CN102095608B - 用于原油自动取样器的检测校验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于原油自动取样器的检测校验系统及方法，包含分别与被检测取样器连接的信号模拟模块，以及数据采集模块；所述信号模拟模块，给出模拟主输油管道的流量信号Q₁，并输出至所述取样器，驱动所述取样器按该流量信号Q₁实施采样运行；所述数据采集模块，接收并监视所述取样器采样运行时的参数数据，并根据所述参数数据计算取样器性能系数PF，给出该取样器的检验结果。本发明还通过处理显示模块输出显示采样或计算处理的各种参数数据，并可计算生成趋势曲线，方便对采样过程和校验结果进行分析评估，帮助调试人员快速准确地完成取样器的检验校准。

Description

用于原油自动取样器的检测校验系统及方法

技术领域

本发明涉及一种检测校验系统及方法，特别涉及一种用于原油自动取样器的检测校验系统及方法。

背景技术

原油自动取样器，是通过仪表控制，按照原油输送管道内的流量比例进行取样的装置，原油管道里原油流量大，每次取样量就较大；原油流量小，每次取样量就变小。

根据中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5317-2006《石油管线液体自动取样法》中14.6项中的明确要求，要确认取样操作过程中获得样品的合格性，例如一次卸船操作或一次管道输送过程中的取样，取样应符合下列要求：

a) 取样器性能系数（PF，累积的样品体积与计算样品体积之比）应在0.9~1.1之间；

b) 应核查并确认取样操作中取样流量和主管线流量的比例；

c) 在取样操作中，不应发生导致性能系数超出0.9~1.1范围的中断；

如果不能满足上面其中任何一项要求，则样品不合格。

因此，在所述原油自动取样器生产组装完成后，一般需要设置检测校验装置进行取样器的出厂和现场检测校验，确认所述原油自动取样器是否符合上述要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于原油自动取样器的检测校验系统及方法，自动采集原油自动取样器的各项工作参数，计算并对比取样器性能系数，从而检测校验原油自动取样器的是否合格，帮助技术人员快速准确地完成系统调试、检验。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种用于原油自动取样器的检测校验系统，包含分别与被检测取样器连接的信号模拟模块，以及数据采集模块；

所述信号模拟模块，给出模拟主输油管道的流量信号Q₁，并输出至所述取样器，驱动所述取样器按该流量信号Q₁实施采样运行；

所述数据采集模块，接收并监视所述取样器采样运行时的参数数据，并根据所述参数数据计算取样器性能系数PF，给出该取样器的检验结果。

所述用于原油自动取样器的检测校验系统，还包含分别与所述数据采集模块、信号模拟模块连接的处理显示模块，其接收并输出显示所述信号模拟模块的模拟主输油管道的流量信号Q₁、所述数据采集模块接收的取样器采样过程的所述参数数据，并计算生成各显示数据的趋势曲线。

所述取样器通过设置的循环回路与一试验油罐连接；所述循环回路上设置有流量计；所述数据采集模块与所述流量计连接，接收其流量信号Q₂。

所述数据采集模块还分别接收所述取样器上与所述循环回路连接的循环泵、计量泵的流量信号、与所述计量泵连接的取样瓶中采样样品的重量信号，以及所述取样器的采样时间间隔。

一种用于原油自动取样器的检测校验方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1、计算模拟主输油管道的流量信号Q₁；

步骤2、计算循环泵21的精度系数k；

步骤3、计算计量泵22的精度系数k₁；

步骤4、计算取样器性能系数PF；

步骤5、输出显示所述步骤1至步骤4中各参数的瞬时值、取样器性能系数PF的计算结果及中间数值，以及各个显示数值随时间变化的曲线图。

所述步骤1包含以下步骤：

步骤1.1 在信号模拟模块中设置模拟主输油管道的管径D，并计算模拟主输油管道的截面积S₁；

步骤1.2 以三种检测模式，输出模拟主输油管道流量的流量信号Q₁：

a. 流量信号Q₁为常量；

b. 流量信号Q₁为单一周期T₁的正弦函数变化；

c. 流量信号Q₁为分别设置若干个波动周期T₁、T₂、T₃的正弦函数变化； 

步骤1.3 计算模拟主输油管道的瞬时流速v₁=Q₁/S₁。

所述步骤2包含以下步骤：

步骤2.1 根据取样器的循环回路管道的管径d，计算循环回路管道的截面积S₂；

步骤2.2 根据数据采集模块接收的所述流量计的流量信号Q₂，计算取样器的循环回路实际入口管道的瞬时流速v₂=Q₂/S₂；

步骤2.3 计算精度系数k= v₁/v₂-1；当k在±0.1范围内，判定为合格；若在该范围外，提示进行调节补偿。

所述步骤3包含以下步骤：

步骤3.1 根据累计时间周期T和所述模拟主输油管道的流量信号Q₁，计算主输油管道累计质量M，M= Q₁T；

步骤3.2 计算主输油管道累计质量M与取样瓶累计质量M＇之间的比例参数n₁，M＇= M₁+ M₂；

步骤3.3 计算所述模拟主输油管道流量Q₁与取样样品流量Q₃之间的比例参数n；

步骤3.4 计算计量泵的精度系数k₁= n₁/n-1；当k₁在±0.1范围内，判定为合格；若在该范围外，提示进行调节补偿。

所述步骤4包含以下步骤：

步骤4.1 接收取样器中设置的主输油管道流量与取样样品量之间的流量比例参数n；

步骤4.2 接收由密度计测得的试验油罐中试验油品的密度ρ；

步骤4.3 接收取样器中设置的单位取样时间t₁及时间间隔t₂；

步骤4.4 由取样瓶上分别设置的称重传感器，获得取样瓶的累积质量信号M₁、M₂，用以判断取样瓶中的样品采集量；

步骤4.5 设置质量参数M_T为取样瓶（23）的样品总质量，并计算以下各参数：

A、        计算装入取样瓶（23）的样品质量为M_T时所需的时间T；

B、         计算累积时间T内模拟主输油管道的总体积V₁=∫Q₁ dT；

C、        计算累积时间T内按比例应取样品总体积V₂= V₁/ n；

D、        累积时间T内实际取得样品的总体积V₃= M_T/ρ；

E、         计算时间T内取样器性能系数PF= V₃/V₂；按标准，PF=0.9~1.1为取样合格范围，不在这个范围内即为不合格；

步骤4.6 设置不同的M_T值或者设置时间参数T，重复上述步骤4.5，获得多个取样器性能系数PF。

与现有技术相比，本发明用于原油自动取样器的检测校验系统及方法，其优点在于：本发明由信号模拟模块仿造实际原油流量工况，输出模拟主输油管道的流量信号Q₁，驱动被检测的取样器按该流量信号Q₁实施采样运行；由数据采集模块接收并监视取样器中流量等各种采样参数，并据此计算取样器性能系数PF，判断取样器是否合格。还通过处理显示模块输出显示采样或计算处理的各种参数数据，并可计算生成趋势曲线，方便对采样过程和校验结果进行分析评估，帮助调试人员快速准确地完成取样器的检验校准。

附图说明

图1是本发明用于原油自动取样器的检测校验系统的总体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

原油自动取样器应能根据主输油管道内流量，自动改变其取样量。因而，如图1所示，在检测校准时，通过循环回路24将所述取样器20与试验油罐30相连接；原油在循环泵21的作用下，在由取样探头、球阀、过滤器、流量开关（图中未示出）等构成的所述循环回路24中流动。一流量计40设置在所述循环回路24的3/8”管道上（管径3/8英寸），用于记录所述试验油罐30的出口流量，给出电子信号作为流量比例样，通过所述取样器20的控制器25调节一计量泵22，使其按比例调节循环回路24中1/8”管道（管径1/8英寸）内的流量流速来汲取适量原油，并经由电磁阀将采集的样品存放在两个取样瓶23中。

本发明所述检测校验系统10，包含信号模拟模块12、数据采集模块11和处理显示模块13。其中，所述信号模拟模块12仿造实际原油流量工况，输出模拟主输油管道的流量信号Q₁至所述取样器20的控制器25，驱动被检测的取样器20按该流量信号Q₁实施采样运行。

数据采集模块11分别与所述流量计40、取样器20的循环泵21、计量泵22和取样瓶23连接，接收并监视如不同时间节点下工作的取样器20中，循环泵21流量、计量泵22流量和流量计40流量，以及取样瓶23的样品重量、取样间隔等参数数据。

当取样器20输出的上述参数数据超出设计范围，或者，根据该些参数数据计算的取样器性能系数（PF）超出0.9~1.1的标准范围时，所述数据采集模块11通过处理显示模块13输出报警信号，提示对该取样器20进行修正、补偿，如调节循环泵21及计量泵22的流量，以使取样器20的采样过程能够严格按流量比例运行。

所述处理显示模块13分别与所述数据采集模块11、信号模拟模块12连接，可输出显示上述模拟主输油管道的流量信号Q₁、上述参数数据或各种计算处理的中间数据等，并可计算生成各个数据的趋势曲线，方便对采样过程和校验结果进行分析评估。

所述数据采集模块11及信号模拟模块12的输入、计算、报警、控制等，可通过PLC（可编程逻辑控制器）的CPU及扩展模块实现；所述处理显示模块13的数据处理及输出显示可通过HMI（人机交互）实现；对各种参数数据的记录可设置U盘等存储装置实现。本发明所述系统还可设置汉字显示、屏幕菜单、打印和存储的装置。

基于上述系统，介绍本发明对取样器20进行的所述检测校验方法，包含以下步骤：

步骤1、计算模拟主输油管道的流量信号Q₁；

步骤1.1 在信号模拟模块12中设置模拟主输油管道的管径D，根据《原油长输管道工程建设标准》，该管径D的可选范围为200 ~ 1000mm；计算模拟主输油管道的截面积S₁ =πD²/4；

步骤1.2 以三种检测模式，输出模拟主输油管道流量的流量信号Q₁：

a. Q₁=C，C为常量；

b. Q₁为正弦函数变化，Q_max=2.4S₁，Q_min=0.8S₁，可以设置单一周期T1；

c. Q₁为正弦函数变化，Q_max=2.4S₁，Q_min=0.8 S₁，可以分别设置3个波动周期T1、T2、T3；

步骤1.3 计算模拟主输油管道的瞬时流速v₁=Q₁/S₁。

步骤2、计算循环泵21的精度系数k；

步骤2.1 根据取样器20的循环回路24管道的管径d（设定d=3/8英寸），计算循环回路24管道的截面积S₂=πd²/4；

步骤2.2 根据数据采集模块11接收的所述流量计40的流量信号Q₂，计算取样器20的循环回路24实际入口管道的瞬时流速v₂=Q₂/S₂；

步骤2.3 计算精度系数k= v₁/v₂-1；当k在±0.1范围内，判定为合格；若在该范围外，提示进行调节补偿。

步骤3、计算计量泵22的精度系数k₁；

步骤3.1 根据累计时间周期T和主输油管道的流量信号Q₁，计算主输油管道累计质量M，M= Q₁T；

步骤3.2 计算主输油管道累计质量M与取样瓶累计质量M＇之间的比例参数n₁，M＇= M₁+ M₂；

步骤3.3 计算主输油管道流量Q₁与取样样品流量Q₃之间的比例参数n；

步骤3.4 计算1/8”管道上的计量泵22的精度系数k₁= n₁/n-1；当k₁在±0.1范围内，判定为合格；若在该范围外，提示进行调节补偿。

步骤4、计算取样器性能系数PF；

步骤4.1 接收取样器20中设置的主输油管道流量与取样样品量之间的流量比例参数n；

步骤4.2 接收由密度计测得的试验油罐30中试验油品的密度ρ；

步骤4.3 接收取样器20中设置的单位取样时间t₁及时间间隔t₂；

步骤4.4 对取样瓶23分别设置称重传感器，获得取样瓶23的累积质量信号M₁、M₂，用以判断取样瓶23中的样品采集量；

步骤4.5 设置质量参数M_T为取样瓶（23）的样品总质量，并计算以下各参数：

A、        计算装入取样瓶（23）的样品质量为M_T时所需的时间T；

B、         根据步骤1.2中不同检测模式进行积分，计算累积时间T内模拟主输油管道的总体积V₁=∫Q₁ dT；

C、        计算累积时间T内按比例应取样品总体积V₂= V₁/ n；

D、        累积时间T内实际取得样品的总体积V₃= M_T/ρ=1200ml；

E、         计算时间T内取样器性能系数PF= V₃/V₂；按标准，PF=0.9~1.1为取样合格范围，不在这个范围内即为不合格。

步骤4.6 可以设置不同的M_T值或者设置时间参数T，重复上述步骤4.5，校验多个PF值，保证校验的准确性和全面性。

步骤5、通过处理显示模块13输出显示；

步骤5.1 可以列表显示上述各参数的瞬时值（D、S₁、S₂、Q₁、v₁、Q₂、v₂、Q₃、k、k₁、k₂、Q₄、M、M₁、M₂、n、ρ、t₁、t₂）；

步骤5.2 校验PF值时，可以列表显示各参数的数值（M_T、T、V₁、V₂、V₃、PF）；

步骤5.3 可以绘制并显示各参数随时间的变化曲线图（Q₁、v₁、Q₂、v₂、Q₃、k、k₁、k₂、Q₄、M、M₁、M₂）。

综上所述，本发明所述检测校验系统及方法，由信号模拟模块12仿造实际原油流量工况，输出模拟主输油管道的流量信号Q₁，驱动被检测的取样器20按该流量信号Q₁实施采样运行；由数据采集模块11接收并监视取样器20中流量等各种采样参数，并据此计算取样器性能系数PF，判断取样器20是否合格。还通过处理显示模块13输出显示采样或计算处理的各种参数数据，并可计算生成趋势曲线，方便对采样过程和校验结果进行分析评估，帮助调试人员快速准确地完成取样器20的检验校准。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (3)

1.一种用于原油自动取样器的检测校验系统，被检测的所述取样器（20）通过设置的循环回路（24）与一试验油罐（30）连接，所述循环回路（24）与一个用以计量所述试验油罐（30）出口流量的流量计（40）连接；所述取样器（20）中包含设置在所述循环回路（24）内的循环泵（21）来控制原油在所述循环回路（24）内的流动；所述取样器（20）中还包含连接在所述循环回路（24）的取样点的一个计量泵（22），通过所述计量泵（22）按比例调节所述循环回路（24）的取样点后原油的流量流速；所述计量泵（22）还将从循环回路（24）中采集的原油样品，经由电磁阀存放到两个取样瓶（23）中；其特征在于，所述检测校验系统包含分别与被检测取样器（20）连接的信号模拟模块（12），以及数据采集模块（11）；

所述信号模拟模块（12）给出模拟主输油管道的流量信号Q₁，并输出至所述取样器（20），以驱动所述取样器（20）按该流量信号Q₁实施采样运行；

所述数据采集模块（11）接收并监视所述取样器（20）采样运行时的参数数据，并根据所述参数数据计算取样器性能系数PF，来给出该取样器（20）的检验结果；

所述参数数据包含所述流量计（40）向相连接的所述数据采集模块（11）所发送的，由该所述流量计（40）采集的流量信号Q₂；

所述数据采集模块（11）还分别与所述取样器（20）的循环泵（21）、计量泵（22）和取样瓶（23）连接，则所述数据采集模块（11）接收的参数数据还包含所述循环泵（21）、计量泵（22）各自的流量信号，所述取样瓶（23）中采样样品的重量信号，以及所述取样器（20）的采样时间间隔。

2.如权利要求1所述用于原油自动取样器的检测校验系统，其特征在于，还包含分别与所述数据采集模块（11）、信号模拟模块（12）连接的处理显示模块（13），其接收并输出显示所述信号模拟模块（12）的模拟主输油管道的流量信号Q₁、所述数据采集模块（11）接收的取样器（20）采样过程的所述参数数据，并计算生成各显示数据的趋势曲线。

3.一种用于原油自动取样器的检测校验方法，所述检测校验方法使用权利要求1中与原油自动取样器配合连接的检测校验系统来实现，其特征在于，所述检测校验方法包含以下步骤：

步骤1、由信号模拟模块（12）计算并输出模拟主输油管道的流量信号Q₁，以驱动所述取样器（20）按该流量信号Q₁实施采样运行；该步骤进一步包含：

步骤1.1 在信号模拟模块（12）中设置模拟主输油管道的管径D，并计算模拟主输油管道的截面积S₁；

步骤1.2 以三种检测模式，向取样器（20）输出模拟主输油管道流量的流量信号Q₁：

a. 流量信号Q₁为常量；

b. 流量信号Q₁为单一周期T₁的正弦函数变化；

c. 流量信号Q₁为分别设置若干个波动周期T₁、T₂、T₃的正弦函数变化； 

步骤1.3 计算模拟主输油管道在不同检测模式下相应的瞬时流速v₁=Q₁/S₁；

步骤2、由数据采集模块（11）计算循环泵（21）的精度系数k；该步骤进一步包含：

步骤2.1 根据取样器（20）的循环回路（24）管道的管径d，计算循环回路（24）管道的截面积S₂；

步骤2.2 根据数据采集模块（11）接收的所述流量计（40）采集的流量信号Q₂，计算取样器（20）的循环回路（24）实际入口管道的瞬时流速v₂=Q₂/S₂；

步骤2.3 根据步骤1.3和2.2中获得的数据，来计算循环泵（21）的精度系数k= v₁/v₂-1；当k在±0.1范围内，判定循环泵（21）为合格；若在该范围外，提示进行调节补偿；

步骤3、由数据采集模块（11）计算计量泵（22）的精度系数k₁；该步骤进一步包含：

步骤3.1 根据设定的累计时间周期T和所述模拟主输油管道的流量信号Q₁，计算主输油管道累计质量M，M= Q₁T；

步骤3.2 计算主输油管道累计质量M与取样瓶累计质量M＇之间的比例参数n₁，M＇= M₁+ M₂；其中， M₁和M₂是由取样瓶（23）上分别设置的称重传感器采集获得的取样瓶（23）的累积质量信号，所述累积质量信号M₁、M₂用以判断取样瓶（23）中的样品采集量；

步骤3.3 计算所述模拟主输油管道的流量信号Q₁与通过计量泵（22）采集的取样样品流量Q₃之间的比例参数n；

步骤3.4 根据步骤3.2和3.3中获得的数据，计算计量泵（22）的精度系数k₁= n₁/n-1；当k₁在±0.1范围内，判定计量泵（22）为合格；若在该范围外，提示进行调节补偿；

步骤4、数据采集模块（11）接收取样器（20）采样运行时的相关数据，并根据这些数据计算取样器性能系数PF；该步骤进一步包含：

步骤4.1 接收根据步骤3.3计算并在取样器（20）中设置的主输油管道流量信号Q₁与取样样品流量Q₃之间的比例参数n；

步骤4.2 接收由密度计测得的试验油罐（30）中试验油品的密度ρ；

步骤4.3 接收取样器（20）中设置的单位取样时间t₁及时间间隔t₂；

步骤4.4 接收由各个取样瓶（23）上的称重传感器采集获得的取样瓶（23）的累积质量信号M₁、M₂；

步骤4.5 设置质量参数M_T为取样瓶（23）的样品总质量，并计算以下各参数：

计算装入取样瓶（23）的样品质量为M_T时所需的时间T；

计算累积时间T内模拟主输油管道的总体积V₁=∫Q₁ dT；

计算累积时间T内按比例应取样品总体积V₂= V₁/ n；

计算累积时间T内实际取得样品的总体积V₃= M_T/ρ；

计算时间T内取样器性能系数PF= V₃/V₂；按标准，PF=0.9~1.1时被检测的取样器（20）为取样合格范围，不在这个范围内即为不合格；

步骤4.6 设置不同的M_T值或者设置时间参数T，重复上述步骤4.5，获得多个取样器性能系数PF；

步骤5、输出显示所述步骤1至步骤4中各参数的瞬时值、取样器性能系数PF的计算结果及中间数值，以及各个显示数值随时间变化的曲线图。

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