、図３および図４に図示する実施例の流量計に関連して記載する。

ブロック１０２において、流管を提供する。流管は、内側表面および外側表面を有するコンジット（たとえば、コンジット５０）を備える。ブロック１０４において、コンジット５０に穴（たとえば、穴７０）を提供する。例として、穴７０は、コンジット５０を通るドリリングによって作られる。ブロック１０６において、ライナー（たとえば、ライナー５２）をコンジット５０の中に挿入する。場合により、ライナー／コンジット界面（複数可）における追加のシーリングのために、ライナー５２をコンジット５０に化学的に接着するブロック１０８も実行できる。

ブロック１１０において、ボア（たとえば、ボア８８）を有するフィッティング部（たとえば、フィッティング部８６）をコンジット５０に付ける。例として、フィッティング部８６は、コンジット５０の外側表面７８に溶接することができる。ブロック１１２において、プラグ（たとえば、プラグ９０）をフィッティング部８６の中に挿入する。ブロック１１４において、プラグ９０がボア８８から後方に出ることを防止するために、プラグ９０を（たとえば、タック溶接によって）フィッティング部８６に固定する。

方法１００のブロックを特定の並べ方において図示し、論じたが、図示した並べ方がブロックの任意の特定の順序を暗示することは意図しない。ブロックは、任意の好適な順序で実行することができる。例として、一つの態様において、ブロック１１０、１１２および１１４の一つまたは複数は、ブロック１０４および／または１０６の前に実行することができる。

本発明を好ましい態様を参照して記載したが、当技術分野における熟練技能者は、本発明の本質および範囲を逸することなく、形態および詳細に変更を為すことができることを認識する。

Claims (14)

1. 電磁流量計流管アセンブリであって：
   内径と外側表面との間に形成された穴を有するコンジットと；
   前記コンジット内部に配置されており、前記コンジットを通って延在するライナーと；
   前記ライナーに対して取り付けられており、前記ライナーを通って流れるプロセス流体内部の誘導された電圧を測定する一組の電極と；
   前記穴に近接して前記コンジットの外側表面に結合され、前記コンジットの前記内径から前記流管アセンブリの外部へのプロセス流体排出経路を提供する排出アセンブリと、
   を備え、
   前記排出アセンブリが、
   前記穴に対応する前記プロセス流体排出経路を提供するボアを有し、前記ボアの表面に沿って一連のネジが配置されたネジ付きニップルを備えるフィッティング部と、
   前記プロセス流体が少なくとも部分的な抵抗を有して流れることが可能である多孔性金属で形成され、前記ニップルのネジに対応するネジを外側表面に有し、前記ボアの中に端部が前記ライナーの外側表面に触れるまでネジ込み挿入される多孔性金属プラグと、
   を有する、電磁流量計流管アセンブリ。
2. 前記排出アセンブリが前記ライナーと前記コンジットとの間に漏出する、漏出したプロセス流体を前記流管アセンブリの環境に排出するように構成された、請求項１記載の電磁流量計流管アセンブリ。
3. 前記プロセス流体排出経路が少なくとも一つの蛇行性経路を備えた、請求項１記載の電磁流量計流管アセンブリ。
4. 前記フィッティング部が前記穴の上方において前記コンジットに付けられた、請求項１記載の電磁流量計流管アセンブリ。
5. 前記ライナーを通って流れるプロセス流体に対する電磁場を生成するように配置された少なくとも一つのコイルをさらに備えた、請求項１記載の電磁流量計流管アセンブリ。
6. 前記一組の電極および前記少なくとも一つのコイルに結合された送信機電子機器をさらに備えた、請求項５記載の電磁流量計流管アセンブリ。
7. 第一のネックフランジが前記コンジットの第一の端部に位置し、第二のネックフランジが前記コンジットの第二の端部に位置する、請求項１記載の電磁流量計流管アセンブリ。
8. 前記ライナーが非導電性材料から形成された、請求項１記載の電磁流量計流管アセンブリ。
9. 前記材料がフッ素重合体である、請求項８記載の電磁流量計流管アセンブリ。
10. 前記フッ素重合体がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である、請求項９記載の電磁流量計流管アセンブリ。
11. 電磁流量計流管アセンブリから漏出したプロセス流体を排出する方法であって、前記方法が：
    内側表面、外側表面、および前記内側表面と前記外側表面との間に形成された穴を有するコンジットを流管アセンブリに提供することと；
    非導電性ライナーであって、流れるプロセス流体内部の誘導された電圧を前記ライナーを通して測定する一組の電極に対して取り付けられた前記ライナーを前記コンジットの中に挿入することと；
    前記穴に近接して前記コンジットの外側表面に結合され、前記コンジットの内径から流管アセンブリの外部へのプロセス流体排出経路を提供する排出アセンブリであって、
    前記穴に対応する前記プロセス流体排出経路を提供するボアを有し、前記ボアの表面に沿って一連のネジが配置されたネジ付きニップルを備えるフィッティング部と、
    前記プロセス流体が少なくとも部分的な抵抗を有して流れることが可能である多孔性金属で形成され、前記ニップルのネジに対応するネジを外側表面に有し、前記ボアの中に端部が前記ライナーの外側表面に触れるまでネジ込み挿入される多孔性金属プラグと
    を有する排出アセンブリを提供することと、
    を含む、電磁流量計流管アセンブリから漏出したプロセス流体を排出する方法。
12. 前記コンジットの一部分を通る前記穴をドリリングすることをさらに含む、請求項１１記載の方法。
13. 前記排出アセンブリを前記コンジットの前記外側表面に結合する前に、前記ライナーを前記コンジットの中に挿入する、請求項１２記載の方法。
14. 電磁流量計流管アセンブリであって：
    内側表面、外側表面、および前記内側表面と前記外側表面との間に形成された穴を有するコンジットと；
    前記コンジット内部に配置されており、前記コンジットを通って延在する非導電性ライナーと；
    前記ライナーに対して取り付けられており、前記ライナーを通って流れるプロセス流体内部の誘導された電圧を測定する一組の電極と；
    前記穴に近接して前記コンジットの外側表面に結合され、前記コンジットの内径から流管アセンブリの外部へのプロセス流体排出経路を提供する排出アセンブリと、を備え、
    前記排出アセンブリが、
    前記穴に対応する前記プロセス流体排出経路を提供するボアを有し、前記ボアの表面に沿って一連のネジが配置されたネジ付きニップルを備えるフィッティング部と、
    前記プロセス流体が少なくとも部分的な抵抗を有して流れることが可能である多孔性金属で形成され、前記ニップルのネジに対応するネジを外側表面に有し、前記ボアの中に端部が前記ライナーの外側表面に触れるまでネジ込み挿入される多孔性金属プラグと、
    を有する、電磁流量計流管アセンブリ。

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