CN102305847B - 在线式油中含水测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油品测量装置，尤其是一种在线式油中含水测量装置，它包括油气分离器、传感器，其中，油气分离器的进油口设置过滤器，油气分离器的出油口与导流腔体的进油口连接，油气分离器的排气口通过排气阀与出油集管的进气口连接，导流腔体的出油口与出油集管的进油口连接；导流腔体上分别设置含水率传感器、压力传感器和温度传感器，且均向监控箱反馈电信号。本发明能大幅度减小零漂、温度、压力、杂质、含气量、流态、流向及混合均匀度等因素的影响，使油品含水率实际测量精度从1000ppm级大幅度提高至100ppm～10ppm，达到了国际先进水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种油品测量装置，尤其是一种在线式油中含水测量装置。
背景技术
现有在线式油中含水测量装置一般由含水率传感器和监控箱组成，含水率传感器直接置于被测油品中，将油品含水率的物理量信号转换为标准电流信号，并传输给监控箱，由监控箱显示油品含水率或输出报警信号。现有的传感器没有采用或仅采用部分压力、温度、零漂等补偿措施，导致测量装置仅能在实验室环境中达到高精度，一旦应用于工业生产，其抗干扰能力差的问题就被放大，其测量精度、稳定性及重复性不能保证。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术缺点，提供一种在线式油中含水测量装置，其抗干扰能力强，并且在0～2％含水率测量范围内，实际测量精度达到100ppm～10ppm。
为达到上述目的，本发明提供一种在线式油中含水测量装置，包括油气分离器、导流腔体，其中，油气分离器的进油口设置过滤器，油气分离器的出油口与导流腔体的进油口连接，油气分离器的排气口通过排气阀与出油集管的进气口连接，导流腔体的出油口与出油集管的进油口连接；导流腔体上分别设置含水率传感器、压力传感器和温度传感器，且均向监控箱反馈电信号。
而且，过滤器是纸质过滤器、缝隙式过滤器或网孔式过滤器的其中一种。
而且，排气阀有进气口、出气口及排空口，还设有可控制排气方式的电磁头及手柄，电磁头的工作由监控箱控制。
而且，温度传感器和压力传感器设置于导流腔体的底部，温度传感器为铂电阻温度传感器，压力传感器为扩散硅压力传感器或陶瓷压力传感器。
而且，出油集管为不锈钢或铜合金材料制成，且出油集管沿介质流动方向呈水平或向上布置。
而且，含水率传感器包括设置在导流腔体顶端的信号处理装置及沿导流腔体的纵轴伸入导流腔体内的探头，信号处理装置内置一次仪表处理单元，探头外围同轴设置筒形罩壳，筒形罩壳顶部轴向设有若干圆形或长椭圆形的开孔，开孔的上缘低于罩壳内腔上缘20mm。
而且，探头外表面均匀涂有一层厚度为0.3mm~0.5mm的聚四氟乙烯绝缘涂层。
而且，导流腔体的进油口设置在导流腔体的底部，且进油口的轴线低于含水率传感器下端30mm；导流腔体的出油口设置在导流腔体的顶部，出油口内腔通道上缘不低于导流腔体的内腔顶部。
而且，一次仪表处理单元包括含水率信号发射器、模拟零点电路，含水率信号发射器经含水传感器探测振荡电路与时序收发器联接，模拟零点电路经电阻调零电路与时序收发器联接，时序收发器、信号放大器、滤波器、整流器、运算存储器、信号变换器、监控箱依次串联。
而且，监控箱内置二次仪表信号处理单元，包括温度修正模块、压力修正模块、软件调零模块、在线联机通讯模块，均向单片机及智能软件传递信号。
本发明的有益效果是设计了抗扰能力更好的“短波吸收法”含水率传感器，采取动态零漂补偿技术、压力补偿技术、温度补偿技术消除零漂、温度、压力干扰；采取介质过滤技术消除油中杂质干扰；采取油气分离技术，消除油中含气干扰；采取专用的含水率传感器探头设计及导流腔体流道设计，消除流态、流向及油水混合均匀度对测量精度的影响，降低在线式油中含水测量装置对零漂、温度、压力、杂质、含气量、流态、流向及混合均匀度等应用环境条件要求，大幅度提高在线式油中含水测量装置在工程应用领域的实际测量精度。在工程应用方面，将目前在线式油中含水测量装置的油品含水率实际测量精度从1000ppm级大幅度提高至100ppm～10ppm，达到了国际先进水平。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中油气分离器的结构示意图。
图3为本发明中排气阀的结构示意图。
图4为本发明中导流腔体和含水率传感器、温度传感器、压力传感器的装配示意图。
图5为图4中A处放大图。
图6为本发明含水传感器一次仪表信号处理单元原理框图。
图7为本发明监控箱二次仪表信号处理单元原理框图。
其中，1、过滤器，2、油气分离器，3、排气阀，4、导流腔体，5、含水率传感器，6、压力传感器，7、温度传感器，8、出油集管，9、监控箱，21、油气分离器的进油口，22、油气分离器的出油口，23、油气分离器的排气口，31、排气阀的进气口，32、排气阀的出气口，33、排气阀的排空口，34、电磁头，35、手柄，41、导流腔体的进油口，42、导流腔体的出油口， 51、信号处理装置，52、一次仪表处理单元，53、探头，54、罩壳，55、开孔。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
本发明提供的方案是，一种在线式油中含水测量装置，如图1所示，包括油气分离器2、导流腔体4，其中，油气分离器的进油口21设置过滤器1，油气分离器的出油口22与导流腔体的进油口41连接，油气分离器的排气口23通过排气阀3与出油集管8的进气口连接，导流腔体的出油口42与出油集管8的进油口连接；导流腔体4上分别设置含水率传感器5、压力传感器6和温度传感器7，且均向监控箱9反馈电信号。
过滤器1是纸质过滤器、缝隙式过滤器或网孔式过滤器的其中一种。
如图3所示，排气阀3有进气口31、出气口32及排空口33，还设有可控制排气方式的电磁头34及手柄35，电磁头34的工作由监控箱9控制。
温度传感器7和压力传感器6设置于导流腔体4的底部，温度传感器7为铂电阻温度传感器，压力传感器6为扩散硅压力传感器或陶瓷压力传感器。
出油集管8为不锈钢或铜合金材料制成，且出油集管8沿介质流动方向呈水平或向上布置。
如图4所示，含水率传感器5包括设置在导流腔体4顶端的信号处理装置51及沿导流腔体4的纵轴伸入导流腔体4内的探头53，信号处理装置51内置一次仪表处理单元52，探头53外围同轴设置筒形罩壳54，筒形罩壳54顶部轴向设有若干圆形或长椭圆形的开孔55，如图5所示，开孔55的上缘低于罩壳54内腔上缘20mm。
探头53外表面均匀涂有一层厚度为0.3mm~0.5mm的聚四氟乙烯绝缘涂层。
导流腔体的进油口41设置在导流腔体4的底部，且进油口41的轴线低于含水率传感器5下端30mm；导流腔体的出油口42设置在导流腔体4的顶部，出油口42内腔通道上缘不低于导流腔体4的内腔顶部。
一次仪表处理单元52包括含水率信号发射器、模拟零点电路，如图6所示，含水率信号发射器经含水传感器探测振荡电路与时序收发器联接，模拟零点电路经电阻调零电路与时序收发器联接，时序收发器、信号放大器、滤波器、整流器、运算存储器、信号变换器、监控箱依次串联。
监控箱9内置二次仪表信号处理单元，如图7所示，包括温度修正模块、压力修正模块、软件调零模块、在线联机通讯模块，均向单片机及智能软件传递信号。
上述电路及模块本身是现有技术，故不在本说明中一一阐述。
本发明的技术原理如下：
油品流经过滤器1，消除油品中存在的机械杂质，避免机械杂质特别是金属杂质对测量精度的影响，防止探头53污染，提高探头53及压力传感器6、温度传感器7的使用寿命。
油品流经油气分离器2时，如图2所示，在浮力、重力的作用下，油介质和气介质分离，气体向上流动，在排气口23附近的空腔聚集并经排气口23排出，油介质向下流动从出油口22流出，可消除油品中存在空气，避免含气量波动影响测量精度。
从油气分离器2分离出的空气流至排气阀3，如图3所示，若空气量不大则电磁头34不带电，此时排气阀3的进气口31与出气口32连通；在装置开机后1s~10s内或油中含气量较大时，电磁头34受监控箱7控制，使得进气口31与排空口33连通，将空气直接排入大气。排气阀3还配置手柄35，转动手柄35可以使进气口31与排气口32连通，也可以使进气口31与排空口33连通，手操的优先级高于电操，但仅作为一种备用操纵方式。
油品流经导流腔体4，在导流腔体4内形成混合均匀油水混合液与温度传感器7、压力传感器6接触，油品流入罩壳54所形成流道内与含水率传感器5的探头53接触，此时油品的含水率、温度、压力被相应的传感器探测，最后油品通过设置在高处的出油口42排出导流腔体4，流至出油集管8。这样可以避免油品流向发散、油水混合不均、探头部位局部含气量影响测量精度。
油品最后从出油集管8排至外部设备或管路。出油集管8为不锈钢材料或铜合金材料制作，沿介质流动方向呈水平或向上布置。
如图6所示，含水率传感器一次仪表信号处理单元52由含水率信号发射器、含水率传感器探头振荡电路、模拟零点电路、电阻调零电路、时序收发器、信号放大器、滤波器、整流器、运算存储器、信号变换器等功能模块组成。监控箱9向含水率传感器一次仪表信号处理单元52提供DC0～12V直流电源，用于向含水率信号发射器和模拟零点电路提供电源。含水率信号发射器发出振荡电流给含水率传感器探头振荡电路，含水率传感器探头振荡电路将实测含水信号反馈电流送至时序收发器，与此同时模拟零点电路发出零点工作电流经电阻调零电路也送至时序收发器。时序收发器按照预先设定的时间间隔交替接收、发送来自含水率传感器的含水率电信号和动态零点含水率电信号。含水率电信号经信号放大器放大、经滤波器过滤杂波和尖峰、经整流器整流为标准正弦电流信号，运算储存器交替接收、储存含水率传感器的含水率信号和动态零点含水率信号，取两者的电流差值作为油品的有效含水率信号，有效含水率信号送至信号变换器转换为标准的4mA～20mA标准电流信号，该标准电流信号最后通过连接电缆送至监控箱9的二次仪表处理信号单元中。
如图7所示，监控箱二次仪表信号处理单元原理框图由交流电源、滤波器、隔离变压器、AC/DC变压器、阀门控制驱动模块、AC/DC变压器、含水率A/D处理模块、单片机及智能软件、显示模块、报警信号输出模块、软件调零模块、在线联机通讯模块、温度A/D处理模块、温度修正模块、压力A/D处理模块、压力修正模块等功能模块组成。交流电源经滤波器过滤整定，使输出电压变化范围限制在-10%～6％，电压脉动系数不超过8％，滤波后电源分三路输出，其中一路电源提供给阀门控制驱动模块，阀门控制驱动模块综合输出含水率大小及波动情况、压力大小及波动情况、装置开机时间等因素自动控制排气阀3的接口联通方式，控制介质流向；另外一路电源提供给隔离变压器，隔离变压器将该电源转换一相为零、一相为220V的交流电源，再经AC/DC变压器转换为DC5V~12V电源，DC5 V ~12V电源经含水率传感器5的探头53和一次仪表信号处理单元52转换DC4mA～20mA标准电流信号，标准电流信号经含水率A/D处理模块转换为有效含水率值，该有效含水率值传输至单片机及智能软件；还有一路电源提供给AC/DC变压器变换为DC24V电源，由AC/DC变压器分为两路，分别提供温度传感器7和压力传感器6转换为温度或压力电信号，温度电信号或压力信号经温度A/D处理模块或压力A/D处理模块转换为温度值或压力值，根据预先设置的试验测定的温度修正曲线或压力修正曲线，温度修正模块或压力修正模块将温度值或压力值转换为温度修正含水率值或压力修正含水率值，并送至单片机及智能软件。单片机及智能软件综合含水率传感器5测量的有效含水率值、温度传感器7测量的温度修正含水率值和压力传感器6测量的压力修正含水率值为实测含水率值，实测含水率值送至显示模块显示，当实测含水率值超过预先设定报警值时，报警信号输出模块输出无源触点报警信号。当油中含水测量装置长时间使用产生零点漂移后，可通过软件调零模块进行零点校准，也可以传感器一次仪表信号处理单元52中的电阻调零电路进行零点校准，除非特殊要求，一般通过软件调零模块进行零点校准。在线联机通讯模块用于监控箱与手持式终端或便携式计算机联接，采用RS422协议进行通讯，通过在线联机通讯模块可以实现在线式油中含水测量装置零点校准、报警值设定、温度或压力修正曲线编辑/导入/输出以及智能软件升级等功能。
Claims (6)
1.一种在线式油中含水测量装置，包括油气分离器、传感器，其特征在于：油气分离器的进油口设置过滤器，油气分离器的出油口与导流腔体的进油口连接，油气分离器的排气口通过排气阀与出油集管的进气口连接，导流腔体的出油口与出油集管的进油口连接；导流腔体上分别设置含水率传感器、压力传感器和温度传感器，且均向监控箱反馈电信号；含水率传感器包括设置在导流腔体顶端的信号处理装置及沿导流腔体的纵轴伸入导流腔体内的探头，信号处理装置内置一次仪表处理单元，探头外围同轴设置筒形罩壳，筒形罩壳顶部轴向设有若干圆形或长椭圆形的开孔，开孔的上缘低于罩壳内腔上缘20mm；导流腔体的进油口设置在导流腔体的底部，且进油口的轴线低于含水率传感器下端30mm；导流腔体的出油口设置在导流腔体的顶部，出油口内腔通道上缘不低于导流腔体的内腔顶部；探头外表面均匀涂有一层厚度为0.3mm~0.5mm的聚四氟乙烯绝缘涂层；一次仪表处理单元包括含水率信号发射器、模拟零点电路，含水率信号发射器经含水传感器探测振荡电路与时序收发器联接，模拟零点电路经电阻调零电路与时序收发器联接，时序收发器、信号放大器、滤波器、整流器、运算存储器、信号变换器、监控箱依次串联；监控箱内置二次仪表信号处理单元，包括温度修正模块、压力修正模块、软件调零模块、在线联机通讯模块，均向单片机及智能软件传递信号。
2.根据权利要求1所述的一种在线式油中含水测量装置，其特征在于：过滤器是纸质过滤器、缝隙式过滤器或网孔式过滤器的其中一种。
3.根据权利要求1所述的一种在线式油中含水测量装置，其特征在于：排气阀有进气口、出气口及排空口，还设有可控制排气方式的电磁头及手柄，电磁头的工作由监控箱控制。
4.根据权利要求1所述的一种在线式油中含水测量装置，其特征在于：温度传感器和压力传感器设置于导流腔体的底部，温度传感器为铂电阻温度传感器，压力传感器为扩散硅压力传感器或陶瓷压力传感器。
5.根据权利要求1所述的一种在线式油中含水测量装置，其特征在于：出油集管为不锈钢或铜合金材料制成，且出油集管沿介质流动方向呈水平或向上布置。
6.根据权利要求1所述的一种在线式油中含水测量装置，其特征在于：所述含水传感器探测振荡电路用于测量油品的含水率信号，模拟零点电路用于测量跟随环境条件变化的动态零点含水率信号，取油品的含水率信号与跟随环境条件变化的动态零点含水率信号的差值作为油品的有效含水率信号，并通过预先设置的由实验测定的温度修正曲线、压力修正曲线进一步修正，经单片机及智能软件得到实际含水率值。
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| 原油储罐油水计量在线监测系统;封苏海等;《石油工业技术监督》;20061228(第12期);第35-36、38页 * |
| 原油含水测量仪的设计;马世勇;《石油化工自动化》;19991220(第06期);第60-61页 * |
| 原油含水率在线测量系统的研发;王晓丹;《工程科技Ⅱ辑》;20090331;第18、41-42、49-50页 * |
| 封苏海等.原油储罐油水计量在线监测系统.《石油工业技术监督》.2006,(第12期), |
| 张鑫，刘莉铭，王春彦.单片机在原油含水量测量中的应用.《电测与仪表》.1996,(第04期), * |
| 杨仁德等.原油低含水分析仪传感器的研制.《电测与仪表》.1998,(第06期), |
| 王晓丹.原油含水率在线测量系统的研发.《工程科技Ⅱ辑》.2009,C030-44. |
| 王颖.ZSY―Ⅱ型智能化多参数含水仪简介及其应用.《石油工业技术监督》.1996,(第04期), |
| 马世勇.原油含水测量仪的设计.《石油化工自动化》.1999,(第06期), |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102305847A (zh) | 2012-01-04 |
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