CN100392392C - 超声探测式储罐自动脱水方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声探测式储罐自动脱水方法及其装置。为解决现有脱水方法可靠性差，操作难度大的问题，其是储罐底部通过导管串接一个分水罐，再在分水罐外侧壁上垂直间隔安装两个或三个具有发射和接收功能的双功能超声探头，分水管的罐外段安装有电磁阀；通过测算和比对各超声探头发射的脉冲超声信号由超声探头对面的分水罐内壁反射回来的回波时间来判断分水罐内的水位，当各超声探头的回波时间相同时，则由控制器打开电磁阀进行脱水，当各超声探头的回波时间不同时，则由控制器关闭电磁阀停止脱水。因此，其具有分水质量好，可靠性强，测量精度高，功耗低，易于操作的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种油类脱水装置，特别是涉及一种超声探测式储罐自动脱水方法及其装置。
背景技术
在石油化工领域，原油及成品油都需要脱水，以保障安全生产和产品质量。目前国内的石油及成品油的脱水装置基本还是手工操作，以前所有自动脱水装置，基本分为机械类和射频导纳两种形式，即在需要分水的储罐下部内侧面安装检测分水层信息的浮子或射频导纳探头，分水管管口则位于浮子或射频导纳探头的下方，通过浮子或射频导纳探头得到的水层信息指示电磁阀进行分水。
射频导纳式是由变送器中的CPU给出一个激励脉冲，经过功放电路(发射电路)放大后，加到位于罐内的射频导纳探头上发射超声信号，此信号在贮罐内传播并被射频导纳探头接收反射信号后变成电信号，经变送器中的限幅电路(接收电路)进行限幅保护后，再送到变送器中的放大电路(处理电路)进行放大，经过变送器中的CPU采集处理后进行比对，根据反射信号强度的不同判断所在液位是水层还是油层，并由变送器中的CPU将控制信号送至控制器，最后由控制器操控分水管上的电磁阀的开闭，以确保分水管流出的始终是水。其比对原理是：因为水与油的介电常数不同，同样强度的发射信号经储罐内介质反射后再由射频导纳探头接收到的反射信号必然不同，即反射信号的强弱不同，通过测定反射信号的强弱就能分辨出水层和油层；当然水层的反射信号需要事先预存到CPU中作为比对标准，当反射信号强度变化时，说明超声探头所在液位已经不是水层，即可关闭电磁阀停止分水。
插入式和接触式射频导纳探头易受液体的污染、腐蚀、磨损，存在可靠性差，安装检查维修都不方便的缺陷。
另外，现有分水装置的超声探头都是一个，并且直接安装在储罐上，储罐中油水分界面会受到油流的搅动影响，常常存在油水分界线不清和分水质量差的问题，也增加了分水操作难度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种分水质量高，可靠性强，易于操作的超声探测式储罐自动脱水方法；本发明的目的还在于提供用于实施该方法的脱水装置。
为实现上述目的，本发明超声探测式储罐自动脱水方法是储罐底部通过导管串接一个分水罐，再在分水罐外侧壁上垂直间隔安装两个或叁个具有发射和接收功能的双功能超声探头，最下方一个超声探头位于分水罐下部，安装在分水罐上的分水管的进水口也位于分水罐下部，分水管的罐外段安装有电磁阀；通过测算和比对各超声探头发射的脉冲超声信号由超声探头对面的分水罐内壁反射回来的回波时间来判断分水罐内的水位，当各超声探头的回波时间相同时，则由控制器打开电磁阀进行脱水，当各超声探头的回波时间不同时，则由控制器关闭电磁阀停止脱水。因为超声波在水和油中的传播速度不同，当各超声探头采集到的回波时间相同时，必然各超声探头所在液面都是相同介质，因为最下面一个超声探所在液位始终是水，因此，回波时间相同时就能脱水，不同时说明个别超声探头所在液位已经出现油，则应当停止脱水。该多探头式脱水方法与现有的单探头型脱水方法相比具有精度高，可靠性强，可操作性强的优点。分水罐式脱水方法与现有的储罐式脱水方法相比具有分水效率高和方便控制的优点。
作为优化，分水管的进水口位于最下方一个超声探头与其它超声探头之间，各超声探头依次循环进行探测。前者有助于避免分水水流对最下方一个超声探头反射信号的干扰和通过该探头回波时间的变化及时了解分水罐底部污泥的沉积情况；后者则既能提高检测精度，又能节省变送器部分的成本。
作为优化，由变送器依次循环向各超声探头发射频率为100K-10MHz脉冲超声信号和接收自超声探头对面分水罐内壁反射回来的回波信号，各超声探头的回波时间经变送器中的CPU进行计算和比对，分水罐的温度≥20℃。此技术方案有利于优化分水效果。
用于实施本发明脱水方法的脱水装置包括储油罐和用于探测油层、水层的超声探头及与超声探头相连的变送器和由变送器操控的电磁阀，变送器中安装有能记录和比对回波时间的CPU，CPU通过控制器连接电磁阀，储油罐底部通过输水管串联一个立式分水罐，分水罐内安装一个进水口位于分水罐下部的分水管，电磁阀安装在分水管上；两个或叁个具有发射和接收功能的双功能超声探头分别垂直间隔安装在分水罐的外侧，最下方一个双功能超声探头安装在分水管进水口所在的液位附近；当各双功能超声探头的回波时间相同时，CPU通过控制器打开电磁阀；当各双功能超声探头的回波时间不同时，CPU通过控制器关闭电磁阀。其工作过程是由变送器中的CPU控制发射电路和接收电路，依次向安装在分水罐侧面的各个超声探头发射超声脉冲信号，并接收由分水罐对面内侧反射回来的超声脉冲信号，经过CPU处理后得到各个超声探头的回波时间，当所有回波时间相同时，则打开电磁阀进行分水；当回波时间不同时，则关闭电磁阀停止分水。因为最下方一个超声探头所在液位始终是水，只要回波时间不同就说明另外的超声探头处有油层，只要回波时间相同必定所有探头处都是水。显然，叁个超声探头比两个的技术方案具有更高的分水质量，可靠性更强。另外，引入独立的分水罐后，既避免了储罐中油流对分层界面的干扰，又能在保证在含水量较少时也能正常工作。如此设计，分水管中永远不会流出油。因此，其具有分水质量高，可靠性强，易于操作的优点。
作为优化，分水管进水口高于最下方一个双功能超声探头，低于其它双功能超声探头，超声探头的频率范围为100K-10MHz。如此设计，有利于及时发现分水罐底部污物的沉积，即当最下方一个双功能超声探头的回波时间出现非正常变动时，即说明分水罐底部有污物的沉积，从而及时开启排污阀进行排污。因为分水管进水口以上的污物会补水流随时带走。
作为优化，分水罐为直径为600mm、高度为600mm的圆柱罐，三个超声探头与分水罐底之间的距离分别为150mm、350mm和450mm，分水管进水口与分水罐底之间的距离为200mm。该数值可任意放大和缩小，并能在不破坏其功能的前提下进行相对变动。如此设计，既有利于降低设备造价，又能充分满足正常的脱水要求。
作为优化，在变送器中还装有由CPU操控的用于连接各双功能超声探头的循环开关电路或在变送器与各双功能超声探头之间接入一个循环式电子开关。如此设计，有利于降低变送器的造价。
作为优化，分水管自分水罐顶部引出，分水罐底部安装有排污阀。如此设计，前者有利于降低分水水流对油水分界面的影响，后者通过及时排污则能保障分水罐的正常运行。
作为优化，储油罐与分水罐之间的输水管上安装有手动阀，分水罐还安装有排污孔，变送器安装在分水罐顶部。如此设计，前者则方便分水罐的日常维护，后者则既方便生产，又有利于保护变送器。
作为优化，变送器还进一步连接有显示器或和用于输出及输入控制信号的串口线。如此设计，显示器的引入则有利于实时观察设备运行情况和及时进行排污，串口线的引入则有利于完善设备性能。
作为优化，分水罐还配有加热保温装置。因为各种原油和成品油与水之间在低温下可能有重合点，罐内温度需要保持在20℃以上。加热保温装置的引入则能使保证脱水装置的正常运转。
采用上述技术方案后，本发明超声测控型油罐自动分水装置解决了现有脱水装置污染、腐蚀、磨损严重，维护保养难度大的问题，具有结构简单，分水质量好，可靠性强，测量精度高，功耗低，易于操作的优点。
附图说明
图1是本发明超声探测式储罐自动脱水方法的流程示意图；
图2是本发明脱水装置第一种实施方式的结构示意图；
图3是本发明脱水装置第二种实施方式的结构示意图；
图4是本发明脱水装置第三种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例作更进一步的说明：
如图1所示，本发明超声探测式储罐自动脱水方法是储罐底部通过导管串接一个分水罐，再在分水罐外侧壁上垂直间隔安装叁个具有发射和接收功能的双功能超声探头，最下方一个超声探头位于分水罐下部，安装在分水罐上的分水管的进水口也位于分水罐下部，分水管的罐外段安装有电磁阀；通过测算和比对各超声探头发射的脉冲超声信号由超声探头对面的分水罐内壁反射回来的回波时间来判断分水罐内的水位，当各超声探头的回波时间相同时，则由控制器打开电磁阀进行脱水，当各超声探头的回波时间不同时，则由控制器关闭电磁阀停止脱水。分水管的进水口位于最下方一个超声探头与其它超声探头之间，各超声探头依次循环进行探测。其脱水过程是向三个超声探头依次分别发射和接收脉冲超声信号，计算各超声探头的回波时间，比对各超声探头的回波时间，如果各超声探头的回波时间相同则打开电磁阀进行脱水，如果各超声探头的回波时间不同则关闭电磁阀停止脱水。
用于实施该方法的分水装置的实施例如下：
实施例一，如图2所示，本发明脱水装置由一个储油罐1、一个通过带手动阀2的输水管与储油罐1底部相连的分水罐3、和两个安装在分水罐3侧壁外侧上的具有发射和接收功能的双功能超声探头4及一个变送器5组成。分水罐3内安装一个的分水管6，分水管6的进水口位于分水罐3下部并从分水罐3顶部引出，分水管6进一步连接一个电磁阀7。一个双功能超声探头4低于分水管6进水口，另一个双功能超声探头4高于分水管6进水口并位于分水罐3的上部；当各双功能超声探头4的回波时间相同时，变送器5中的CPU通过控制器打开电磁阀7；当各双功能超声探头4的回波时间不同时，变送器5中CPU通过控制器关闭电磁阀7。分水罐3底部还装有排污阀8。超声探头的换能器固定在一个磁钢盘上，并通过环氧树脂胶粘在分水罐的侧壁上，磁钢盘起定位固定作用，环氧树脂起密封和藕合的作用，换能器是用聚氨脂浇封剂浇封的压电陶瓷。超声探头的频率范围为100K-10MHz。
实施例二，如图3所示，本发明脱水装置由一个储油罐1、一个通过带手动阀2的输水管与储油罐1底部相连的分水罐3、和叁个垂直间隔安装在分水罐3侧壁外侧上的具有发射和接收功能的双功能超声探头4及一个变送器5组成。分水罐3内安装一个的分水管6，分水管6的进水口位于分水罐3下部并从分水罐3顶部引出，分水管6进一步连接一个电磁阀7。一个双功能超声探头4低于分水管6进水口，其它双功能超声探头4高于分水管6进水口并分别位于分水罐3的中、上部；分水罐3底部还装有排污阀8。变送器5中CPU的超声脉冲信号输出端子通过发射电路52及循环式电子开关9连接各双功能超声探头4；变送器5中CPU的超声脉冲回波信号输入端子通过回波信号处理电路53、回波信号接收电路54及循环式电子开关9连接各双功能超声探头4；变送器5中CPU的控制信号输入端子连接电磁阀7；变送器5中CPU还进一步连接有显示器10和功能扩展串口11。当各双功能超声探头4的回波时间相同时，变送器5中的CPU通过控制器51打开电磁阀7；当各双功能超声探头4的回波时间不同时，变送器5中CPU通过控制器51关闭电磁阀7。分水罐3为直径为600mm、高度为600mm的圆柱罐，三个超声探头4与分水罐3底之间的距离分别为150mm、350mm和450mm，分水管6进水口与分水罐3底之间的距离为200mm。超声探头的频率范围为100K-10MHz。
其工作过程是：由变送器中的CPU通过发射电路向超声探头发射一个超声脉冲信号，此脉冲信号穿过分水罐罐壁，通过分水罐内的介质，传输到超声探头对面的罐壁上，反向回来。由探头接收反射回来的超声信号，经变送器中的处理电路处理后再由CPU计算出回波时间。由于三个超声探头是通过循环式电子开关依次进行发射和接收的，因此CPU总能得到三个超声探头的回波时间进行比对。由于最底部一个超声探头处的液面永远是水，因此，只要三个探头的回波时间相同，就证明分水罐内都是水，CPU就会通过控制器打开电磁阀进行脱水；如果不同，分水罐内就必定进入了油或其它介质，证明储罐内已经没有水，于是CPU就会通过控制器关闭电磁阀，停止脱水。
实施例三，如图4所示，本发明脱水装置由一个储油罐1、一个通过带手动阀2的输水管与储油罐1底部相连的分水罐3、和叁个垂直间隔安装在分水罐3侧壁外侧上的具有发射和接收功能的双功能超声探头4及一个变送器5组成。分水罐3内安装一个的分水管6，分水管6的进水口位于分水罐3下部并从分水罐3顶部引出，分水管6进一步连接一个电磁阀7。一个双功能超声探头4低于分水管6进水口，其它双功能超声探头4高于分水管6进水口并分别位于分水罐3的中、上部；分水罐3底部还装有排污阀8。变送器5中CPU的超声脉冲信号输出端子通过发射电路52及循环开关电路55连接各双功能超声探头4；变送器5中CPU的超声脉冲回波信号输入端子通过回波信号处理电路53、回波信号接收电路54及循环开关电路55连接各双功能超声探头4；变送器5中CPU的控制信号输入端子连接电磁阀7；变送器5中CPU还进一步连接有显示器10和功能扩展串口11；CPU的循环开关电路55控制信号输出端子还直接与循环开关电路55相连。当各双功能超声探头4的回波时间相同时，变送器5中的CPU通过控制器51打开电磁阀7；当各双功能超声探头4的回波时间不同时，变送器5中CPU通过控制器51关闭电磁阀7。分水罐3为直径为600mm、高度为600mm的圆柱罐，三个超声探头4与分水罐3底之间的距离分别为150mm、350mm和450mm，分水管6进水口与分水罐3底之间的距离为200mm。超声探头的频率范围为100K-10MHz。
其工作过程是：由变送器中的CPU通过发射电路向超声探头发射一个超声脉冲信号，此脉冲信号穿过分水罐罐壁，通过分水罐内的介质，传输到超声探头对面的罐壁上，反向回来。由探头接收反射回来的超声信号，经变送器中的处理电路处理后再由CPU计算出回波时间。由于三个超声探头是通过循环开关电路依次进行发射和接收的，因此CPU总能得到三个超声探头的回波时间进行比对。由于最底部一个超声探头处的液面永远是水，因此，只要三个探头的回波时间相同，就证明分水罐内都是水，CPU就会通过控制器打开电磁阀进行脱水；如果不同，分水罐内就必定进入了油或其它介质，证明储罐内已经没有水，于是CPU就会通过控制器关闭电磁阀，停止脱水。
Claims (8)
1.一种超声探测式储罐自动脱水方法，其特征在于储罐底部通过导管串接一个分水罐，再在分水罐外侧壁上垂直间隔安装两个或叁个具有发射和接收功能的双功能超声探头，最下方一个超声探头位于分水罐下部，安装在分水罐上的分水管的进水口也位于分水罐下部，分水管的罐外段安装有电磁阀；通过测算和比对各超声探头发射的脉冲超声信号由超声探头对面的分水罐内壁反射回来的回波时间来判断分水罐内的水位，当各超声探头的回波时间相同时，则由控制器打开电磁阀进行脱水，当各超声探头的回波时间不同时，则由控制器关闭电磁阀停止脱水；分水管的进水口位于最下方一个超声探头与其它超声探头之间，各超声探头依次循环进行探测。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于由变送器依次循环向各超声探头发射频率为100K-10MHz脉冲超声信号和接收自超声探头对面分水罐内壁反射回来的回波信号，各超声探头的回波时间经变送器中的CPU进行计算和比对，分水罐的温度≥20℃。
3.一种超声探测式储罐自动脱水装置，包括储油罐和用于探测水层的超声探头及与超声探头相连的变送器和由变送器操控的电磁阀，变送器中安装有能记录和比对回波时间的CPU，CPU通过控制器连接电磁阀，其特征在于储油罐底部通过输水管串联一个立式分水罐，分水罐内安装一个进水口位于分水罐下部的分水管，并且分水管自分水罐顶部引出，电磁阀安装在分水管的罐外段上；两个或叁个具有发射和接收功能的双功能超声探头分别垂直间隔安装在分水罐的外侧，分水管进水口高于最下方一个双功能超声探头，低于其它双功能超声探头，超声探头的频率范围为100K-10MHz；当各双功能超声探头的回波时间相同时，CPU通过控制器打开电磁阀；当各双功能超声探头的回波时间不同时，CPU通过控制器关闭电磁阀。
4.根据权利要求3所述装置，其特征在于分水罐为直径为600mm、高度为600mm的圆柱罐；所述脱水装置安装有三个超声探头，所述三个超声探头与分水罐底之间的距离分别为150mm、350mm和450mm，分水管进水口与分水罐底之间的距离为200mm。
5.根据权利要求3或4所述装置，其特征在于在变送器中还装有由CPU操控的用于连接各双功能超声探头的循环开关电路或在变送器与各双功能超声探头之间接入一个循环式电子开关。
6.根据权利要求5所述装置，其特征在于分水罐底部安装有排污阀。
7.根据权利要求6所述装置，其特征在于储油罐与分水罐之间的输水管上安装有手动阀，分水罐还安装有排污孔，变送器安装在分水罐顶部。
8.根据权利要求7所述装置，其特征在于变送器还进一步连接有显示器和用于输出及输入控制信号的串口线。
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