CN103185732A

CN103185732A - 油中含水监测方法和监测仪

Info

Publication number: CN103185732A
Application number: CN2012105300785A
Authority: CN
Inventors: 贺江林
Original assignee: BEIJING GANDAYUAN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING GANDAYUAN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2013-07-03

Abstract

本发明提供了一种油中含水的监测方法和监测仪。本发明提供的油中含水监测方法为：将恒幅、稳频的电磁波电能发射到含水的油中，利用油水的介电常数不同，引起阻抗变化，从而可以测得电磁波能量损失，进而得到油中的含水值。本发明提供的油中含水监测仪，包括电磁波发射装置、探测监测介质中电磁波能量的探测装置、模数转换器、处理器和操控装置，所述探测装置连接所述模数转换器，所述电磁波发射装置、所述模数转换器、所述操控装置都与所述处理器连接。上述油中含水监测方法和监测仪既简便快捷，又准确实用。可广泛地应用于油田原油脱水站、转运站、计量站、卸油站、输油管道及炼油厂等需要计量、监测油中含水量的部位。

Description

油中含水监测方法和监测仪

技术领域

本发明属于石油仪表分析技术领域，涉及一种原油含水量的检测，具体涉及一种基于电磁波方法检测油中含水量的监测方法和监测仪。

背景技术

原油含水率是石油化工行业一个重要参数，检测原油含水率是原油开采脱水处理集输计量储运销售及湿疣是由炼制等过程被普遍关注的问题。若原油含水率检测不准，将直接影响油井及油层动态分析，破坏电脱水器重电场，降低脱水效果，给原油集输造出很大能源浪费。因此原油含水率的检测十分重要，历来倍受关注，先后提出多种测量方法，设计出不同形式的含水率测试仪表，但由于原油含水率测量受到多种因素的影响，且与其影响因素具有复杂的非线性关系，始终缺乏一种既简便快捷、又准确实用的预测模型。

发明内容

本发明的目的是提供一种简便快捷、又准确实用的油中含水的监测方法和监测仪。

本发明提供的油中含水监测方法为：将恒幅、稳频的电磁波信号发射到含水的油中，利用油水的介电常数不同，引起阻抗变化，从而可以测得电磁波信号能量损失，进而得到油中的含水值。

优选地，所述电磁波信号振幅为±12V，频率为5-20MHZ。

油中的含水量与损失后的电磁波能量关系通过实际测量进行参数标定而预得。

优选地，方法根据温度对介质界电常数的影响，进行了温度补偿。例如，用温度传感器PT1000进行温度补偿，将测量到的电阻信号转换为4-20MA电流信号。

优选地，采用24位高精度转换器AD7799和微处理器芯片STM32，通过RS485节点组网，基于前期对原油含水率的研究，利用监控中心的上位机的数据和软件。

本发明提供的油中含水监测仪包括电磁波发射装置、探测监测介质中电磁波能量的探测装置、模数转换器、处理器和操控装置，所述探测装置连接所述模数转换器，所述电磁波发射装置、所述模数转换器、所述操控装置都与所述处理器连接。

还可以包括都与所述处理器连接的电源模块和显示器。

优选地，所述模数转换器为AD7799，所述处理器为STM32。

本发明提供的油中含水监测方法和监测仪既简便快捷，又准确实用。该方法可广泛地应用于油田原油脱水站、转运站、计量站、卸油站、输油管道及炼油厂等需要计量、监测油中含水量的部位。由于该监测仪的性能优异及其广泛的应用性，给石油、石化工业准确迅速监测油中含水量提供了新的，有效的方法和手段，受到使用单位的好评。油中含水监测仪经实验室例行试验的严格考核，经油田、炼油厂多处现场历时几年全天候、具有爆炸性气体、在线连续运行考验，充分显示出该仪器所具有的运行稳定可靠、测量准确迅速、安装操作方便、安全防爆、不用维修、适应性强、体积小、重量轻、耗电少、不锈蚀，对人体无害等独具一格的优异性能。

附图说明

图1是本发明油中含水监测仪实施例的结构示意图；

图2是本发明油中含水监测仪结构示意图；

图3本发明油中含水监测仪表示意图；

图4本发明油中含水监测仪组成RS485网络流程图；

图5本发明油中含水监测仪4-20Ma流程图；

图6本发明油中含水监测仪高精度AD7799流程图。

图7为本发明油中含水监测仪用PT1000经XTR101转换模块进行温度信号采集的流程图。

图中：1-电磁波发射装置、2-探测装置、3-模数转换器、4-处理器、5-操控装置、6-显示器、7-电源模块。

具体实施方式

本发明主要涉及一种基于高频(例如5--20M)电磁波产生和放大电路，应用高性能ARM处理器采集油水变化率信号，同时设计了温度测量电路来消除温度变化对测量结果造成的不利影响。

以10％为间隔点，对0-100％含水范围内的油水混合液进行静态分析，实验结果表明，通过测量电磁波吸收的方法来测量原油含水率的方法是可行的。具体的处理算法例如为：以10％为间隔点，对0-100％含水范围内的油水混合液进行静态分析，需要11个标定数据。11个标定数据从小到大排列，首先测量纯水采样值和纯油采样值，然后再测量10％，每隔10％进行采样值测量。假设AD采样到一个不是在每隔10％的采样值，这是就需要计算采样在那个含水段，配合采样得到的温度值进行补偿，就可以得到相对精确的含水采样值。

本发明所采用的主要原理是：

以电磁波为工作频率，通过发射装置，将恒幅、稳频的电磁波信号发射到含水原油中。由于油和水的介电常数差异较大，油水比例发生变化时导致电容的变化，从而会引起振荡频率的变化，通过测量振荡频率就可以测量管道中介质的含水值。根据油中含水量的不同，探测装置将这个因原油含水量不同而引起吸收电能不同的信号传送到仪表处理器。经处理、放大、线性校正后输出一随油中含水量而变化的标准电信号，该信号转换为含水比例。

下面列举一些本发明的油中含水监测仪可以采用的一些较佳的技术手段：

1.采用24位高精度转器AD7799，AD7799为适合高精度测量应用的低功耗、低噪声、完整模拟前端，内置一个低噪声16位/24位∑-Δ型ADC，其中含有3个差分模拟输入，还集成了片内低噪声仪表放大器，因而可直接输入小信号。当增益设置为64、更新速率为4.17Hz时，AD7799的均方根(RMS)噪声为27nV。AD7799采用2.7V至5.25V电源供电，AD7799的典型功耗为380μA，并采用16引脚TSSOP封装。

2.采用RS485技术，通过RS485节点方便地组网，实现了低成本、低耗电、网络节点多、传输距离远的网络。

3.采用各种低功耗、超低功耗的传感器和微处理器芯片STM32，大大降低了仪表的功耗；采用专门电源IC，为仪表提供稳定的电源，使得仪表可以连续、长期、稳定地在工作。

4.基于对前期对原油含水率的研究，监控中心的上位机软件嵌入了多种智能算法，大大减小了数据的误差，提高了数据的拟合精度；

该油中含水监测仪可以与电磁波传感器连接到一起，也可以与电容传感器连接到一起，同时多个仪表连接起来组成网络进行RS485通信，监控中心和电源模块，其中：电磁波传感器用来采集油水变化信号，将采集到的4-20mA电流信号传输给本监测仪表。电源模块，用于为仪表、电磁波传感器以及RS485提供5V，3.3V，12V以及24V电源。采用低功耗高速运算处理器STM32，配合高精度AD转换器，并用温度传感器PT1000进行温度补偿，将测量到的电阻信号转换为4-20MA电流信号，测量精度高，这样进行温度补偿的时候精度也高。

下面结合附图，对本发明油中含水监测仪的具体实施方式做进一步说明。

图1所示，所述油中含水监测仪包括电磁波发射装置1、探测监测介质中电磁波能量的探测装置2、模数转换器3、处理器4和操控装置5，所述探测装置2连接所述模数转换器3，所述电磁波发射装置1、所述模数转换器3、所述操控装置5都与所述处理器4连接。还包括都与所述处理器1连接的电源模块7和显示器6。

作为一个具体的实施例，可以包括安装法兰，传感器导杆，传感器，排污阀，监测仪表，温度传感器。法兰用来固定本监测仪表，温度传感器用来检测温度，放在传感器内部，这样可以准确探测液体温度。排污阀用来排放污物，监测仪表用来测量信号进行处理然后进行RS485传输进行远程监控。传感器导杆用来保护传感器，放在传感器的外面，防止传感器的喷涂处理被破坏。

图2表示了油中含水监测仪更具体的实施例，主要有以下几部分：

ARM处理器，开关量输出，信号采集，RS485，电磁波发射，LCD12864显示，电源模块，4-20MA电流输出，按键等等。

处理器采用ST公司的STM32F103RET6。STM32F系列属于中等容量增强型，32位基于ARM核心的带64或者128K字节闪存的微控制器USB,CAN,7个定时器，2个ADC,9个通信接口

开关量输出用于进行报警，一共2路。

按键可以进行各种参数的设置，包括整数，浮点数，系统时间等等。

地址设置可以用于进行RS485地址的设置，可以方便的知道本仪表地址。

液晶显示器LCD12864采用ST7565R控制IC，ST7565是一款点阵液晶驱动芯片，它具有并行与串行(SPI)两种接口，通过P/S引脚选取：P/S=1为并行，P/S=0为串行。

4-20MA电流输出可以通过输出数字量输出任意4-20MA的电流。

图3电源模块采用WRD240512-3W，可以同时输出5V和12V电压，前端添加极性保护电路整流桥2W10，以及防止浪涌的TVS管和防止过流的自恢复保险丝。

图4油中含水监测仪多台可以组成网络，然后通过RS485总线传输至监控中心，进行远程监控。

图5本油中含水监测仪通过测量含水测量然后转换成相对应的4-20MA电流输出。AD5421是一款完整的环路供电数字至4-20mA变送器，功耗比竞争产品低50％，面积节省55％。AD5421集成了可编程电压调节电路，可以为智能变送器内的外设元件提供所需的低压电源。通过节约系统功耗预算，AD5421DAC使系统工程师能够选择更精确、更高功率的传感器电子电路，或者增加补充功能。

图6进行信号采集用的是AD7799。AD7799均为适合高精度测量应用的低功耗、低噪声、完整模拟前端，内置一个低噪声16位/24位∑-Δ型ADC，其中含有3个差分模拟输入，还集成了片内低噪声仪表放大器，因而可直接输入小信号。当增益设置为64、更新速率为4.17Hz时，AD7799的均方根(RMS)噪声为27nV。片内特性包括一个低端电源开关、基准电压检测、可编程数字输出引脚、熔断电流控制和一个内部时钟振荡器。输出数据速率通过软件编程设置，可在4.17Hz至470Hz的范围内变化。AD7799采用2.7V至5.25V电源供电，典型功耗为380μA，采用16引脚TSSOP封装。

测定实例

2011年通过若干次室内试验后，于7月在长庆油田采油二厂进行现场试验。取得试验数据如下：

现场井口含水测试7月19日到7月22日数据如下：

相对于本发明操作便捷、测量快速的优点来说，这样的差值是完全能够接受的。

Claims

1.一种油中含水监测方法，其特征在于，将恒幅、稳频的电磁波信号发射到含水的油中，利用油水的介电常数不同，引起阻抗变化，从而测得电磁波信号能量损失，进而得到油中的含水值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电磁波信号振幅为±12V，频率为5-20MHZ。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，油中的含水量与损失后的电磁波能量关系通过实际测量进行参数标定而预得。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法根据温度对介质介电常数的影响，进行了温度补偿。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用温度传感器PT1000进行温度补偿，将测量到的电阻信号转换为4-20MA电流信号。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用24位高精度转换器AD7799和微处理器芯片STM32，通过RS485节点组网，基于前期对原油含水率的研究，利用监控中心的上位机的数据和软件。

7.一种油中含水监测仪，其特征在于，包括电磁波发射装置、探测监测介质中电磁波能量的探测装置、模数转换器、处理器和操控装置，所述探测装置连接所述模数转换器，所述电磁波发射装置、所述模数转换器、所述操控装置都与所述处理器连接。

8.根据权利要求7所述的一种油中含水监测仪，其特征在于，还包括都与所述处理器连接的电源模块和显示器。

9.根据权利要求7所述的一种油中含水监测仪，其特征在于，所述模数转换器为AD7799，所述处理器为STM32。