CN103279070A - 全智能式切水设施 - Google Patents

Abstract

本发明是一种全智能式切水设施，由现场机械切水装置、现场带视窗监控器和后台集中监控系统构成，特征在于现场机械切水装置采取了缓冲罐体上部与“T”型过滤器相连的进液管与水平呈8°、“T”型过滤器与缓冲罐体上缠绕加热盘管等改进措施；由电源模块、16位微处理器芯片、USB接口电路、指示灯和按钮等构成现场带视窗监控器的主控板电路；由有源（无源）RS-485光电隔离中继器、工业级四通道RS485智能扩展器、有源工业级RS232-RS485双向转换器及工控机、切水器监控软件等构成后台集中监控系统。本发明将机械切水装置的优点和先进的电子信息技术相结合，智能、安全、可靠地实现石油化工系统油罐区切水设施自动化。

Description

全智能式切水设施

技术领域

本发明涉及智能式切水设施，尤其是一种由多台现场机械切水装置与现场监控和后台集中监控系统相结合构成的全智能式切水设施。

背景技术

目前，石油化工系统油罐、化工产品压力储罐普遍采用机械式切水器，其工作原理是利用油、水密度差对浮球的浮力不同（阿基米德原理）和杠杆原理，控制阀门的开、闭对油罐进行切水。但现有技术在实践中仍存在一定的缺点，主要有：①不能在重质油中正常切水，原因是重质油水密度差很小，浮球不能准确区分；②因切水器内有浮球、杠杆等机构，容易被油品粘附，切水带油；③切水器的脱水部分采用阀芯等机械密封，容易发生泄漏事故；④此种切水装置需要油水静置，有很多沉积下来的污垢需要定期清污；⑤此种切水装置因上下盖采用法兰夹垫片连接易发生泄漏，大修拆盖很不方便、耗时费力；⑥其工作状态不能进行远控，适应不了石油化工行业罐区实现集中监控的发展需要。

随着全国石油化工工业的发展和储油罐的不断增加，安全防火和环境治理问题日益突出，石油行业储油罐罐区工作者多年来希望油品切水能摆脱原始的人工方式，真正实现油品贮运生产智能化，提高油品的质量增加效益，杜绝因切水而发生的跑油事故，使操作人员脱离现场恶劣的工作环境，降低工人劳动强度，避免切水带油而造成的环境污染。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种全智能式切水设施。它将机械式切水装置的优点和先进的电子信息技术相结合，加上有线远程控制技术，全方位、多角度地考虑各种可能发生的意外情况，确保油罐切水智能、安全、可靠，实现罐区切水系统自动化。

本发明采取的技术方案是：一种全智能式切水设施，由现场机械切水装置、现场带视窗监控器和后台集中监控系统构成，其中现场机械切水装置包括蒸汽管线、自力式温控阀、“T”型过滤器、缓冲罐体、油水界位探头、温度计、截止阀、放空口、排污管、排水管、气源处理件、气动球阀、电磁阀和回讯器，在缓冲罐体上部设有与“T”型过滤器相连的进液管以及温度计孔、油水界位探头孔和放空口，缓冲罐体的下端设有排水管与气动球阀相连，气动球阀的气缸进气口与电磁阀通过气管相连，现场带视窗监控器包括支柱、带视窗防爆盒、防爆软管、电缆、主控板、液晶显示板，带视窗防爆盒与支柱通过螺栓相连，盒内底部装置主控板，主控板上面通过扁平带缆、通信线与液晶显示板相连，现场机械切水装置的控制电缆通过防爆软管与现场带视窗监控器主控板上的插座相连，其特征在于：

现场机械切水装置的缓冲罐体由上下两个椭圆形封头和筒体焊接成一整体，缓冲罐体上部与“T”型过滤器相连的进液管与水平呈8°夹角，在“T”型过滤器与缓冲罐体上缠绕有加热盘管，自力式温控阀与加热盘管相连；

现场带视窗监控器的主控板由两个电源模块构成电源电路，由16位微处理器芯片、USB接口电路、指示灯和按钮构成键盘电路、红外遥控接收电路、开关量检测电路、模拟量处理电路（A/D转换电路）和RS485接口电路；

后台集中监控系统包括RS485双绞线电缆、有源（无源）RS-485光电隔离中继器、工业级四通道RS485智能扩展器、有源工业级RS232-RS485双向转换器以及工控机、切水器监控软件，各台现场带视窗监控器通过RS485双绞线电缆与有源（无源）RS-485光电隔离中继器相连，再经过RS485双绞线电缆汇总到工业级四通道RS485智能扩展器，从工业级四通道RS485智能扩展器输出接口再用RS485双绞线电缆连接到控制室的有源工业级RS232-RS485双向转换器，用RS232通信线接到工控机的COM串口上。

本发明还具有以下技术特征：

所述现场机械切水装置的缓冲罐体上设有蒸汽吹扫孔，蒸汽吹扫孔通过管线与截止阀相连，截止阀入口与蒸汽管线相连。

所述现场机械切水装置的缓冲罐体上部两侧分别安装有两个油水界位探头，油水界位探头内装有AD592芯片。

所述现场机械切水装置的缓冲罐体下端排水管与法兰焊接后连接法兰式气动球阀，气动球阀上部的旋转连杆与回讯器相连。

所述现场机械切水装置的缓冲罐体下端排水管上焊接有一个旁路脱水管。

所述现场机械切水装置的气源通过气源管线与气源处理件相连，气源处理件与电磁阀相连后通过气管与一个“Y”型三通相连，“Y”型三通的两个出口分别与气动球阀的进气孔相连。

本发明的特点和有益效果是：

一、采用改进的现场机械切水装置，特别是采用缓冲罐体上部与“T”型过滤器相连的进液管与水平呈8°夹角，在“T”型过滤器与缓冲罐体上缠绕加热盘管，自力式温控阀与加热盘管相连等结构，使机械切水装置产生了新的技术效果。实际运行中，由于加热盘管的作用，缓冲罐中的油在加热状态下更容易返回到油罐中；当脱水结束后，切水装置的缓冲罐中还有大部分水没有排出，形成了“水封”，保证了油品零排放，确保脱水安全。另外切水阀采用单电控、单作用的气动阀，在断电、停气的情况下都会将阀门关闭。特有的双气动球阀结构，实现了见油双阀联动，确保无一点渗漏。在排水处引入旁路脱水阀，如果因其它原因不能自动脱水，可以通过打开旁路脱水阀进行人工脱水。

二、本发明由多台现场机械切水装置与现场监控和后台集中监控系统相结合构成，利用最新的微处器控制技术设计生产全智能切水设施，可广泛用于石油、化工等领域。该系统将多台现场切水装置的工作状况信息以星形连接方式通过一根RS485通讯电缆上传到上位计算机实现集中监控。

本发明通过智能化的控制模式可以及时将沉降下来的水放掉。每台切水装置独立工作，在现场可以通过现场监控器的液晶显示观察到切水装置的工作状况，也可以通过操作室的上位计算机监控。用户可在后台上位计算机安装专用的监控软件监控每台油罐切水装置的运行情况。记录每台切水装置的脱水时间和沉降时间，有利于分析储罐油品质量。

附图说明

图1是本发明现场机械切水装置及现场带视窗监控器的结构示意图；

图2是本发明实施例的自控系统原理方框图。

图中标号分别表示：1-蒸汽管线，2-自力式温控阀，3-“T”型过滤器，4-缓冲罐体，5-油水界位探头，6-温度计，7-截止阀，8-放空口，9-旁路脱水管，10-排水管，11-气源处理件，12-气动球阀，13-电磁阀，14-回讯器，15-支柱，16-带视窗防爆盒，17-电缆，18-主控板，19-液晶显示板，20-封头，21-油罐，22-油水入口，23-罐根阀，24-蒸汽入口，25-蒸汽出口，26-温控阀感温口，27-蒸汽吹扫孔，28-检油及排污口，29-脱水口，30-加热盘管，A-接气源线，B-至排污水沟。

具体实施方式

如图1、图2所示，全智能式切水设施由现场机械切水装置、现场带视窗监控器和后台集中监控系统构成，其中：

现场机械切水装置包括蒸汽管线1、自力式温控阀2、“T”型过滤器3、缓冲罐体4、油水界位探头5、温度计6、截止阀7、放空口8、排水管10、气源处理件11、气动球阀12、电磁阀13和回讯器14。在缓冲罐体4上部设有与“T”型过滤器3相连的进液管以及温度计孔（用于安装温度计6）、油水界位探头孔（用于安装油水界位探头5）和放空口8，放空口8与放空管帽相连。缓冲罐体4的下端设有排水管10与气动球阀12相连，缓冲罐体4的底部有排污管，气动球阀12的气缸进气口与电磁阀13通过气管相连。缓冲罐体4由上下两个椭圆形封头20和筒体焊接成一整体，缓冲罐体4上部与“T”型过滤器3相连的进液管与水平呈8°夹角，在“T”型过滤器3与缓冲罐体4上缠绕有加热盘管30，自力式温控阀2与加热盘管30相连。

现场机械切水装置的缓冲罐体4上设有蒸汽吹扫孔27，蒸汽吹扫孔27通过蒸汽管线1与截止阀7相连，截止阀7入口与蒸汽管线1相连。缓冲罐体4上部两侧分别安装有两个油水界位探头5，油水界位探头5内装有AD592芯片。缓冲罐体4下端排水管10与法兰焊接后连接法兰式气动球阀12，气动球阀12上部的旋转连杆与回讯器14相连。缓冲罐体4下端排水管10上焊接有一个旁路脱水管9和脱水阀，可以在特殊情况下进行人工脱水。

现场机械切水装置的气源通过气源管线与气源处理件11相连，气源处理件11与电磁阀13相连后通过气管与一个“Y”型三通相连，“Y”型三通的两个出口分别与气动球阀12的进气孔相连。

现场带视窗监控器包括支柱15、带视窗防爆盒16、防爆软管、电缆17、主控板18、液晶显示板19。带视窗防爆盒16与支柱15通过螺栓相连，盒内底部装置主控板18，主控板18上面通过扁平带缆、通信线与液晶显示板19相连。现场机械切水装置的控制电缆17通过防爆软管与主控板18上的插座相连。现场带视窗监控器的主控板18上面焊有两个高品质的电源模块构成电源电路，由16位高性能的微处理器芯片、USB接口电路、指示灯和按钮构成键盘电路、红外遥控接收电路、开关量检测电路、模拟量处理电路（A/D转换电路）和RS485接口电路。

后台集中监控系统包括RS485双绞线电缆、有源（无源）RS-485光电隔离中继器、工业级四通道RS485智能扩展器、有源工业级RS232-RS485双向转换器以及工控机、切水器监控软件。各台现场带视窗监控器通过RS485双绞线电缆与有源（无源）RS-485光电隔离中继器相连，再经过RS485双绞线电缆汇总到工业级四通道RS485智能扩展器，从工业级四通道RS485智能扩展器输出接口再用RS485双绞线电缆连接到控制室的有源工业级RS232-RS485双向转换器，用RS232通信线接到工控机的COM串口上。

下面分别描述本发明现场机械切水装置、现场带视窗监控器和后台集中监控系统三个主要组成部分的工作原理：

一、现场机械切水装置：油罐21下部的油水通过油水入口22，经罐根阀23和“T”型过滤器3进入缓冲罐体4，缓冲罐内油被陆续进入的水置换，油通过“T”型过滤器3返回油罐21。

现场业主提供的伴热蒸汽通过自力式温控阀2后进入缠绕在“T”型过滤器3和缓冲罐体4上的加热盘管30，使整个介质处在恒定温度下，降低油水粘度有利于油水分离和介质的流动，加速分离的油品进入油罐。

现场业主提供的伴热蒸汽通过三通进入截止阀7后进入缓冲罐体4上的吹扫管线，通过蒸汽吹扫孔27能随时吹扫粘附在缓冲罐内的杂物，从排污管线排出，保持缓冲罐内清洁，预防杂物堵塞排水阀。

每台切水装置的缓冲罐上安装两个油水界位探头5和一个现场控制器。当缓冲罐上安装的油水界位探头检测到水中油含量低于设定值时，现场控制器发出打开切水阀的命令，开始切水；反之关闭切水阀。在关阀状态下，油罐21中的介质通过沉降自动分层，水流入缓冲罐中将缓冲罐中的油推回油罐中。由于加热盘管30的作用，缓冲罐中的油在加热状态下更容易返回到油罐中。缓冲罐上层的油被油罐中进入的水置换，逐步回到油罐，缓冲罐中的水位逐步上升，当油水界位探头再次检测到水中油含量低于设定值时，打开阀门重新开始切水。此过程往复运行。

当脱水结束后，切水装置的缓冲罐中还有大部分水没有排出，形成了“水封”，保证了油品零排放，确保脱水安全。另外，切水阀采用单电控、单作用的气动阀，在断电、停气的情况下都会将阀门关闭。特有的双气动球阀结构，实现了见油双阀联动，确保无渗漏。在排水处引入旁路脱水管9和脱水阀，如果因特殊原因不能自动脱水，可以通过打开旁路脱水阀进行人工脱水。

二、现场带视窗监控器：当缓冲罐上的两个油水界位探头都检测到水，将信号上传到现场带视窗监控器主控板（MB）上的高性能、嵌入式的微处理器。根据石化脱水的工艺要求，量身定做的软件程序预先写入EPROM。达到所有要求后，微处理器发出控制信号给信号放大电路，驱动直流继电器线圈，此继电器的输出接点将24V的直流电源引入防爆电磁阀13的线圈使气源通过电磁阀13的阀门，随后通过气管进入气动球阀12的气缸，推动气缸的连杆旋转90°，连杆带动其下的气动球阀打开阀门开始脱水。同时带动固定在上面的回讯器14（微动开关）旋转90°，此回讯器的常开触点将闭合，闭合信号上传到监控器。完成整个控制过程。

软件程序中，油水界位探头5检测到水后的延时时间达到设定的延时值的限制，能够很好处理乳化油，避免脱水跑油。

油水界位探头检测情况、缓冲罐内温度、阀门状态、脱水开启、关闭时间，任何异常都会有显示并给出诊断信息。这些都在监控器上实时反映并能保存100条记录。

三、后台集中监控系统：后台集中监控系统是与现场机械切水装置相配套的远程控制系统，每台现场机械切水装置的现场监控器把所有信息收集和智能处理的情况通过RS485双绞线电缆、有源（无源）RS-485光电隔离中继器、工业级四通道RS485智能扩展器、有源工业级RS232-RS485双向转换器（带静电保护）上传到工控机的COM口（串口）上。

工控机上安装切水装置监控软件。切水装置监控软件能够实现所有现场监控器的功能，用户可在此监控系统上查询每个油罐的切水装置运行情况，在操作室就可以监控到每台切水装置的工作。通过监测控制可增强自动切水装置的安全性和方便性。该系统可以实时地监测到阀门状态，切水现场情况能直观在后台工控机上显示，可以实现现场监控器的所有功能，并能远程强制启停切水装置。后台软件能将数据保存在工控机的硬盘上，可以用来分析油罐切水情况，找出切水规律，了解油品质量。

本发明所涉及的通信软件是为全智能式切水设施专门设计的，具有远程监控操作切水功能。计算机通过此监控软件，对所有切水装置进行监控，记录每台切水器的工作状态和工作过程。

本发明的全智能式切水设施可以实现三种切水方式，分别是：全自动切水，人工切水（控制自动切水器），远控切水。它在程序上完善地解决了现有技术中仅仅依靠硬件脱水而不能解决的问题，使油罐切水真正实现了智能化。

Claims (6)

1.一种全智能式切水设施，由现场机械切水装置、现场带视窗监控器和后台集中监控系统构成，其中现场机械切水装置包括蒸汽管线、自力式温控阀、“T”型过滤器、缓冲罐体、油水界位探头、温度计、截止阀、放空口、排污管、排水管、气源处理件、气动球阀、电磁阀和回讯器，在缓冲罐体上部设有与“T”型过滤器相连的进液管以及温度计孔、油水界位探头孔和放空口，缓冲罐体的下端设有排水管与气动球阀相连，气动球阀的气缸进气口与电磁阀通过气管相连，现场带视窗监控器包括支柱、带视窗防爆盒、防爆软管、电缆、主控板、液晶显示板，带视窗防爆盒与支柱通过螺栓相连，盒内底部装置主控板，主控板上面通过扁平带缆、通信线与液晶显示板相连，现场机械切水装置的控制电缆通过防爆软管与现场带视窗监控器主控板上的插座相连，其特征在于：

现场机械切水装置的缓冲罐体由上下两个椭圆形封头和筒体焊接成一整体，缓冲罐体上部与“T”型过滤器相连的进液管与水平呈8°夹角，在“T”型过滤器与缓冲罐体上缠绕有加热盘管，自力式温控阀与加热盘管相连；

现场带视窗监控器的主控板由两个电源模块构成电源电路，由16位微处理器芯片、USB接口电路、指示灯和按钮构成键盘电路、红外遥控接收电路、开关量检测电路、模拟量处理电路（A/D转换电路）和RS485接口电路；

后台集中监控系统包括RS485双绞线电缆、有源（无源）RS-485光电隔离中继器、工业级四通道RS485智能扩展器、有源工业级RS232-RS485双向转换器以及工控机、切水器监控软件，各台现场带视窗监控器通过RS485双绞线电缆与有源（无源）RS-485光电隔离中继器相连，再经过RS485双绞线电缆汇总到工业级四通道RS485智能扩展器，从工业级四通道RS485智能扩展器输出接口再用RS485双绞线电缆连接到控制室的有源工业级RS232-RS485双向转换器，用RS232通信线接到工控机的COM串口上。

2.根据权利要求1所述的全智能式切水设施，其特征在于所述现场机械切水装置的缓冲罐体上设有蒸汽吹扫孔，蒸汽吹扫孔通过管线与截止阀相连，截止阀入口与蒸汽管线相连。

3.根据权利要求1或2所述的全智能式切水设施，其特征在于所述现场机械切水装置的缓冲罐体上部两侧分别装有两个油水界位探头，油水界位探头内装有AD592芯片。

4.根据权利要求1所述的全智能式切水设施，其特征在于所述现场机械切水装置的缓冲罐体下端排水管与法兰焊接后连接法兰式气动球阀，气动球阀上部的旋转连杆与回讯器相连。

5.根据权利要求1或4所述的全智能式切水设施，其特征在于所述现场机械切水装置的缓冲罐体下端排水管上焊接有一个旁路脱水管。

6.根据权利要求1所述的全智能式切水设施，其特征在于所述现场机械切水装置的气源通过气源管线与气源处理件相连，气源处理件与电磁阀相连后通过气管与一个“Y”型三通相连，“Y”型三通的两个出口分别与气动球阀的进气孔相连。

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