本發(fā)明涉及磁性流量計流量管組件。

背景技術：

磁性流量計(或者磁性測量計(mag meter))通過法拉第感應、電磁效應測量流量。磁性流量計給一個或多個線圈提供能量，所述線圈產(chǎn)生穿過流量管組件的截面的磁場。磁場通過流量管組件、經(jīng)過導電過程流體流來感生電動勢(EMF)。經(jīng)過導電流體形成的最終的電勢使用延伸到流動過程流體中的一對電極來測量?？蛇x地，一些磁性流量計采用電極與過程流體之間的電容耦合，使得EMF可以在不直接接觸的情況下被測量。在任何情況下，流動速度都通常與感生的EMF成比例，并且體積流量與流量管的流動速度和橫截面積成比例。

磁性流量計用于各種流體流量測量環(huán)境中。具體地，水基流體、離子溶液和其它導電流體的流量都可以使用磁性流量計來測量。因此，在水處理設施、飲料和衛(wèi)生食品制造、化學加工、高純度藥品制造以及危險且腐蝕性的流體處理設備中可以發(fā)現(xiàn)磁性流量計。磁性流量計通常用于烴類燃料工業(yè)中，所述烴類燃料工業(yè)有時采用使用磨蝕且腐蝕性的料漿的水力壓裂技術。

磁性流量計可以通過各種不同的內(nèi)襯和/或電極材料來限定，以適應采用磁性流量計的應用。內(nèi)襯材料的示例包括：聚四氟乙烯(PTFE)；乙烯-四氟乙烯(ETFE)；PFA；聚氨基甲酸酯；氯丁橡膠；和耐納特橡膠以及其它材料。電極可以由任何適當?shù)牟牧蠘嬙於?，包括?16L不銹鋼；鎳合金276；鉭；鉑/銥混合物；鈦；以及其它適當?shù)牟牧稀?/p>

諸如PTFE、ETFE和PFA等含氟聚合物內(nèi)襯材料通常被選擇用于對化學侵蝕和/或高溫操作具有更好的抵抗。在至少一些應用中，基于含氟聚合 物的襯套/內(nèi)襯正在經(jīng)歷增長的應用需要。例如，在油和氣工業(yè)中，一些含氟聚合物襯套/內(nèi)襯正在經(jīng)受較高壓力和/或溫度。這種狀態(tài)對設計和通過含氟聚合物襯套/內(nèi)襯制造穩(wěn)固的磁性流量計裝置造成挑戰(zhàn)。這是因為至少一些含氟聚合物，例如PTFE，經(jīng)歷“冷流”，其中內(nèi)襯材料在壓力和溫度下膨脹和收縮。這種膨脹/收縮會造成過程流體泄漏。為磁性流量計設置含氟聚合物襯套/內(nèi)襯以及改進的對過程流體泄漏的密封將允許這種含氟聚合物襯套/內(nèi)襯用于增加的壓力和溫度應用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種磁性流量計流量管組件，包括具有第一端部和第二端部的管道。第一頸部凸緣連接到管道的第一端部并具有內(nèi)徑，所述內(nèi)徑具有從該內(nèi)徑徑向向外延伸的第一槽口。第二頸部凸緣連接到第二端部且具有內(nèi)徑，所述內(nèi)徑具有從該內(nèi)徑徑向向外延伸的第二槽口。含氟聚合物襯套/內(nèi)襯設置在第一頸部凸緣、管道和第二頸部凸緣內(nèi)且延伸通過第一頸部凸緣、管道和第二頸部凸緣。一對電極相對于襯套/內(nèi)襯安裝，以測量流動通過襯套/內(nèi)襯的過程流體內(nèi)感生的電壓。彈簧激發(fā)的第一密封環(huán)設置在第一槽口中，彈簧激發(fā)的第二密封環(huán)設置在第二槽口中。本發(fā)明還提供一種密封具有含氟聚合物襯套/內(nèi)襯的磁性流量計的方法。本發(fā)明另外還提供一種具有電極組件的磁性流量計流量管組件，所述電極組件具有彈簧激發(fā)的密封件。

附圖說明

圖1是磁性流量計的示意圖，通過該磁性流量計使得本發(fā)明的實施例特別有用；

圖2是顯示設置在具有一對焊接頸部凸緣的流量管組件內(nèi)的含氟聚合物襯套/內(nèi)襯的圖示橫截面圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的焊接頸部凸緣的一部分的圖示橫截面圖；

圖4是對于本發(fā)明實施例有用的彈簧激發(fā)的密封件的局部圖示立體圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有安裝在其中的彈簧激發(fā)的密封件的焊接頸部凸緣的示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的密封具有含氟聚合物襯套/內(nèi)襯的磁性流量計的方法的流程圖；

圖7是用于磁性流量計的已知的電極組件的示意圖；

圖8是圖7的電極組件在含氟聚合物襯套/內(nèi)襯的冷流期間的示意圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電極組件的示意圖；

圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電極組件的一部分的示意圖；

圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的電極組件的示意圖；以及

圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的電極組件的一部分的放大示意圖。

具體實施方式

圖1是對本發(fā)明的實施例尤其有用的磁性流量計的示意圖。磁性流量計10包括連接到傳送器電子設備14的流量管組件12。流量管組件12包括具有連接到相應的焊接頸部凸緣22和24的端部18和20的一段管道16。焊接頸部凸緣22、24中的每一個都包括安裝孔，所述安裝孔用于安裝到適當?shù)墓芡咕墸沟眠^程流體流動通過管道16。焊接頸部凸緣22、24通常通過將管道16焊接到焊接頸部凸緣的頸部而被連接到管道16。這種連接允許將來自焊接頸部凸緣22、24的應力傳遞到管道16。焊接頸部凸緣典型地用于高壓應用。

流量管組件12另外通常包括線圈/電極部26，所述線圈/電極部包括由傳送器電子設備14驅(qū)動以產(chǎn)生穿過管道16的電磁場的一個或多個電磁線圈。設置在管道16內(nèi)的電極接觸過程流體，并用于響應于感生的磁場來感測穿過過程流體產(chǎn)生的電動勢(EMF)。流量管組件12的(一個或多個)線圈和電極通常連接到殼體28內(nèi)的接線盒，所述接線盒接著可操作地連接到傳送器電子設備14。傳送器電子設備14通常包括被構造成根據(jù)測量的EMF提供過程流體流動的指示的控制器或微處理器。傳送器電子設備14還通常包括通信電路，以如雙向箭頭30所示將這種過程流體流動信息傳送到一個或多個遠程裝置。這種通信可以為有線進程通信或無線進程通信的形式。

圖2是顯示設置在連接到一對焊接頸部凸緣的管道內(nèi)的含氟聚合物襯套/內(nèi)襯的圖示橫截面圖。凸緣22、24中的每一個分別包括密封面32、34，所述密封面被構造成接合密封環(huán)并且從而以使流體連通的方式連接到相對的管凸緣。在一些情況下，所述密封件可以為容納在溝槽36、38中的環(huán)型密封件，以便產(chǎn)生高壓金屬-金屬連接。在RTJ密封環(huán)的使用提供穩(wěn)固密封的同時，還在襯套/內(nèi)襯42的外徑40與密封環(huán)的內(nèi)徑之間形成間隙。該間隙允許加壓的過程流體接合或以其它方式接觸含氟聚合物襯套/內(nèi)襯42與焊接頸部凸緣22、24之間的交界面44。通常，襯套/內(nèi)襯42過盈配合到管道16的內(nèi)徑中，因此在襯套/內(nèi)襯42與管道16之間不存在粘結。在一些冷流情況下，內(nèi)襯42將膨脹或收縮，并且在凸緣表面處會產(chǎn)生泄漏路徑。一旦過程流體破壞交界面44，則過程流體會非?？斓匮刂艿?6的內(nèi)徑移動到達電極46。當過程流體到達電極時，這種電極的電絕緣被打破，并且電極不再能夠?qū)碜赃^程流體的感生電壓傳送到傳送器電子設備14。

本發(fā)明的實施例整體在電極的上游側(cè)和下游側(cè)提供穩(wěn)固的密封，使得如果過程流體將破壞交界面44，則這種泄漏的過程流體將不會到達任何一個電極46。另外或者可選地，本發(fā)明的實施例還可以環(huán)繞每一個電極組件提供穩(wěn)固的密封。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有密封槽口的焊接頸部凸緣的圖示橫截面圖。焊接頸部凸緣124與焊接頸部凸緣24(圖2所示)相似之處在于包括凸面126和RTJ溝槽38。進一步地，交界面44被設置在襯套/內(nèi)襯42的外徑40與焊接頸部凸緣124的表面126之間。因此，在一些情況中，過程流體可能破壞交界面44。然而，焊接頸部凸緣124包括機械加工或者以其它方式生成的從內(nèi)徑129徑向向外延伸的槽口128。在圖3中顯示的實施例中，槽口128包括從焊接頸部凸緣124的軸線131基本上向外垂直延伸的第一表面130。槽口128還包括外表面132，在圖3所示的實施例中，所述外表面以大致直角與表面130相遇。最后，在圖3所示的實施例中，槽口128還包括與表面130相對設置的成角度的表面134。成角度的表面134幫助容納彈簧激發(fā)的密封件(圖4所示)。一旦所述密封件在適當?shù)奈恢?，則表面130提供穩(wěn)固的基座，使得作用在密封件上的過程流體的壓力不會使密封件移動。本發(fā)明的實施例通常在焊接頸部凸緣的內(nèi)徑內(nèi)設置槽口128，這是因 為由于該區(qū)域中襯套/內(nèi)襯42的移動以及由夾持負載所引起的靜壓力，使得焊接頸部凸緣124的表面126上放置密封件將會出現(xiàn)問題。

圖4是彈簧激發(fā)的密封件的局部圖示立體圖，所述密封件被構造成容納在槽口128(圖3中所示)內(nèi)，以防止破壞交界面44(圖3中所示)的過程流體到達電極46。彈簧激發(fā)的密封件140通常包括鄰接表面130(圖3所示)的表面142。密封件140還包括具有尺寸形成為在內(nèi)部容納金屬彈簧146的開口的U形部144。在圖4所示的實施例中，金屬彈簧146為由316L不銹鋼形成的螺旋彈簧。另外，雖然僅有一部分彈簧激發(fā)的密封件140顯示在圖4中，但是這種圖示是用來顯示密封件的橫截面且能夠想到設置整個連續(xù)的密封件。在一些實施例中，彈簧激發(fā)的密封件140的材料選擇為匹配流量管組件內(nèi)已經(jīng)存在的材料。例如，如果襯套/內(nèi)襯42由PTFE構造而成，則部分142和144也可以由PTFE構造而成。另外，如果焊接頸部凸緣124或電極46由不銹鋼構造而成，則彈簧146也可以由不銹鋼構造而成。依此方式，第三被潤濕的材料由于這些材料類型已經(jīng)被潤濕而不會被引入來處理。彈簧146由于U形部144而開口，以使過程流體漏出并因此獲得這種過程流體，從而在接頭處引起膨脹。所述膨脹即使在冷流狀態(tài)期間也能關閉通向電極46的路徑。在一個實施例中，彈簧146被斜切/削邊，使得襯套/內(nèi)襯42在制造或修理期間的插入不會導致彈簧146彈出。

圖5是具有安裝在其中的彈簧激發(fā)的密封件140的焊接頸部凸緣124的示意圖。在圖5中，襯套/內(nèi)襯42為了圖示目的而被移除。密封件140的彈簧146朝向焊接頸部凸緣124的密封面126開口。這確保在過程流體破壞交界面44(圖2所示)的情況下，這種過程流體將遇到彈簧146并且從而導致密封件140膨脹，以防止任何過程流體進一步流向電極。這將通過襯套/內(nèi)襯生成實際上不能穿過的屏障，并且將確保過程流體不會到達電極且使得減少流量計運行。另外，應該相信，本發(fā)明的實施例基本上允許在較高高壓下使用含氟聚合物襯套/內(nèi)襯，從而擴展這種化學上的惰性材料可以經(jīng)受的壓力的可使用范圍。雖然本發(fā)明的實施例通常采用襯套/內(nèi)襯與流量管/焊接頸部組件之間的過盈配合，但是本發(fā)明的實施例在擴張的含氟聚合物部分與焊接頸部凸緣之間在交界面44處或者緊鄰交界面44還可以采用化學鍵，以形成另外的高壓密封件。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的密封具有含氟聚合物襯套/內(nèi)襯的磁性流量計的方法的流程圖。方法150以方框152開始，其中提供具有一對帶有內(nèi)槽口的焊接頸部凸緣的流量管組件。槽口中的每一個從流量管的內(nèi)徑向外延伸。這些槽口的尺寸和形狀形成為在該槽口中容納和保持彈簧激發(fā)的密封環(huán)，例如環(huán)140。在方框156處，彈簧激發(fā)的密封環(huán)，例如環(huán)140，放置在每一個槽口中。在一些實施例中，每一個密封環(huán)中的彈簧被斜切/削邊以防止在襯套/內(nèi)襯插入期間被彈出。每一個密封環(huán)具有面向其最近的焊接頸部凸緣的開口，使得泄漏經(jīng)過焊接頸部凸緣/襯套交界面的過程流體將進入開口并使密封件內(nèi)的彈簧承受流體而在密封件處引起膨脹。所述膨脹即使在冷流狀態(tài)期間也關閉通向電極的路徑。在方框158處，含氟聚合物襯套/內(nèi)襯被插入流量管中?？蛇x地，方框160還可以被執(zhí)行以將含氟聚合物襯套/內(nèi)襯化學結合到流量管，以在(一個或多個)襯套/流量管交界面處另外密封。

到目前為止說明的實施例基本上防止或阻擋可能出現(xiàn)在安裝凸緣附近的過程流體泄漏而在含氟聚合物襯套/內(nèi)襯經(jīng)歷冷流時到達電極。然而，當含氟聚合物襯套/內(nèi)襯經(jīng)歷冷流時，流量管組件存在可能容易受到過程流體泄漏的其它區(qū)域。具體地，與這種流量管組件一起使用的已知的電極組件在與容易受到冷流的含氟聚合物襯套/內(nèi)襯一起使用時可能會經(jīng)歷過程流體泄漏。

圖7是用于磁性流量計的已知的電極組件的示意圖。電極組件200包括電極46，所述電極具有頭部202和主體204、電極護管206、外接觸螺釘208和殼體210。螺帽212接合在殼體210上，以便保持電極的頭部202、主體204和接觸螺釘208。配線或者其它適當?shù)倪B接通常連接到緊鄰接觸螺釘208的電極組件200。這允許電極頭部202與傳送器電子設備14之間具有穩(wěn)固的連接。電極頭部202被設置成接觸流動通過管道16的過程流體。如圖7中所示，在正常操作期間，電極頭部202至少部分地沉入含氟聚合物襯套/內(nèi)襯42內(nèi)。

圖8是圖7的電極組件在含氟聚合物襯套/內(nèi)襯的冷流期間的示意圖。圖8與圖7相似，但顯示了在襯套/內(nèi)襯42的冷流期間，電極頭部202可以脫離開含氟聚合物襯套/內(nèi)襯42的內(nèi)徑218，從而產(chǎn)生可以允許過程流體漏出的間隙220。

圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電極組件的示意圖。電極組件300包括電極頭部302，在一個實施例中，所述電極頭部302壓配合成與含氟聚合物襯套/內(nèi)襯42的內(nèi)徑218齊平。這幫助減小噪音和顆粒積聚。電極頭部302連接到電極伸出部303，所述電極伸出部在通道304內(nèi)延伸且包括用于接收螺釘305的螺紋接收部。在一個實施例中，通道304為金屬且在交界面308處焊接或以其它方式連接到管道16的外徑306。在一個實施例中，含氟聚合物空腔310成型到管道16和通道304中。用于含氟聚合物空腔310的含氟聚合物的適當示例包括可以根據(jù)需要成型為各種形狀的PFA和ETFE。這些形狀用于引導朝向彈簧激發(fā)的密封件312的流動并且防止顆粒進入電極頭部302與襯套/內(nèi)襯42之間的區(qū)域。彈簧激發(fā)的密封件312由配合到夾套中的彈簧形成。當過程流體遇到彈簧激發(fā)的密封件312時，過程流體的壓力作用在夾套的內(nèi)側(cè)面上，從而向外擠壓夾套。該向外的力幫助增加密封件的密封能力。因此，當彈簧激發(fā)的密封件312插入含氟聚合物空腔310中時，在電極與通道壁之間形成實際上不能穿過的屏障。當過程流體填充空腔時，壓力通過彈簧被施加到電極和通道壁，從而容納過程流體。含氟聚合物空腔310的薄層能夠提供密封所必需的反作用力，同時還提供電絕緣。

圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電極組件的一部分的示意圖。具體地，圖10顯示通過電極322上的唇狀部320被保持在適當位置的彈簧激發(fā)的密封件312。另外，圖10顯示由夾套326內(nèi)的彈簧324形成的密封件312。在一個實施例中，彈簧324由316不銹鋼形成，夾套326由PFA或ETFE形成。在一些實施例中，彈簧激發(fā)的密封件312可以為現(xiàn)成的密封件。在一個實施例中，彈簧324和夾套326由已經(jīng)在具有含氟聚合物襯套/內(nèi)襯的標準RTJ型的HP磁性流量計中被潤濕的材料形成。圖10還顯示形成在含氟聚合物空腔310中且朝向彈簧激發(fā)的密封件312開口的通道328。通道328中的過程流體引起彈簧324靠在夾套326上，以將夾套326擠壓到相鄰的壁中，從而形成密封件。

圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的電極組件的示意圖。電極組件400與電極組件300具有許多相似性，并且相同的部件同樣地標號。電極組件400仍然采用彈簧激發(fā)的密封件312。然而，電極組件400的電極伸出部403具有擴張部410。另外，隔離墊圈412設置在擴張部410與螺帽212之間。 擴張部410和隔離墊圈412幫助防止組件在螺帽212被旋緊時過度扭轉(zhuǎn)。

圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的電極組件的一部分的放大示意圖。在圖12所示的實施例中，電極組件500包括具有肩狀部504的電極伸出部502，所述肩狀部具有大于管道16的壁中的內(nèi)徑508的外徑506。因此，肩狀部504在彈簧激發(fā)的密封件312處用作壓縮限動件。

雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實施例說明本發(fā)明，但是本領域技術人員將會認識到，在不背離本發(fā)明的精神和保護范圍的情況下可以對形式和細節(jié)做出改變。