CN101611293A - 振动监控 - Google Patents

Abstract

公开了一种延迟除焦器单元操作期间用于监控截割工具的状态的系统、装置和方法，以及用于在焦化过程期间远程地监控塔内的焦炭或者泡沫的水平的系统。一个或者多个传感器或者加速度计被连接到延迟焦化单元操作的位置处，以读取从各个加速度计被定位在其上的部件所发出的振动。振动数据被传输到计算机系统，该计算机系统将数据进行处理，以提供延迟焦化单元操作的操作者可以观察的有用信息。

Description

振动监控

技术领域

本发明涉及振动监控装置和使用这种振动监控装置的方法。具体而言，本发明涉及确定焦化塔内部的焦炭或者焦炭副产品的水平，以及利用加速度计和用于签名检测的数学算法地无破坏签名识别系统。

背景技术

在原油被处理的石油炼制操作中常常会产生残油。很多炼油厂从重质残留烃中回收有价值的产品。当在延迟焦化器单元中处理时，残油在熔炉中被加热到足够引起破坏性蒸馏的温度，在该破坏性蒸馏中，残油的有价值的部分会被转化，或者“裂解”为有用的烃产品，并且剩余物形成了石油焦炭，主要由碳组成的材料。

大体而言，延迟焦化处理涉及加热来自分馏装置的重烃给料，然后将加热的重烃给料泵入通常被称为焦炭塔的大型钢制容器。加热的重质给料的未蒸发部分在焦炭塔内沉淀，这里保留时间和温度的综合影响实现了焦炭的形成。来自焦炭容器顶部的蒸汽返回到分馏装置的底部，用于进一步处理为所需的轻烃产品。焦炭塔内的正常的操作压力典型地是从25至50p.s.i的范围内，并且给料输入温度可以在800℉和1000℉之间改变。

焦炭塔的结构尺寸和形状在各个设备之间差别很大。焦炭塔一般是高度为90至100英尺、直径为20至30英尺的大型、直立、圆柱形、金属容器。焦炭塔具有顶头和与底头相配的底部。焦炭塔一般成对地存在，以便他们可以交替地操作。焦炭在容器内沉淀积累，直到被填满，这时，加热的给料被转到交替使用的空焦炭塔。在一个焦炭塔填充加热的残油的同时，另一个容器被冷却并清除焦炭。

焦炭去除，通常也被称为除焦，从淬火步骤(quench step)开始，在该淬火步骤中，蒸汽然后和水被引入到填充焦炭的容器内，以实现易挥发的轻烃的回收，并且冷却大量的焦炭。在焦炭塔已经被填充、剥离然后淬火以使焦炭处于固态并且使温度下降到合理的水平之后，淬火水通过管道从塔排出，从而允许塔的安全去头(unheading)。当底部开口被去头时，塔然后与大气压力相投，以允许去除焦炭。一旦去头完成，塔内的焦炭通过高压水注从塔内切除。

除焦在大多数工厂里是利用由钻杆和钻头组成的液力系统来实现，该钻杆和钻头将高压水引入焦床。称为截割工具的旋转组合钻头典型地是直径为22英寸，具有多个喷嘴，并且被安装在直径大约为7英寸的长空心钻杆的下端上。钻头在钻杆上穿过在容器顶部的凸缘开口下降到容器内。利用喷嘴穿过焦炭钻出了“钻孔”，该喷嘴在与竖直呈大约0度和23度之间的角度喷射高压水。这形成了直径大约为2至3英尺的导向钻孔，用于焦炭下落。

在完成初始钻孔之后，钻头然后机械地被切换为准备用于截割“截”孔的至少两个水平喷嘴，该截孔延伸到整个塔直径。在截割模式下，喷嘴随着钻杆缓慢地旋转、水平向外喷射水注，这些水注将焦炭截割成碎片，这些碎片从容器的开口底部落入到将焦炭引向接收区的斜道。在所有使用的系统中，钻杆然后从容器顶部的凸缘开口缩回。最后，容器的顶部和底部通过替换使用在容器装置上的头装置、凸缘或者其他关闭装置而关闭。容器然后变为清洁的，并且准备下一个填充重烃给料的循环。

在一些焦炭截割系统中，在钻孔被形成之后，钻杆必须从焦炭塔去除，并且重置为截割模式。这花费时间，很不方便，并且存在着潜在的危险。在其他的系统中，模式被自动地切换。在焦炭塔内的自动切换常常会使得钻杆堵塞，这仍然需要在完成焦炭截割工艺之前将钻杆取下进行清洁。由于所有的变化发生在塔内，因此，在自动切换系统中，常常很难确定钻杆是处于截割模式还是钻孔模式。识别高压水是处于截割还是钻孔的错误将导致严重的事故。因此，由于切换操作者并不知道截割工艺是完成还是仅仅阻塞，所以焦炭截割效率受到影响。

如果液力截割系统在钻杆从顶部塔开口升出之前没有被关闭，则操作者将会遭受着高压水注，并且受到严重伤害，包括肢解。因此，当手动将截割头从钻孔模式改变为截割模式时，或者当操作者不能够准确地判断头是处于截割、钻孔还是关闭时，操作者在正被除焦的容器附近遭受面临高压水注的显著的安全危险。

在焦化工艺中所面临的另一个问题是，确定塔顶部处的焦炭的水平。类似地，位于焦炭顶部的泡沫的水平也难以确定。如果焦炭水平过高或者如果泡沫进入到连接于塔的给料管道内，则可能会发生本领域的技术人员所熟知的无数严重问题。

发明内容

本发明涉及在延迟焦化器单元操作期间用于远程监控截割工具的状态的系统，和在焦化过程期间用于远程监控塔内的焦炭或者泡沫的水平的系统。前一系统涉及用于允许与从被称为焦炭塔的大型圆柱形容器内去除被称为焦炭的固体碳质残渣有关的操作者从远程位置确定除焦操作的状态的系统。后一系统涉及允许与焦化期间监控塔内的焦炭和/或泡沫水平有关的操作者更精确并且更有效地防止泡沫溢出和由于焦炭水平升得过高而引起灾难性的后果的系统。

一些实施例涉及连续监控和检测运载着高温和/或高压流体或者气体的弯管和管道降低的材料厚度。

在一些实施例中，监控系统可以用于测量轴承磨损。在优选的实施例中，在重要旋转机发生故障之前，可以检测到轴承的损坏。

在一些实施例中，监控系统可以用于检测焦炭堵塞在进入到焦炭塔之前加热石油的熔炉管道。

在一些实施例中，监控系统可以用于监控/检测管道内的流体/气体的移动。

优选的实施例涉及利用振动监控系统接收关于除焦或者焦化操作的有用的信息的系统。一些实施例涉及利用声音监控系统、温度监控系统、和/或压力监控系统来接收该有用信息的系统。

本发明的优选的实施例涉及这样的系统，该系统允许操作者在焦炭塔内截割焦炭时远程地检测截割工具的状态，并且在焦炭塔内可靠地截割焦炭同时远程地检测工具何时在“钻孔”和“截割”模式之间切换，并且不需要将钻头移出焦炭塔，用于机械的改变或者检查。

本发明的优选实施例还涉及这样的系统，该系统允许操作者通过使用垂直布置的加速度计远程地测量焦炭塔内焦炭或者泡沫的水平。

优选的实施例提供指示除焦或者焦化操作的状态的视频显示器。在一些实施例中，视频显示器允许操作者确定当前截割工具处于什么模式。在一些实施例中，视频显示器包括通过FFT算法运行的信号的显示。

在一些实施例中，振动数据用于提供关于延迟焦化器单元的截割工具的机械状态的信息；在一些实施例中，数据被用于提供关于焦炭和/或泡沫相对于塔的顶部的信息。优选的实施例利用了包括加速度计的振动监控系统。在优选的实施例中，振动监控系统可以连接到延迟焦化器单元内的一个或者多个位置。

在一些实施例中，这些测量值中的一些通过无线装置转发到网络接入点和/或中继器，该中继器将来自无线装置的信号转发到网络接入点。在其他实施例中，由振动监控装置生成的数据通过有线的连接被传输到计算机系统，而没有使用无线装置。在一些实施例中，在网络接入点处接收的数据被转发到可以对振动数据进行监控和利用的计算机系统。

在一些实施例中，从振动监控装置接收的数据通过软件应用被转化成有用的形式。在优选的实施例中，通过快速傅立叶变换(“FFT”)运行数据，该快速傅立叶变换将数据转化成FFT指纹，该FFT指纹可以用作与除焦操作期间的不同操作模式相关的签名。

一些实施例包括振动监控装置，该装置包括：加速度计，其中，该加速度计提供输出信号；至少一个网络接入点，该网络接入点从振动监控装置接收输出；软件，该软件用于将来自输出信号的原始数据转化成有用的波形；和显示装置，该显示装置或者告知操作者焦炭塔内的截割工具的状态，或者告知操作者在焦化期间塔内的焦炭和/或泡沫的水平。

附图说明

结合附图，本发明的前述和其他的目的及特征将从以下说明和所附的权利要求中变得更加显而易见。应该理解的是，附图仅仅是示出了本发明的典型实施例，因此不应该认为是限制其范围，通过利用附图，将用附加特征和细节说明和解释本发明，图中：

图1A示出了根据本发明的一些实施例的代表性的基于计算机的系统；

图1B示出了基本的炼油厂流程图；

图2A和2B示出了在除焦操作期间用于估计截割工具的状态的操作布局的可选实施例；

图3示出了具有部分下降的钻杆的焦炭塔的实施例；

图4示出了具有完全升起的钻杆的焦炭塔的实施例；

图5示出了放置在把水供给到钻上的固定管道上的两个加速度计(accelerometer)的实施例；

图6示出了包含与除焦操作中与截割、打孔、和钻孔有关的实时频率和波形的显示器实施例；

图7示出了用于在确定焦炭塔内的焦炭水平过程中测试使用的加速度计的仿真设定；以及

图8示出了显示加速度计输出信号的实例。

具体实施方式

容易理解的是，如通常在文中的图中说明和示出的本发明的部件可以以很多种不同的配置进行布置和设计。因此，如在附图中所表示的，下面的本发明的系统、装置、和方法的实施例的更详细的描述本意不是限制如所要求的本发明的范围，而仅仅是本发明的一些实施例的代表。

参考附图，可以更好的理解本发明的实施例，其中，贯穿附图，相同的部件指定为相同的数字。尽管下面的更具体的说明部分被分为几部分，但是应该注意的是，这些部分形成的本意不是以任何的方式进行限制，而仅仅是为了方便读者而提供的。

1.基于计算机的系统和装置的概述

图1A和相应的论述用于提供基于计算机环境的概述，该基于计算机的环境是本发明的一些实施例可以实施的适当的操作环境。本领域的技术人员应该理解的是，本发明可以将一个或者多个计算机装置并入多种系统配置，包括多种基于网络的配置。另外，本发明的实施例还包括一种或者多种配置成在其上包括或可能包括数据或用于操纵数据的计算机可执行指令的。计算机可执行指令——例如，软件代码、数据结构、对象、程序、子程序、程序模块等——使一个或者多个计算机装置执行一个或多个功能，并且包括用于实现本发明的实施例的方法或者步骤的一种类型的方法。计算机可读取介质的实例包括各种类型的随机存取存储器(“RAM”)介质、只读存储器(“ROM”)介质、光盘(“CD”)、数字化视频光盘(“DVD”)、硬盘、存储棒、软盘、电子信号、或者任何其他能够为计算机装置提供数据或者可执行指令的装置或部件。电子信号典型地体现为光介质或者载波。

参考图1A，用于实施本发明的代表系统可以包括计算机装置100，该计算机装置可以是通用的或者专用计算机。例如，计算机装置100可以是个人计算机、笔记本计算机、个人数字助理(“PDA”)或者其他手持电子装置、工作站、小型计算机、主机、超级计算机、多处理器系统、网络计算机、基于处理器的电子装置等。术语“计算机装置”这里是概括使用的，并且可以指单个计算机装置或者多个计算机装置，无论是独立的或者联网的。

计算机装置100可以包括系统总线120，该系统总线可以被配置成连接计算机装置100的不同的部件，并且可以能够在部件之间实现数据交换。系统总线120可以包括多种总线结构的一种，该多种总线结构包括存储器总线或者存储器控制器、外围总线、或者使用各种总线结构中任一种的局域总线。通过系统总线120连接的典型的部件可以包括处理系统140和存储器160。其他的部件可以包括一个或者多个大容量存储装置接口180、输入接口200、输出接口220、和/或网络接口240。

处理系统140可以包括一个或多个处理器，例如中央处理器和任选地被设计成用于执行特定功能或者任务的一个或者多个其他处理器。典型地是执行存储在存储器160内的计算机可读指令的处理系统140，该存储器160反过来可以体现为计算机可读取介质，例如RAM或者ROM介质、磁性硬盘、可移动磁盘、磁带、光盘等等。

存储器160可以体现为一个或者多个计算机可读取介质，该计算机可读取介质可以被配置成在其上包括数据或者用于操纵数据的指令，并且可以通过系统总线120被处理系统140访问。存储器160例如可以包括用于永久存储信息的ROM 280，和/或用于临时存储信息的RAM 300。ROM 280可以包括基本输入/输出系统(“BIOS”)，其具有一个或者多个用于诸如在计算机装置100的启动期间建立通信的子程序。RAM 300可以包括一个或多个程序模块，例如，一个或者多个操作系统、软件应用、和/或程序数据。

一个或多个大容量存储装置接口180可以用于将一个或多个大容量存储装置260连接到系统总线120。大容量存储装置260可以被并入计算机装置100或者是其外围设备，并且允许计算机装置100保存大量的数据。任选地，一个或者多个大容量存储装置260可以从计算机装置100移去。大容量装置的实例包括硬盘驱动器、磁盘驱动器、磁带驱动器、和光盘驱动器。大容量存储装置260可以从磁性硬盘、可移动磁盘、磁带盒、光盘、或者其他计算机可读取介质读取和/或写入。大容量存储装置260和其对应的计算机可读取介质可以提供非易失性数据存储和/或可执行指令，该可执行指令可以包括一个或者多个程序模块，例如，操作系统、一个或者多个软件应用、程序模块、程序数据等等。该可执行指令是用于执行这里所公开的步骤或者方法的手段的实例。

可以使用一个或多个输入接口200，以使用户能够通过一个或多个相应的输入装置320向计算机装置100输入数据和/或指令。该种输入装置的实例包括但不局限于：键盘、鼠标、跟踪球、触摸屏、光笔、指示笔或者其他的指示装置、麦克风、游戏杆、游戏键盘、圆盘式卫星电视天线、扫描仪、可携式摄像机、数码相机等等。用于将输入装置320连接到系统总线120的输入接口200的实例包括串行端口、并行端口、游戏端口、通用串行总线(“USB”)端口、防火墙(IEEE 1394)等。

一个或多个输出接口220可以用于将一个或者多个相应的输出装置340连接到系统总线120。输出装置340的实例包括监控器或者显示屏、扩音器、打印机等。具体的输出装置340可以与计算机装置100结合或者是其外围设备。输出接口220的实例包括视频适配器、音频适配器、并行端口等等。

一个或者多个网络接口240可以使计算机装置100能够与一个或者多个其他的本地或者远程计算机装置(通常在360处示出)经由可以包括有线和/或无线连接的网络380交换信息。网络接口240的实例包括用于连接到局域网(“LAN”)或调制解调器、无线链路的网络适配器，或者用于连接到诸如因特网的广域网(“WAN”)的其他适配器。网络接口240可以结合到计算机装置100或者是其外围设备。在联网的系统中，可存取的程序模块或者其部分可以被存储在远程存储器存储装置中。另外，在联网的系统中，计算机装置100可以加入到分布式计算环境中，在分布式计算环境中，通过多个联网的计算机装置来执行各种功能或者任务。

2.延迟焦化工艺的概述

图1B示出了炼油厂操作2的实施例。在典型的延迟焦化工艺中，高沸点石油残渣被供给到一个或者多个焦炭塔5，在该焦炭塔内，他们被热裂解为轻质产品和固体残渣——石油焦炭。焦炭塔5典型地是巨大的圆柱形容器，该圆柱形容器具有顶头(top head)和与底头相配的圆锥形底部。焦化的基本目标是将熔点极高的石油残渣热裂解成较轻质的燃料馏分。焦炭是该工艺的副产品。延迟焦化是吸热反应，利用熔炉7供给热量用以在塔5内完成焦化反应。精确过程很复杂，并且在所有发生的反应中，仅仅分离为三个不同的步骤：1)在供料通过熔炉7时，供料的部分汽化和轻微焦化；2)在蒸汽通过焦炭塔5时，蒸汽裂解；和3)陷入塔5内的重液体裂解和聚合，直到该重液体转换为蒸汽和焦炭。

该工艺对于温度极其敏感，不同的温度产生不同类型的焦炭。例如，如果温度过低，则焦炭的反应不能够充分处理，则会出现沥青或者软焦炭形成物。如果温度过高，则所形成的焦炭通常很硬并且难以利用液力除焦设备从塔内去除。较高的温度还增大了在熔炉管内或者输送管内焦化的危险。如所述的那样，延迟焦化是在石油炼厂内所使用的热裂解过程，以提高石油残油质量并将其转化成液体和气体产品流，留下了固体浓缩碳材料或者焦炭。在该过程中使用的熔炉7达到热裂解温度，该温度范围上至1,000℉。由于在熔炉7内的短暂停留时间，因此供给材料的焦化被延迟，直到其到达加热器下游的大型焦化塔5。在正常的操作中，有两个焦炭塔，这里分别在4和6处指定，以使当一个塔被填充或者“在线”(例如塔6)时，另一个“离线”(例如塔4)，由此，可以清除所产生的焦炭。应该注意的是，除在进行论述需要具体参考在线塔6或者下线塔4时之外，这里参考的一个和多个焦炭塔概括地用数字5来指示。

在典型的炼油厂工艺中，可以产生多种不同物理结构的石油焦炭。即，有丸粒状的焦炭、海绵状焦炭、和/或针状焦炭(在下文中统称为“焦炭”)，并且每种均通过他们的物理结构和化学特性来区分。这些物理结构和化学特性还用于确定材料的最终用途。对于所制造的焦炭可用于多种用途，一些用途可以用作燃烧的燃料，用作铝、化学、或者钢铁工业中的煅烧焦炭，或者用作能够产生用于石油化学工业的蒸汽、电流、或者气体给料的汽化焦炭。

为了生产焦炭，延迟焦化器单元供料源自于原油9的供给，经过一系列的处理设备，最终流入用于制造焦炭的焦炭塔5内。延迟焦化工艺典型地包括连续型批处理(batch-continuous process)，连续型批处理意思是在来自熔炉7的供料流在两个或者多个焦炭塔5之间交替填充时该处理是正在进行的或者是连续的。如所提到的那样，当一个塔在线填充焦炭时，另一个被剥离、冷却、除焦、并且准备接收另一批。在过去，这已经证实是非常耗时和耗工的处理，其中，连续型批处理中的每一批需要大约12至20个小时才完成。实际上，来自管状熔炉7的热油，或者通常所称的“残油”在系统中被供给到焦炭塔5中的一个。该油非常热并且产生热蒸汽，该热蒸汽在焦炭塔5的较冷壁上凝结。在塔5被填充时，大量的液体沿着塔5的侧部流入底部的沸腾湍动的池内。随着该过程继续，热残油和冷凝蒸汽致使焦炭塔壁加热。这自然地反过来，使得残油产生越来越少的冷凝蒸汽，该最终致使在焦炭塔5的底部的液体开始加热到焦化温度。过一段时间后，在焦炭塔5内形成主沟，随着时间继续，在积累的焦炭上方的液体减少并且液体转化为更粘的焦油。该焦油试图倒流到主沟下，该焦油可以在顶部成焦炭，由此，致使沟开始分支。该处理通过焦炭塔5继续进行，直到塔变满，其中液体池慢慢地变成固体焦炭。当第一焦炭塔满了之后，热油供料转到第二焦炭塔，并且第一焦炭塔被隔离、蒸发以去除残留的烃，通过填充水被冷却、打开、然后除焦。贯穿焦炭的制造，反复重复该循环过程。

除焦过程是在完成焦化过程之后用于从塔5去除焦炭的过程。由于焦炭塔5的形状，所以焦炭在靠近并附属凸缘或者用于在制造过程中封闭焦炭塔的开口的其他构件的的区域内积累。为了对塔5进行除焦，凸缘或者构件必须首先被移除或者移位。在凸缘系统的情况下，一旦满了，焦炭塔5与大气压力相通，并且顶部凸缘(典型地直径为4英尺的凸缘)被打开且移除，以能够放置液力焦炭截割装置11。在冷却水从容器中排出后，底部凸缘(典型的直径为7英尺的凸缘)被打开并移除。由于该过程移除或脱离了在凸缘的表面堆积的焦炭的头，因此该过程通常被称为“去头”过程。

一旦移除了凸缘，通过使用高压水注从焦床的顶部到底部钻导向孔来从塔5去除焦炭。此后，在焦炭塔5内剩余焦炭的主体被截割粉碎，这些粉碎体从底部落下，进入收集箱，例如在钢轨焦车上的箱等。焦炭然后被脱水、粉碎、并运送到焦炭贮藏库或者装载设施。

3.振动监控设备

尽管本发明本意在于覆盖贯穿延迟焦化器单元系统的振动监控装置的使用，并且本发明的设备可以用于监控延迟焦化操作的任一点的振动，本领域普通技术人员应该承认的是，这里说明和解释的本发明还可以被设计成并应用在可以提供关于机械操作的有用数据的其他环境中。

一些实施例涉及利用声学监控系统来接收关于除焦操作的有用信息的系统。一些实施例涉及利用温度监控系统来接收关于除焦操作的有用信息的系统。一些实施例涉及利用压力监控系统来接收关于除焦操作的有用信息的系统。

尽管本说明的大部分主要集中在作为本发明的示例性实施例的振动监控系统的使用，但是以下说明同样地适用于声学、温度、和/或压力监控系统。期望的是，声学、温度、和/或压力监控系统的使用可以用于代替这里所述的振动监控系统，或者与这里所述的振动监控系统结合使用。因此，以下说明不局限于振动监控系统。而是，振动监控系统是本发明的非限制性的优选实施例的实例。

同样，由于本发明对于焦化和除焦过程特别地有用，因此，这里的说明特别涉及这些制造领域。然而，可以预见的是，本发明还可以适于应用在产生不同元素或不同于焦炭的副产品的其他制造工艺。因此，这些其他的工艺应该被考虑在本发明的范围内。

现在参考图2A，示出了用于在延迟焦化操作期间的振动监控系统。在图2A中，示出了除焦系统，该除焦系统包括钻杆8和用于在塔5内截割焦炭的截割头14。截割头14进一步包括钻孔用喷嘴12和截割用喷嘴10。钻孔用喷嘴12通常是面向下的，截割用喷嘴10通常是水平定向的。

该振动监控系统包括连接到延迟焦化器单元系统内的至少一个位置处和可操作地连接到计算机系统21的传感器或者变送器(优选的是诸如加速度计的振动传感器)16。一个或者多个加速度计16可以被放置在焦化器单元系统的部件上，以测量各个部件的振动；图2A示出了放置在其上的两个加速度计。另外，加速度计16可以被放置在焦化器单元系统上的任何位置或者地点。图2A示出了放置在塔5的外侧上的一个加速度计16，和放置在钻杆8上的一个加速度计16(注意，加速度计16可以被放置在塔5或者钻杆8上的任何位置，并不局限于所示出的特定位置)。图2B示出了放置在第一流体管道16、水或者流体泵50、和第二流体管道16上的加速度计16，其中，示出的焦化器单元系统包括贮液池52(同样，加速度计16的放置不局限于所示出的特定位置)。

加速度计16还可以被放置在焦化器单元系统内的任何方位。例如，图2A示出了在垂直定向上被放置在钻杆8上的加速度计16，和在水平定向上被放置在焦炭塔5的外部上的加速度计16。例如，本发明的加速度计16可被放在钻杆8上，以便与钻杆的径向轴、旋转轴、纵向轴、水平轴、和/或垂直轴一致。因此，从加速度计16所获取的数据类型将取决于加速度计16的放置和定向。

传感器或者加速度计16优选地从焦化器单元系统中的一个或者多个点收集振动数据，并且数据被传输到计算机系统21。根据加速度计16的定向，加速度计16可以在一个或者多个轴上测量振动。在本发明的优选实施例中，加速度计16测量诸如水平或者垂直轴的一个轴上的振动。在一些实施例中，多个加速度计16可以用于在单个位置测量多轴上的振动。在一些实施例中，加速度计16测量两个或者多个轴的振动。在非限制性的实例中，一个加速度计16可以用于测量水平轴上的振动，而另一加速度计16可以用于测量垂直轴上的振动。

再次参考图2A，计算机系统21可以包括下述中的一个或者多个：有源中继器18、网络接入点20、本地计算机装置、远程计算机装置24、和/或另一计算机装置或者其他部件23。设想的是，不管在所示出的实施例中附图示出的连接如何，计算机系统21内的部件之间的连接，或者与和从计算机系统21的连接，可以包括有线或者无线连接。

在本发明的一些实施例中，加速度计16测量在给定的焦炭塔5内与截割工具14的操作状态相关的振动(例如，截割工具是处于截割、钻孔、还是斜坡模式(ramping mode)，斜坡模式是从钻孔转到截割的过程，或者是从截割转到钻孔的过程)。当钻处于钻孔模式，水从高压喷嘴12喷射出以通过在离线焦炭塔4内残留的固体焦炭截割钻孔时，加速度计16将测量由于钻孔过程所产生的振动。在钻孔过程期间(或者在诸如截割、斜坡处理的其他过程期间)，通过加速度计16所接收的数据可以被无线地传输到有源中继器18，直接传输到网络接入点20，或者传输到计算机系统21内的另一个计算机装置23。无线中继器18优选地将数据传递到网络接入点20，但也可以将数据传递到计算机系统21内的任意计算机装置23。

一旦在接入点20或者计算机系统20内的其他点接收到，由加速度计16所产生的数据被传输到计算机系统21的部件，并且可以被存储在数据库内。该数据可以被放大，输出为快速傅立叶变换(“FFT”)、校正、和/或变换。合成的波形然后可以用于产生FFT指纹。因此，当钻杆8处于钻孔模式时，由钻孔的振动特征所产生的数据被转为FFT指纹，其表示并由此识别用于给定焦炭塔的钻孔过程。相同的过程可以关于截割和斜坡模式产生。

本发明设想的是，每个独立的焦炭塔可以具有唯一的指纹。因此，本发明设想使用能够识别给定焦炭塔5的唯一指纹的软件，并且该软件能够产生和/或解释修改的数据(例如，FFT指纹)，该修改的数据将允许操作者能够容易地确定截割工具当前处于钻孔、截割、或者斜坡状态。

当钻孔机8已经成功地完成通过焦炭塔5内的固体焦炭并且已经形成钻孔时，操作者将水流从钻孔喷嘴12转到截割喷嘴10。在半自动和全自动系统中，钻头14被保持在焦炭塔5内，并且对于操作者不可见。因此，如果没有监控钻头14的状态(钻头是处于钻孔、截割、还是斜坡模式)的装置，则操作者不能够确定钻头14是否已经成功地从钻孔模式转到截割模式。在本发明的一些实施例中，当钻孔机从钻孔转到截割时，属于焦化器单元的一部分的加速度计16测量振动变化。

另一实施例示出了本发明的一些实施例的附加特征。在非限制性的实例中，在延迟焦化操作中，放置在一个或者多个提到的位置处的一个或者多个加速度计16在延迟焦化操作期间收集数据。由加速度计16收集并由计算机处理的数据可以为特定的焦炭塔5产生“出生证明”或者签名频率指纹。一旦出生证明指纹已经被确定或者建立，除焦过程的正常操作可以被远程地监控。

在“运行模式”签名从延迟焦化操作被接收到计算机系统21中时，该运行模式签名可以与出生证明签名进行比较，以确定延迟焦化操作的操作模式。在非限制性实例中，在截割模式下截割工具14的运行模式签名会产生一个运行模式签名，该运行模式签名当与出生证明比较时将允许处于远程位置的操作者可靠并且重复地确定该截割工具14处于截割模式。因此，对于给定的焦化塔5，计算机系统21收集并且会集数据，允许计算机系统21和/或操作者通过从一个或者多个加速度计16所接收的数据来辨认延迟焦化器单元是处于截割、钻孔、还是和/或斜坡模式。

在一些实施例中，加速度计16接收涉及与处于截割模式的特定截割工具14相关的振动的数据，通过加速度计16在一个或者多个轴上测量振动的幅度和频率，并且通过计算机系统21将数据传输到中央处理单元，在该中央处理单元中，数据通过FFT被转换为与特定的截割工具14的截割模式相关的FFT指纹。在其他的实施例中，除使用FFT之外，还可以使用平均关联的基础签名(averaging and correlatingfundamental signature)。因此，对于任何延迟焦化器单元操作，本发明的软件可以从加速度计16中接收与钻孔、截割或者斜坡相关的数据，并且识别与特定钻孔机的钻孔、截割和/或斜坡模式相对应的FFT指纹。

在一些实施例中，与钻孔和截割相关的振动数据或者FFT指纹可以被译成简单的指示灯系统。例如，当钻孔机处于钻孔模式时，系统设定点亮特定颜色(例如绿色)的灯，当钻处于截割模式时，点亮不同颜色(例如红色)的指示灯。这种简化的指示灯系统可以用于通过使任何操作者非常容易地快速确定钻孔机是处于钻孔模式还是截割模式，从而防止用户的失误。

本发明设想将加速度计16连接到延迟焦化器单元操作中的至少一个位置。本发明设想通过多种方式连接加速度计16。在本发明的一些实施例中，加速度计16可以通过磁耦合连接到延迟焦化器单元的一部分。在其他实施例中，加速度计16可以被栓接到要被测量的装置。在其他的实施例中，加速度计16可以被放置成“鞍状”并且被捆束到用于振动测量的装置。在非限制性的实例中，加速度计16可以被放置成“鞍状”内并且利用不锈钢带被捆到钻杆8的顶部，在期望的定向和以通过确保与钻杆8一致定位和接触来保持数据获取过程完整性的方式将加速度计16固定到钻杆8上，。

图3示出了在线焦炭塔6和离线焦炭塔4，其中，离线焦炭塔4在局部下降位置具有一钻杆8。图3的截割工具14被示出为从钻头沿水平方向喷射流体。因此，在图3中所示的钻头处于截割模式。图3另外示出了钻孔13，该钻孔已经被截割穿过焦炭，其允许碎片下落到焦炭塔5下方的斜道。另外，图3示出了用于加速度计16在焦化器单元系统内的另外可能的放置。本发明假定将一个或者多个加速度计16连接到延迟焦化器单元操作内的其他位置，以测量钻孔机的截割模式和钻孔模式的振动输出。在本发明的一些实施例中，加速度计16被备用地放置，并且被用在钻杆上的至少一个位置处。因此，在本发明的一些实施例中，多个加速度计16可以连接到一个钻杆，以备用地将数据提供给本发明用于分析的计算机操作系统21。

在一些实施例中，多个加速度计16可以被连接到第一管道54——该第一管道将流体从贮液器52引入到流体泵50——以备用地将数据提供给本发明用于分析的计算机操作系统21。在其他的实施例中，多个加速度计16可以被连接到第二管道56，以备用地将数据提供给到本发明用于分析的计算机操作系统21。在其他实施例中，多个加速度计16可以在延迟焦化器单元操作的任意不同位置处连接，以将数据提供供给本发明用于分析的计算机操作系统21。

图4示出了处于完全升起位置的钻杆8。在本发明的一些实施例中，加速度计16可以被连接到钻杆8的顶部，如图4所示。可选地，一个或者多个加速度计16可以被放置在焦炭塔5、贮液器52、第一管道54、流体泵50和/或第二流体管道56上，以测量焦炭塔5的振动状态(即，确定钻头是处于截割、钻孔、还是斜坡模式)。可选地，一个或者多个加速度计16可以被放置在贯穿延迟焦化器单元操作的不止一个位置处。

在一些实施例中，加速度计16可以进一步包括电传感器、温度传感器、数字信号处理器、数据存储器、无线收发器、内置电池、和/或内置天线。在一些实施例中，加速度计16可以优选地利用内置锂电池提供动力，其中，固态加速度计16安全地通过无线链路收集和传输振动数据。数据收集参数可以根据

网络计算机被配置。在本发明的一些实施例中，加速度计16完全是无线的。在其他的实施例中，加速度计16是有线地连接到计算机系统21。

在本发明的一些实施例中，加速度计16对振动和/或温度敏感的。在本发明的一些实施例中，加速度计16测量或者具有0.5Hz至10kHz的频率响应与1Hz到40kHz的采样速度。在本发明的其他实施例中，加速度计16测量或者具有0.5Hz之下的频率响应。在其他的实施例中，加速度计16测量或者具有10kHz以上的频率响应。在非限制性的实施例中，加速度计16具有在0.01、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、20、30、50、60、70、80、90、和/或100kHz的频率响应。在其他的实施例中，加速度计具有小于1Hz的采样频率。在其他的实施例中，加速度计具有大于40kHz的采样频率。因此，在非限制性的实例中，加速度计具有0.5Hz、1Hz、10Hz、20Hz、30Hz、40Hz、50Hz、60Hz、70Hz、80Hz、90Hz、1kHz、10kHz、20kHz、30kHz、40kHz、60kHz、80kHz、100kHz、和/或超过100kHz的采样频率。

在一些实施例中，加速度计16是在5g和50g之间的范围内可选择的软件。在一些实施例中，加速度计16是可以选择为小于5g或者大于50g的软件。因此，在非限制性实施例中，加速度计软件是可选择为1g、10g、20g、30g、40g、50g、60g、70g、80g、90g、100g、和/或超过100g。在一些实施例中，加速度计16产生时间轨迹、FFT和总体数据格式，并且可以将数据传输远至250英尺。在一些实施例中，加速度计16产生时间轨迹、FFT和总体数据格式，并且将数据传输超过250英尺。因此，在一些实施例中，加速度计可以将数据传输到300ft、400ft、500ft、600ft、700ft、800ft、900ft、1000ft、2000ft、3000ft、4000ft、5000ft、10000ft和/或超过10000ft。在一些实施例中，加速度计16具有使用寿命持续不止两(2)年的易于替换的电池，

在一些实施例中，当传感器16处于网络接入点20的范围之外时，本发明的有源中继器18可以操作。如果传感器或者加速度计16距离网络接入点20超过250英尺或者如果物体屏蔽了从加速度计16发出的信号，则这可能会发生。在一些实施例中使用的有源中继器18的优点在于：完全无线、易于安装、具有达到250英尺的范围，具有易于替换的电池，并且利用固体(即，不移动部分)传输加密的空中校正的无线数据。

在本发明的一些实施例中，本发明的网络接入点20桥接本发明的无限传感器网络和计算机装置22、24之间的间隙。数千个加速度计16可以共享由一个或者多个网络接入点20所主机的相同的无线网络。网络接入点20的存在允许多个加速度计将数据发送到计算机系统21内的计算机装置22、24。在一些实施例中，网络接入点20以离线的模式存储数据记录，并且加密误差校正无线传输或者利用来自本发明的数据收集器(即，加速度计16)的误差校正的无线传输数据。在一些实施例中，网络接入点20利用或者是无线连接或者互联网连接，与本发明的计算机装置的中央处理单元通信。

图5示出了定位在水管道或者流体管道54上的两个加速度计16，该管道54可以表示由前面图中所示出的或者管道54或者管道56。如图5所示，多于一个加速度计16可被用于在操作中测量任一给定点处的振动数据。如图5所示，加速度计16被连接到底座17上，并且连接于导线15，该导线15将加速度计连接到计算机操作系统21，以使加速度计16可以将数据传输到用于分析的计算机。如图5所示的，不同的加速度计16可以定向在不同的轴上，以获得多个数据集，以便确认在延迟焦化操作中的截割工具14的操作状态。在非限制性的实例中，如图5所示，一个加速度计16可以被放置成测量在水平轴上的振动，而另一个加速度计16可以被放置成测量在垂直轴上的振动。贯穿延迟焦化器单元操作，如图5所示的加速度计16可以被同样地定位。

图6示出了显示屏70，该显示屏可以在计算机的监控器上进行显示并且可以被操作者、技术人员和工程师使用，以监控和/或分析在延迟焦化器单元操作期间截割工具14是处于截割、钻孔、还是斜坡模式。如所示的那样，显示器70可以指示当前时间钻孔机是什么模式——斜坡、截割、或者钻孔——并且可以指示从哪个定向轴接收数据。如图6所示，这里测量的定向轴是竖直轴58。

另外，对于特定加速度计16与实时频率(单位赫兹)相关的数据可以被显示60。实时频率可以用于分析与在延迟焦化器单元操作中的钻孔、截割、斜坡、或者其他处理(包括与水泵50相关的振动)相关的频率。

另外，如图6所示，钻孔机模式历史记录62可以被显示，以允许操作者或者其他人分析在一段时间内或者几分钟、几个小时、几周、几年或者更长时间内已经发生地钻孔、斜坡、或者截割的历史记录。

除了由图6所示的数据之外，本发明设想允许用户访问和有价值地使用和更改其他数据集。如图6所示，显示器70还可以包括简单的指示灯64，该指示灯允许操作者确定当前的钻孔机模式，包括钻孔机是处于截割、斜坡、还是钻孔模式。

图6中还示出了可以构成显示器70部分的一些特征的实例：计算相关性54、信号63、泵签名61、和例如包括钻孔和截割签名的出生证明65。

如所提到的那样，振动监控系统被提供用于在延迟焦化器单元操作中的任何一点处监控振动。在非限制性的实例中，一些实施例涉及连续地监控和检测在运载着高温和/或高压流体或者气体的弯管部和管道内降低的材料厚度。

在一些实施例中，监控系统可以用于测量轴承磨损。在优选的实施例中，在不被监控或者仅仅被周期监控的重要的旋转机器发生故障之前，可以检测到轴承损坏。

在一些实施例中，监控系统可以用于检测熔炉管道内的焦炭堵塞，这些熔炉管道在进入焦炭塔之前用于加热石油。

在一些实施例中，监控系统可以用于监控/检测管道内的流体和/或气体的移动。

在一些实施例中，代替检测振动特性，或检测振动特性的同时，可以监控诸如热、压力、声音的其他特征和/或一些其他可以计量的特征。

至此，已经依据使用传感器或者加速度计16来确定截割工具14的模式论述了实施例。本发明的一些实施例还设想类似地在焦化处理期间使用传感器或者加速度计16来检测焦化器单元系统内的振动，以便确定塔5内的焦炭和泡沫的水平，从而防止不期望的塔停歇，并且促进焦化器单元更有效的操作。

图7示出了其中26”高、20”宽的塔80被填充有与焦炭基本相同密度的材料的不同灌装面的模拟。在塔80上的点82处施加输入力或者冲量，以模拟焦炭塔5被填充时的自然移动。四个加速度计16被垂直定位在塔上，并且连接于计算机系统21。计算机系统21内的软件被用于获取处于不同材料水平的签名。

图8示出了分别与12”填充、18”填充、24”填充、和26”填充(顶)相对应的四个不同的签名92、94、96、和98的显示90。因此，在该模拟中，其示出了本发明的实施例能够成功地获取有用的填充信息。

关于使用传感器或者加速度计16用以确定在塔5内的焦炭水平的本发明的实施例与用于确定截割工具14的状态的本发明的实施例类似地被实施，并且前面说明的各种实施例可以被应用到用于焦炭或者泡沫水平测量的实施例。用于监控焦炭或者泡沫水平的振动监控系统优选地测量相对于塔5的顶部的水平，并且包括连接到焦化系统和计算机系统21的一个或者多个传感器或者加速度计16。如同用于确定截割工具14的状态的传感器16一样，用于确定焦炭或者泡沫水平状态的传感器16可以在任何对应于不同轴的任何定向(Orientation)被放置在焦化系统中的任何位置或者地方。优选地，在焦炭或者泡沫水平检测系统中的传感器16被连接到塔5的外部。在一些实施例中，传感器或者加速度计16被竖直地放置在塔5上。更具体而言，一些实施例设想将四个加速度计16以与在图7的模拟中所示类似的方式，在塔5上竖直地放置为一排。

Claims (42)

1.一种振动监控装置，包括：

至少一个变送器，其被连接到延迟焦化器单元系统内的部件，所述变送器提供表示所述部件处物理特性的输出信号；

计算机可读的介质，其可操作地连接于所述变送器，所述计算机可读介质提供用于修改所述输出信号的计算机可执行指令；以及

显示器，其可操作地连接于所述计算机可读介质，所述显示器指示所述延迟焦化器单元系统的操作状态。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述变送器包括加速度计。

3.如权利要求2所述的装置，其中，所述至少一个变送器包括沿着焦炭塔垂直布置的多个加速度计。

4.如权利要求3所述的装置，其中，所述多个加速度计包括四个加速度计。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述部件包括截割工具。

6.如权利要求1所述的装置，其中，所述部件包括截割工具的钻杆。

7.如权利要求1所述的装置，其中，所述变送器通过安装装置被连接到所述部件。

8.如权利要求1所述的装置，其中，所述部件包括焦炭塔。

9.如权利要求1所述的装置，其中，所述部件包括流体管道。

10.如权利要求1所述的装置，其中，所述部件包括流体泵。

11.如权利要求1所述的装置，其中，所述部件包括贮液器。

12.如权利要求1所述的装置，其中，所述物理特性是从由振动、温度、压力和声音组成的组中选择的。

13.如权利要求1所述的装置，其中，用于修改所述输出信号的所述指令包括用于执行快速傅立叶变换的指令。

14.如权利要求1所述的装置，其中，所述操作状态包括正被除焦的焦炭塔内部的截割工具的状态。

15.如权利要求1所述的装置，其中，所述操作状态包括截割工具的状态，所述状态是从由截割、钻孔和斜坡组成的组中选择的。

16.如权利要求1所述的装置，其中，所述操作状态包括在焦化操作期间正被填充到焦炭塔内的焦炭的水平。

17.如权利要求1所述的装置，其中，所述操作状态包括在焦化操作期间正被填充到焦炭塔内的泡沫的水平。

18.如权利要求1所述的装置，其中，用于修改所述输出信号的所述指令包括经过快速傅立叶变换运行所述输出信号，以形成快速傅立叶变换指纹。

19.如权利要求1所述的装置，其中，所述显示器进一步输出操作历史记录。

20.一种用于在延迟焦化器单元操作中监控截割工具的装置，包括：

至少一个振动传感器，其被连接到延迟焦化器单元；以及

计算机系统，其被连接到所述传感器，所述计算机系统包括能够翻译从所述传感器发送的信号的部件。

21.如权利要求20所述的装置，其中，所述至少一个振动传感器包括多个加速度计。

22.如权利要求20所述的装置，其中，所述计算机系统将所述信号转换为签名频率指纹。

23.如权利要求20所述的装置，其中，所述信号被传输到有源中继器，所述有源中继器依序将所述信号发送到作为所述计算机系统的一部分的网络连接。

24.如权利要求20所述的装置，其中，所述计算机系统进一步包括通过快速傅立叶变换将所述信号翻译为出生证明的软件。

25.一种用于在焦炭产生期间监控焦炭塔内所产生的材料的水平的装置，所述装置包括：

至少一个振动传感器，其被连接到延迟焦化器单元；以及

计算机系统，其被连接到所述传感器，所述计算机系统包括能够翻译从所述传感器发送的信号的部件。

26.如权利要求25所述的装置，其中，所述至少一个振动传感器包括多个加速度计。

27.如权利要求25所述的装置，其中，所述计算机系统将所述信号转换为签名频率指纹。

28.如权利要求25所述的装置，其中，所述信号被传输到有源中继器，所述有源中继器依序将所述信号发送到作为所述计算机系统的一部分的网络连接。

29.如权利要求25所述的装置，其中，所述计算机系统进一步包括通过快速傅立叶变换将所述信号翻译为签名频率指纹并且由此允许用户识别的软件。

30.如权利要求25所述的装置，其中，所述材料包括焦炭。

31.如权利要求25所述的装置，其中，所述材料包括在生产焦炭期间所产生的泡沫。

32.如权利要求25所述的装置，其中，所述振动传感器包括垂直连接到所述塔的四个振动传感器。

33.一种用于确定与延迟焦化塔操作的操作状态有关的快速傅立叶变换波形的系统，所述系统包括：

传感器，其被连接到延迟焦化塔系统内的部件上，所述传感器产生表示所述部件的实时物理特性的数据；

信号发生器，其用于发送所述数据；

信号接收器，其用于接收所述数据；

软件，用于运行将所述数据转换为有用波形的快速傅立叶变换；

中央处理单元，其通过评估所述波形来识别所述操作状态；以及

显示器，其可操作地连接到所述软件。

34.如权利要求33所述的系统，其中，所述操作状态包括钻孔和截割。

35.如权利要求33所述的系统，其中，所述操作状态包括焦炭塔内的焦炭的填充水平。

36.如权利要求33所述的系统，其中，所述操作状态包括位于焦炭塔内的焦炭顶部的泡沫的填充水平。

37.一种用于确定与焦炭塔内的截割工具的截割、钻孔、和斜坡模式有关的快速傅立叶变换波形的系统，该系统包括：

振动传感器，其被连接到除焦系统的一部分，所述振动传感器在除焦期间产生数据；

将所述数据转换为有用的波形的中央处理单元；

通过所述波形来识别所述截割工具的所述模式的中央处理单元；以及

显示器，其可操作地连接到所述中央处理单元，用于指示所述截割工具的所述模式。

38.一种用于确定与在焦炭生产期间在焦炭塔内所产生的材料的水平有关的快速傅立叶变换波形的系统，所述系统包括：

振动传感器，其被连接到除焦系统的一部分，所述振动传感器在焦化期间产生数据；

将所述数据转换为有用的波形的中央处理单元；

通过所述波形测量所述塔内的所述材料的填充水平的中央处理单元；以及

显示器，其可操作地连接到所述中央处理单元，用于指示所述填充水平。

39.一种用于确定延迟焦化塔操作的操作状态的方法，所述方法包括：

将变送器安装在延迟焦化器单元操作中的位置处，用于提供与在所述位置处的运动相关的输出信号；

处理所述输出信号；以及

通过所处理的输出信号确定所述操作状态。

40.如权利要求39所述的方法，其中，所述确定包括确定截割工具是正在钻孔、截割、还是斜坡。

41.如权利要求39所述的方法，其中，所述确定包括确定焦炭塔内的材料的不同填充水平。

42.如权利要求39所述的方法，其中，所述处理包括通过快速傅立叶变换运行所述输出信号。

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