海底应用的远程密封件压力测量系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种海底应用的远程密封组件(18、20)。该组件(18，20)包括具有将远程密封件连接到过程流体压力测量装置的流体连接器(110)的上壳体(34，102)。下壳体(36、104)连接到上壳体(34、102)，并且具有构造成用于安装到压力容器(12)的接口。下壳体(36、104)还具有过程流体入口(32)。隔离膜片(41、154)设置在上和下壳体之间。上壳体(34、102)、下壳体(36、104)和隔离膜片(41、154)中的至少一个用适合于浸入盐水中的材料建造。在一些实施例中，下壳体(36、104)具有围绕过程流体入口(32)设置的肩状物(140)和构造成用于将组件连接到文丘里流量计主体(12)的多个自激励的密封件(40、42)。还提供包括压力变送器和至少一个海底远程密封组件的海底过程流体流量测量系统。
【专利说明】海底应用的远程密封件压力测量系统
【背景技术】
[0001] 工业过程控制系统用于监控并且控制用于产生或转移流体等的工业过程。在这种 系统中，通常重要的是测量例如温度、压力、流量和其他的"过程变量"。过程控制变送器用 于测量这种过程变量，并且将涉及被测量的过程变量的信息传输回到例如中央控制室的中 央位置。
[0002] -种类型的过程变量变送器是测量过程流体压力和提供涉及被测量的压力的输 出的压力变送器。该输出可以是压力、流量、过程流体的液位或可以从测量压力获得的其他 的过程变量。压力变送器构造成用于将涉及被测量的压力的信息传输回到中央控制室。然 而，该传输通常地通过两个电线过程控制回路，有时使用包括无线技术的其他的通信技术。
[0003] 压力必须通过一些类型的过程连接器连接到过程变量变送器。在某些过程压力测 量应用中，压力变送器相对于加压的过程流体远程地定位，并且使用称为远程密封件的装 置将压力通过流体链接从过程流体物理地输送到压力变送器。远程密封件是填充有将压力 从过程流体输送到压力变送器的大致不能压缩的流体的辅助系统。远程密封件通常地用于 如下应用中：其中过程流体具有高温、腐蚀性、或具有如果压力变送器被定位太靠近过程流 体可能损伤或破坏压力变送器的一些其他的极端应用或特征。
【发明内容】
[0004] 提供海底应用的远程密封组件。该组件包括具有将远程密封件连接到过程流体压 力测量装置的流体连接器的上壳体。下壳体连接到上壳体，并且具有构造成用于安装到压 力容器的接口。下壳体还具有过程流体入口。隔离膜片设置在上和下壳体之间。上壳体、 下壳体和隔离膜片中的至少一个从适合于浸入盐水中的材料建造。在一些实施例中，下壳 体具有围绕过程流体入口设置的肩状物和构造成用于将组件连接到文丘里流量计主体的 多个自激励的密封件。还提供包括压力变送器和至少一个海底远程密封组件的海底过程流 体流量测量系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0005] 图1是根据本发明实施例的海底过程流体测量系统的图解视图。
[0006] 图2是根据本发明实施例的显示安装到文丘里流量计主体的远程密封件的图解 首1J视图。
[0007] 图3是根据本发明实施例的安装到文丘里流量计主体的远程密封件的放大视图。
[0008] 图4是根据本发明实施例的远程密封件的图解透视图。
[0009] 图5是根据本发明实施例的远程密封件的图解剖视图。
【具体实施方式】
[0010] 压力测量的一个特别复杂的环境是海底应用。在这种应用中，过程设备被暴露给 的静压力可以是非常高的。此外，盐水对于许多金属是腐蚀性的。提供能够经受海底使用 的挑战同时减少或最小化与过程设备的海底适应关联的成本的远程密封件系统可以有益 于海底过程控制应用。
[0011] 图1是根据本发明实施例的海底过程流体测量系统的图解视图。系统10包括具 有连接到过程系统中管的一对开口 14、16的文氏管类型流动导管12。文丘里流量计主体 12在那里具有狭窄的狭道区域（见图2)。沿着文丘里流量计主体12的狭道区域中的流动 路径测量的压力可以提供过程流体流动的指示。为沿着流动仪表主体12中的流动液流测 量在多个点处的压力，使用一对远程密封件18、20。每个远程密封件18、20将位于流动路 径中或沿着流动路径的每个远程密封件的各自的点处的过程流体的压力输送到例如压差 变送器22的压力测量装置。分别地通过线路24、26将压力从远程密封件18、20传递到压 差变送器22。压差变送器22可以是已知的压差变送器，提供根据已知的技术由远程密封 件18、20提供或以其他方式输送的两个压力中的差异的指示。如图1所示，如果远程密封 件18、20必须是某个尺寸以经受海底应用的压力，它们的尺寸必须通常地由安装到其上的 文丘里流量计主体12容纳。因此，理想的是最小化远程密封件18、20的尺寸使得提供更小 的组件。此外，随着远程密封件的尺寸增加，使用越来越多的螺栓以将远程密封件稳固地安 装到文丘里流量计主体上的必要性是必须的。如图1所示，本发明的一些实施例允许远程 密封件18、20通过像4个螺栓一样少的螺栓安装到文丘里流量计主体12。
[0012] 图2是根据本发明实施例的显示安装到文丘里流量计主体12的远程密封件18的 图解剖视图。文丘里流量计主体12具有相对于开口 14、16的直径狭窄的直径的狭道30。 另外，文丘里流量计主体12具有沿着狭道30中的流体流动路径设置的多个压力接头32。 远程密封件18安装成最接近流体接头32中的一个，并且具有接触包括在接头32中的过程 流体的能够偏离的隔离膜片。响应于接头32中的过程流体的压力的隔离膜片的偏离将压 力传递进入辅助的流体填充系统，辅助的流体填充系统通过线路24输送压力通过压差传 感器或其他的适当的压力传感器。以这种方式，即使在温度和/或压力可能对于压力变送 器22高到不能安装到或最接近接头32的情况下，在远程密封件18安装到其上的接头32 处的压力也可以被安全地测量。
[0013] 根据本发明的实施例，设计远程密封件18、20使得它们能够在海底条件下经受 15, OOOpsi之上的线压，同时最小化密封件18、20的尺寸和用于测量流动的海底文氏管仪 表主体的占用面积。如下文将更详细地解释，远程密封件18、20优选地使用特别的附加机 构以最小化施加到其上的超过15, OOOpsi的线压的直径。进一步，根据本发明的实施例的 远程密封件优选地完全由合金c276制成，并且以焊接设计为特征以能够满足15, OOOpsi线 压的挑战。
[0014] 合金c276是适合于浸入盐水中的材料的例子。合金c276是在商业标识Hastelloy c276下的从印地安那州kokomo的Haynes国际公司购买的合金。合金c276具有以下化学成 分（以百分比重量计算）：钥15. 0-17.0 ;铬14. 5-16. 5 ;铁4. 0-7.0 ;钨3. 0-4.5 ;钴2.5 (最 商）；猛1.0(最商）；1凡0.35(最商）；碳0.01(最商）；憐0.04(最商）；硫0.03(最商）； 硅0. 08 (最高的）和剩余的镍。合金C276提供在盐水应用中优秀的耐腐蚀性，和非常高的 强度。
[0015] 图3是根据本发明的实施例的安装到文丘里流量计主体12的远程密封件18的放 大视图。远程密封件18由在制造远程密封件18的过程中焊接到一起的上壳体34和下壳体 36构成。上壳体34和下壳体36之间的焊接优选地经由电子束焊接完成。另外，能够偏离 的膜片（在图5中示出）定位在上壳体34和下壳体36之间。膜片经由TIG焊接优选地焊 接到上壳体34。为了稳固地将远程密封件18密封到主体12,优选地使用多个c形环。第 一 c形环如参考数字40所指示围绕肩状物38定位。第二c形环如参考数字42所指示被 夹在肩状物38的端部表面和流动仪表主体12的相对表面之间。c形环通常能够与〇形环 互换但是在压力下是自激励的。因此，利用用于将远程密封件18密封到主体12的一对c 形环在压力下提供多余的自激密封件。
[0016] 如图3所示，压力计接头32通常地包括相对于流体流动路径的斜面。布置该斜面 使得在坚直地放置文丘里流量计主体时，斜面沿向下的方向。根据本发明的实施例，下壳体 36具有连接到压力接头32的压力入口 38,其中压力入口还包括斜面。以这种方式，如果任 何水合物或其他的不想要的物质在下壳体36的压力入口 38中形成，它们将在重力援助下 简单地排进和通过文丘里流量计主体12。这个成角度的特征被优选地加工，以从文丘里流 量计主体12以如下角度延伸到膜片41 :在流动停止的情况或其他的水化物形成的情况下 确保全部潜在的水合物被排出。这是重要的，因为在水合物形成时，腔和管可能变得被堵塞 或它们可能产生局部的压力增强，导致对远程密封系统的潜在的灾难性的损伤。
[0017] 图4是根据本发明实施例的远程密封件100的图解透视图。远程密封件100包括 上壳体102和下壳体104,所述上壳体102和下壳体104优选地使用在接口 106处的电子束 (e-beam)焊接被焊接到一起。电子束焊接是熔焊过程，其中高速电子束被施加到被连接的 材料。如图4所示，上壳体102包括便于将远程密封件100安装到例如文丘里流量计主体 12 (在图1中示出）的压力容器的多个（优选地4)螺栓孔108。上壳体102还包括连接到 图1中示出的例如线路24、26的液压线路的流体连接端口 110。连接端口 110优选地是共 同的焊接13毫米连接。上壳体102的端口 110中的13毫米连接件允许使用已知的配件、 毛细管和填充管的标准连接件，用于填充油和将油连接到压差变送器。
[0018] 下壳体104优选地包括从下壳体104的表面116突出的多个对准特征112、114,使 得它们被接收在例如文丘里流量计主体的压力容器中配合特征中。用这种方法，可以实现 将下壳体104精确地对准压力容器，同时远程过程密封件被安装在适当位置。因为在压缩 过程中旋转过程密封件可能损伤c形环，所以重要的是确保c形环在大致纯轴向运动的情 况下被压缩。对准特征112、114优选地由接合进入下壳体104的表面116的按压装配销构 成。特征112U14允许与文丘里流量计主体12 -起恰当地安装。尽管按压装配特征112、 114是优选的，但是它们可以根据本发明的实施例以任何适当的方式形成。
[0019] 下壳体104还包括在最接近文丘里流量计主体的压力接头的对应端口中接收的 突出的肩状物140。肩状物140具有第一 c形环围绕其设置的外部圆周。在一个实施例中， 围绕肩状物140设置的第一 c形环具有约0. 854英寸的直径。另外，肩状物140还具有压 缩更小的、端部面142和文丘里流量计主体12的相对表面之间的第二c形环的端部面142。 在一个实施例中，第二c形环的直径大约是0. 578英寸。
[0020] 利用位于下壳体104和文丘里流量计主体之间的接口处的一对C形环提供非常高 度完整的稳定的、自激励的密封件。这允许使用像4个螺栓一样少的螺栓，用于足够的力 保持，以将远程密封件100安装到文丘里流量计，或其他的适当的压力容器。用于比较，达 至IJ 15, OOOpsi压力的典型远程密封件设计通常地具有约7英寸的直径、272英寸的厚度，并 且要求用12到16个螺栓安装到压力容器。根据本发明实施例的远程密封件可以具有像5 英寸一样小的直径，1. 125英寸的厚度，并且可以用像4个螺栓一样少的螺栓固定到仪表主 体。更进一步，仪表主体上的密封件的占用面积也大幅减少，使得能够使用更小、更低成本 的仪表主体。
[0021] 图5是根据本发明实施例的远程密封件100的图解剖视图。图5示出图4中描绘 的许多相同构件，但是凭借横截面，示出许多内部的构件。具体地，肩状物140是从压力容 器接收过程流体的压力入口 150的部分。过程流体传递通过倾斜部分152并且靠着能够偏 离的膜片154承受。当膜片154偏离时，导管156中的流体稍微地移动并且通过端口 110 将压力输送到例如压差变送器22(图1中示出）的适当的压力测量装置。能够偏离的膜 片154优选地焊接到上壳体102。该焊接优选地经由已知的TIG焊接完成。另外，下壳体 104随后经由焊接安装到上壳体102。上壳体102和下壳体104之间的焊接出现在接口 158 处并且优选地是电子束焊接。还优选的是，能够偏离的膜片154由与上壳体102和下壳体 104相同的材料构造成。更优选地，上壳体102、下壳体104和膜片154全部由合金c276构 造。当如此构造时，进一步优选的是膜片154具有0.003英寸的厚度。该膜片满足过程和 失效条件二者中的压力要求。进一步，还优选的是膜片154具有约1.9英寸的直径。当如 此构造时，膜片154通过恰当的填充流体（例如硅酮油，或其他的适当的填充流体）在所有 温度范围内保持可接受的性能。尽管合金c276可以是比其他的耐侵蚀合金成本较高的合 金，但是使用本发明各种特征和实施例的过程密封件的物理尺寸的减少允许整个远程密封 件能够从合金c276成本有效地生产。然而，如果采取适当的资格步骤，本发明的实施例可 以通过其他的合金实现。其它的可能材料包括双相不锈钢和合金625或其他的适当的镍基 合金。另外，尽管本发明的实施例通常地使用通过螺栓固定到文丘里流量计主体的远程密 封件，但是在远程密封件被直接地焊接到文丘里流量计主体的情况也可以实践本发明的实 施例。在这种实施例中，优选焊接到仪表主体的电子束。
[〇〇22] 虽然已经参照优选的实施例描述了本发明，但是在本领域熟练的技术人员将认识 到可以在没有脱离本发明的实质和范围的情况下进行形式和细节上的改变。
【权利要求】
1. 一种用于海底应用的远程密封组件，所述组件包括： 上壳体，所述上壳体具有将远程密封件连接到过程流体压力测量装置的流体连接器； 下壳体，所述下壳体连接到上壳体，并且具有构造成用于安装到压力容器的接口，所述 下壳体还具有过程流体入口； 隔离膜片，所述隔离膜片设置在上壳体和下壳体之间；且 其中所述上壳体、下壳体和隔离膜片中的至少一个用适合于浸入盐水中的材料建造。
2. 根据权利要求1所述的远程密封组件，其中至少所述上壳体和下壳体由合金c-276 形成。
3. 根据权利要求1所述的远程密封组件，其中所述上壳体和下壳体通过焊接连接到一 起。
4. 根据权利要求3所述的远程密封组件，其中所述焊接是电子束焊接。
5. 根据权利要求1所述的远程密封组件，其中所述下壳体包括水化物排出特征。
6. 根据权利要求1所述的远程密封组件，其中所述隔离膜片焊接到上壳体。
7. 根据权利要求6所述的远程密封组件，其中所述隔离膜片TIG焊接到上壳体。
8. 根据权利要求1所述的远程密封组件，其中所述整个远程密封组件由合金c-276形 成。
9. 根据权利要求1所述的远程密封组件，其中所述下壳体具有围绕过程流体入口设置 的肩状物。
10. 根据权利要求9所述的远程密封组件，其中所述上壳体包括构造成用于从其中通 过安装螺栓的不超过四个的安装孔。
11. 根据权利要求9所述的远程密封组件，并且进一步包括构造成用于将远程密封组 件连接到压力容器的多个自激密封件。
12. 根据权利要求11所述的远程密封组件，其中所述自激密封件是c形环。
13. 根据权利要求12所述的远程密封组件，其中第一 c形环围绕肩状物设置并且第二 c形环设置在肩状物的轴向面和压力容器之间。
14. 根据权利要求1所述的远程密封组件，还包括至少一个对准特征，构造成用于接合 压力容器的配合特征，以抑制下壳体相对于压力容器的旋转。
15. -种海底过程流体流量测量系统，包括： 文丘里流量计主体，所述文丘里流量计主体构造成用于从其中接收流体流动，所述文 丘里流量计主体具有狭窄的狭道区域和设置在其中的多个压力计接头； 至少一个远程密封件，所述至少一个所述远程密封件安装到文丘里流量计主体上的相 应的压力接头； 压力变送器，所述压力变送器流体地连接到所述至少一个远程密封组件中的每一个； 且 其中每个远程密封组件通过不超过四个螺栓安装到文丘里流量计主体。
16. 根据权利要求15所述的海底过程流体流量测量系统，其中：至少一个远程密封组 件包括多个远程密封件组件。
17. 根据权利要求15所述的海底过程流体流量测量系统，其中：每个远程密封组件由 合金c-276形成。
18. 根据权利要求15所述的海底过程流体流量测量系统，其中：每个远程密封组件包 括通过肩状物和多个自激密封件连接到文丘里流量计主体的过程流体入口。
19. 根据权利要求18所述的海底过程流体流量测量系统，其中：所述自激密封件是c 形环。
20. 根据权利要求19所述的海底过程流体流量测量系统，其中：第一 c形环围绕肩状 物设置并且第二c形环设置在肩状物的轴向面和文丘里流量计主体之间。
21. 根据权利要求15所述的海底过程流体流量测量系统，其中：每个所述远程密封组 件进一步包括与文丘里流量计的配合特征接合的至少一个对准特征。
22. 根据权利要求15所述的海底过程流体流量测量系统，其中：每个所述远程密封组 件包括排出特征。
【文档编号】G01L19/00GK104114989SQ201380007242
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年3月5日 优先权日:2012年3月6日
【发明者】伊瓦尔·布林, 布伦特·W·米勒, 杰伊·谢尔德夫, 高克汉·埃达尔, 大卫·布罗登 申请人:罗斯蒙特公司