CN103425067A - 利用声速差识别不同比重液体介质并控制其排放的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用声速差识别不同比重液体介质并控制其排放的系统，其包括切料罐、回料泵、超声波探头、温度传感器、切料阀和智能控制器；其中，切料罐顶部通过回料泵、回料管与储罐相联，切料罐上部通过进料阀和进料管联通储罐下部；超声波探头安装在切料罐的侧面上部。将测得的切料罐中介质声速及介质温度与比重较大的基准介质声速数据库或与同时测得位于切料罐内基准筒里的比重较大基准介质声速进行比较，判断切料罐中介质是否与基准介质相同并依此进行切料。其具有利用声速的不同对不同介质进行识别，能确切识别基准介质和保证切料后储罐内介质为储罐介质，在杂质淤积、出现中间层等异常情况下都能正常工作的优点。

Description

利用声速差识别不同比重液体介质并控制其排放的系统

技术领域

本发明涉及对比重不同、声学特性不同的液相介质进行识别的设备，特别是涉及一种利用声速差识别两种不同比重液体介质并控制其排放的系统。

背景技术

许多不同介质在相同物理环境中有着不同的声学特性，只要分别测出它们的声学特性，对它们的声学特性进行比较，就能准确地把不同的介质进行区分。依据这一原理，本发明人发明了一种超声探测式储罐自动脱水方法及其装置，在200410096059.1号中国发明专利记载。其超声探测式储罐自动脱水方法是储罐底部通过导管串接一个分水罐，再在分水罐外侧壁上垂直间隔安装两个或叁个具有发射和接收功能的双功能超声探头，最下方一个超声探头位于分水罐下部。安装在分水罐上的分水管的进水口也位于分水罐下部，分水管的罐外段安装有电磁阀；通过测算和比对各超声探头发射的脉冲超声信号由超声探头对面的分水罐内壁反射回来的回波时间来判断分水罐内的水位，当各超声探头的回波时间相同时，则由控制器打开电磁阀进行脱水，当各超声探头的回波时间不同时，则由控制器关闭电磁阀停止脱水；分水管的进水口位于最下方一个超声探头与其它超声探头之间，各超声探头依次循环进行探测。由变送器依次循环向各超声探头发射频率为100K—10MH_z脉冲超声信号和接收自超声探头对面分水罐内壁反射回来的回波信号，各超声探头的回波时间经变送器中的CPU进行计算机比对，分水罐的温度≥20℃。

其超声探测式储罐自动脱水装置包括储油罐和用于探测水层的超声探头及与超声探头相连的变送器和由变送器操控的电磁阀，变送器中安装有能记录和比对回波时间的CPU，CPU通过控制器连接电磁阀，其特征在于储油罐底部通过输水管串联一个立式分水罐，分水罐内安装一个进水口位于分水罐下部的分水管，并且分水管自分水罐顶部引出，电磁阀安装在分水管的罐外段上；两个或叁个具有发射和接收功能的双功能超声探头分别垂直间隔安装在分水罐的外侧，分水管进水口高于最下方一个双功能超声探头，低于其它双功能超声探头，超声探头的频率范围为100K—10MH_z；当各双功能超声探头的回波时间相同时，CPU通过控制器打开电磁阀；当各双功能超声探头的回波时间不同时，CPU通过控制器关闭电磁阀。

经发明人长期推广应用发现，上述装置存在不能确切识别基准介质，在杂质淤积、出现中间层等异常情况下不能正常工作的问题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种能确切识别基准介质，在杂质淤积、出现中间层等异常情况下都能正常工作的利用声速差识别两种不同比重液体介质的识别与排放控制系统。

为实现上述目的，本发明利用声速差识别不同比重液体介质并控制其排放的系统，包括下排式切料罐、回料泵、收发共用的超声波探头、用于测量切料罐内介质温度的温度传感器、配装在自切料罐底引出的切料管上的切料阀、采集超声波探头及温度传感器信号控制回料泵和切料阀的智能控制器；所述切料罐顶部通过回料泵、回料阀和回料管联通储罐上部，所述切料罐上部通过进料阀和进料管联通储罐下部，更确切是所述切料罐上部侧面通过进料阀和进料管联通储罐下部侧面或者底部；所述超声波探头安装在切料罐的侧面上部，通过智能控制器控制发射超声波脉冲信号，并测出切料罐中介质声速，将测得的切料罐中介质声速和介质温度与比重较大的基准介质在不同温度下的基准介质声速数据库（该数据库也可称为带温度补偿的基准介质声速数据库，其中将比重较大的介质称为基准介质）或与同时测得位于切料罐内基准筒（内装有比重较大的介质）里的比重较大基准介质声速进行比较，判断切料罐中介质是否与基准介质相同：如果切料罐中介质与基准介质相同，则智能控制器打开切料阀进行切料；在切料过程中，如果智能控制器发现切料罐中介质与基准介质不同或切料时间达到预定时间或切料流量达到预定量，则关闭切料阀停止切料；从所述基准桶测得的实时基准介质声速是通过基准桶自己配置的超声波探头探测，并由所述智能控制器采集的。在石油、化工企业对同一容器中不同介质的识别有着非常广泛的需求，我们根据声学原理研制出这种利用声速差对不同介质进行识别与切料控制的系统。它把用声速差实现对不同介质识别与控制系统和所需进行两种介质区分的储料罐用一根管线连接，使得所测介质和基准筒中介质物理环境相同。即只要把此系统和所需鉴别的介质的容器相连，就能准确地将不同介质区分出来，根据工艺要求进行相应的处理。其中在智能控制器中建立不同温度下基准介质的声速的数据库，根据实测温度，调出相应的基准介质的声速和切料罐中介质的声速进行比较，从而识别出切料罐内介质和基准介质是否相同，可以代替在本系统中的基准筒。切料罐改为采用下排式，避免了杂质在切料罐中淤积的问题。其中：将排料管改为下排式解决原发明杂质淤积问题；加装回料泵解决原发明一些场合不能回料的问题；取消下面两个探头而采用数据库和基准筒的方法，解决由于各种原因造成原发明下面探头不能正常工作的问题。因原发明系统中切料罐底部侧面的超声波探头因各种原因造成得不到基准介质的声学特性，使得原系统不能正常工作，故采用数据库形式或基准筒形式。具有利用声速的不同对不同介质进行识别，能确切识别基准介质和保证切料后储罐内介质为储罐介质，在杂质淤积、出现中间层等异常情况下都能正常工作的优点。

作为优化，所述基准筒是一根圆管顶部和底部都分别用同样直径的金属片封死，在顶部金属片的边缘开一个圆孔，向上焊一个金属管，在这个金属管的顶部配装一个活的密封件，在作排气和注入基准介质时用；基准筒内注入基准介质，将一个收发共用的超声波探头耦合在顶部的金属片上。智能控制器通过超声波探头向基准筒的底部发射一个超声波脉冲信号，此信号通过筒内的基准介质到达筒的底部，反射再经过基准介质传输回采，由超声波探头接收，经过智能控制器处理，精确地测量出筒内基准介质的实时声速。

作为优化，所述圆管直径为Φ20mm～Φ200mm、长度为200mm～2000mm，所述活的密封件为球阀。

作为优化，所述切料罐的侧壁上部配装所述超声波探头，所述基准筒安装在切料罐盖板上远离中心的外缘区，所述温度传感器配置在切料罐盖板上的基准筒附近，所述切料罐盖板中部向上焊接有凸出切料罐盖板之上的法兰座，法兰座上配装向上固连回料管的法兰盘。

作为优化，所述切料阀为配装有阀门回讯器的气动球阀或者电磁阀，所述智能控制器连接阀门回讯器并采集回讯信号，并利用采集的回讯信号实时监测切料阀的开闭状态。

作为优化，在所述气动阀或者电磁阀下游的切料管上还配装有用于手动切料的手动球阀，所述气动阀配有气动三联件。

作为优化，所述智能控制器包括CPU和CPU控制的测温电路、超声波发射电路、超声波接收电路、泵阀控制电路和报警显示电路；所述测温电路通过温度传感器采集切料罐内介质温度，所述超声波发射电路通过收发共用的超声波探头向切料罐内介质发射超声波和向基准筒内基准介质发射超声波、所述超声波接收电路通过收发共用的超声波探头采集切料罐内介质声波和基准筒内基准介质声波，所述泵阀控制电路接收切料阀配置的阀门回讯器的阀位信号、并控制所述回料泵和切料阀，当阀门回讯的阀位信号与泵阀控制电路输出的阀控制信号不符时，报警显示电路通过屏显、警报器或和其它方式报警。

作为优化，所述智能控制器还包括所述CPU控制的通讯电路；所述报警显示电路和通讯电路进一步连接控制室内的终端设备。

作为优化，当测得切料罐中介质与基准介质相同与设定的储罐沉降时间到两个条件都具备时，才打开切料阀进行切料；当测得切料罐中介质与基准介质不同或者切料时间达到设定时间后，即关闭切料阀停止切料；停止切料后，再等测得切料罐中介质与基准介质相同、设定的储罐沉降时间到两个条件都具备时，才打开切料阀进行再切料；依次循环自动进行。

作为优化，当有些介质由于进料阀和进料管结构和介质粘滞的原因，不能通过进料阀和进料管回送介质回储罐时，则通过所述回料泵、回料阀和回料管向储罐中进行回料。即有些介质由于储料罐的排介质管线的结构和介质粘滞的原因，不能通过排介质管线回送介质，也可通过系统中所含的回料泵进行回料。所述切料罐中部和上部为圆柱形、下部为圆锥形，所述切料管从所述切料罐底的锥端引出。

其原理是：基准筒内注入基准介质，将一个收发共用的超声波探头，耦合在顶部的金属片上，智能控制器通过超声波探头向基准筒的底部发射一个超声波脉冲信号，此信号通过筒内的基准介质到达筒的底部，反射再经过基准介质传输回采，由超声波探头接收，经过智能控制器处理，精确地测量出筒内基准介质的声速(由于基准筒的长度为巳知)。将另一个收发共用的超声波探头安装在切料罐的侧面，通过智能控制器发射超声波脉冲信号，并测出切料罐中介质的声速。根据声速的比较，判断出基准筒中和切料罐中的两种介质是否相同，由于切料罐和储罐是通过直径为Φ10mm～300mm管线（进料管）连通的，切料罐中的介质就是储罐中的介质，而基准筒中的介质是我们注入的基准介质。根据在线检测到基准筒中介质和切料罐中介质声速相同与不同，判断出切料罐内介质与基准筒内介质是否相同，从而进行相应的工艺控制。

采用上述技术方案后，本发明利用声速差识别不同比重液体介质并控制其排放的系统具有利用声速的不同对不同介质进行识别，能确切识别基准介质和保证切料后储罐内介质为储罐介质，在杂质淤积、出现中间层等异常情况下都能正常工作的优点。

附图说明

图1是本发明利用声速差识别不同比重液体介质并控制其排放的系统结构示意图；图2是本发明利用声速差识别不同比重液体介质并控制其排放的系统工作流程示意图。

具体实施方式

如图所示，本发明利用声速差识别不同比重液体介质并控制其排放的系统应用于对两种不同比重液体介质的识别，其结构包括下排式切料罐1、回料泵2、收发共用的超声波探头3、用于测量切料罐1内介质温度的温度传感器4、配装在自切料罐底1引出的切料管5上的切料阀6、采集超声波探头3及温度传感器4信号控制回料泵2和切料阀6的智能控制器7；所述切料罐1配有的盖板中部向上焊接有凸出切料罐盖板之上的法兰座11，法兰座11上配装向上固连回料管12的法兰盘13。所述回料管12联通储罐上部，并依次串接有回料泵2和回料阀。所述切料罐1上部侧面通过进料阀和直径Φ10mm～300mm进料管联通储罐下部侧面或者底部。当有些介质由于进料阀和进料管结构和介质粘滞的原因，不能通过进料阀和进料管回送介质回储罐时，则通过所述回料泵2、回料阀和回料管向储罐中进行回料。比重较大的介质为基准介质。所述切料罐1中部和上部为圆柱形、下部为圆锥形，所述切料管5从所述切料罐底的锥端引出。

所述超声波探头3安装在切料罐1的侧壁上部，通过智能控制器7控制发射超声波脉冲信号，并测出切料罐1中介质声速，将测得的切料罐1中介质声速和介质温度与基准介质在不同温度下的基准介质声速数据库（带温度补偿的基准介质声速数据库）或与同时测得位于切料罐1内基准筒9里的基准介质声速进行比较，判断切料罐1中介质是否与基准介质相同：如果切料罐1中介质与基准介质相同，则智能控制器7打开切料阀6进行切料；在切料过程中，如果智能控制7发现切料罐1中介质与基准介质不同或切料时间达到预定时间，则关闭切料阀6停止切料；从所述基准桶9测得的实时基准介质声速是通过基准桶9自己配置的超声波探头3探测，并由所述智能控制器7采集的。

所述基准筒9是一根直径为Φ20mm～Φ200mm、长度为200mm～2000mm的圆管顶部和底部都分别用同样直径的金属片封死，在顶部金属片的边缘开一个圆孔，向上焊一个直径为金属管，在这个金属管的顶部配装一个活的密封件球阀，在作排气和注入基准介质时用；基准筒9内注入基准介质，将一个收发共用的超声波探头3耦合在顶部的金属片上，所述智能控制器7通过超声波探头3向基准筒9的底部发射一个超声波脉冲信号，此信号通过筒内的基准介质到达筒的底部，反射再经过基准介质传输回采，由超声波探头接收，经过智能控制器处理，精确地测量出筒内基准介质的实时声速。所述基准筒9通过法兰安装在所述切料罐盖板上远离中心的外缘区，所述温度传感器4配置在切料罐盖板上的基准筒附近，更确切地是安装在所述基准筒9与切料罐1的侧壁之间。

所述切料阀6为配装有阀门回讯器的气动球阀或者电磁阀，所述智能控制器7连接阀门回讯器并采集回讯信号，并利用采集的回讯信号监测切料阀6的开闭状态。在所述气动阀或者电磁阀下游的切料管段上还配装有用于手动切料的手动球阀，所述气动阀配有气动三联件。

所述智能控制器7包括CPU和CPU控制的测温电路、超声波发射电路、超声波接收电路、泵阀控制电路、报警显示电路和通讯电路；所述报警显示电路和通讯电路进一步连接控制室内的终端设备；所述测温电路通过温度传感器4采集切料罐1内介质温度，所述超声波发射电路通过收发共用的超声波探头3向切料罐1内介质发射超声波和向基准筒9内基准介质发射超声波、所述超声波接收电路通过收发共用的超声波探头3采集切料罐1内介质声波和向基准筒9内基准介质声波，所述泵阀控制电路接收切料阀6配置的阀门回讯器的阀位信号，控制回料泵2和切料阀6，当阀门回讯的阀位信号与泵阀控制电路输出的阀控制信号不符时，报警显示电路通过屏显、警报器或和控制室内的终端设备报警。

其方式是：基准筒9内注入基准介质，将一个收发共用的超声波探头3，耦合在顶部的金属片上，智能控制器通过超声波探头3向基准筒9的底部发射一个超声波脉冲信号，此信号通过筒内的基准介质到达筒的底部，反射再经过基准介质传输回采，由超声波探头接收，经过智能控制器处理，精确地测量出筒内基准介质的声速(由于基准筒的长度为巳知)。将另一个收发共用的超声波探头安装在切料罐的侧面，通过智能控制器发射超声波脉冲信号，并测出切料罐中介质的声速。根据声速的比较，判断出基准筒9中和切料罐1中的两种介质是否相同，由于切料罐1和储罐是通过直径为Φ10mm～300mm管线（进料管）连通的，切料罐1中的介质就是储罐中的介质，而基准筒9中的介质是我们注入的基准介质。根据在线检测到基准筒9中介质和切料罐1中介质声速相同与不同，判断出切料罐1内介质与基准筒9内介质是否相同，从而进行相应的工艺控制。

其工作方式还可以更具体是：当“测得切料罐中介质与基准介质相同”与“设定的储罐沉降时间到”两个条件都具备时，才打开切料阀进行切料；当“测得切料罐中介质与基准介质不同”或者“切料时间达到设定时间后”，即关闭切料阀停止切料；停止切料后，再等测得切料罐中介质与基准介质相同、设定的储罐沉降时间到两个条件都具备时，才打开切料阀进行再切料；依次循环自动进行。

Claims (10)

1.一种利用声速差识别不同比重液体介质并控制其排放的系统，其特征在于包括下排式切料罐，回料泵，收发共用的超声波探头，用于测量切料罐内介质温度的温度传感器，配装在切料罐底引出的切料管上的切料阀，超声波探头及温度传感器信号的处理、控制回料泵和切料阀的智能控制器；所述切料罐顶部通过回料泵、回料管与储罐相联，所述切料罐上部通过进料阀和进料管联通储罐下部；所述超声波探头安装在切料罐的侧面上部，通过智能控制器控制发射超声波脉冲信号，并测出切料罐中介质声速，将测得的切料罐中的介质声速及介质温度与比重较大的基准介质在不同温度下的基准介质声速数据库或与同时测得位于切料罐内基准筒里的比重较大基准介质声速进行比较，判断切料罐中介质是否与基准介质相同：如果切料罐中介质与基准介质相同，则智能控制器打开切料阀进行排放；在排放过程中，如果超声波探头测得切料罐中介质与基准介质不同或切料时间达到预定时间，则关闭切料阀，停止排放；从所述基准桶测得的实时基准介质声速是通过基准桶自己配置的超声波探头探测，并由所述智能控制器采集的。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于所述基准筒是一根圆管顶部和底部都分别用同样直径的金属片封死，在顶部金属片的边缘开一个圆孔，向上焊一个金属管，在这个金属管的顶部配装一个活的密封件，在作排气和注入基准介质时用；基准筒内注入比重较大的基准介质，将一个收发共用的超声波探头耦合在顶部的金属片上，智能控制器通过超声波探头向基准筒的底部发射一个超声波脉冲信号，此信号通过筒内的基准介质到达筒的底部，反射再经过基准介质传输回采，由超声波探头接收，经过智能控制器处理，精确地测量出筒内基准介质的实时声速。

3.根据权利要求2所述系统，其特征在于所述圆管直径为Φ20mm～Φ200mm、长度为200mm～2000mm，所述活的密封件为球阀。

4.根据权利要求1所述系统，其特征在于所述切料罐的侧壁上部配装所述超声波探头，所述基准筒安装在切料罐盖板上远离中心的外缘区，所述温度传感器配置在切料罐盖板上的基准筒附近，所述切料罐盖板中部向上焊接有凸出切料罐盖板之上的法兰座，法兰座上配装向上固连回料管的法兰盘。

5.根据权利要求1所述系统，其特征在于所述切料阀为配装有阀门回讯器的气动球阀或者电磁阀，所述智能控制器连接阀门回讯器并采集回讯信号，并利用采集的回讯信号实时监测切料阀的开闭状态。

6.根据权利要求5所述系统，其特征在于在所述气动阀或者电磁阀下游的切料管上还配装有用于手动切料的手动球阀，所述气动阀配有气动三联件。

7.根据权利要求1所述系统，其特征在于所述智能控制器包括CPU和CPU控制的测温电路、超声波发射电路、超声波接收电路、泵阀控制电路和报警显示电路；所述测温电路通过温度传感器采集切料罐内介质温度，所述超声波发射电路通过收发共用的超声波探头向切料罐内介质发射超声波和向基准筒内基准介质发射超声波、所述超声波接收电路通过收发共用的超声波探头采集切料罐内介质声波和基准筒内基准介质声波，所述泵阀控制电路接收切料阀配置的阀门回讯器的阀位信号、并控制所述回料泵和切料阀，当阀门回讯的阀位信号与泵阀控制电路输出的阀控制信号不符时，报警显示电路通过屏显、警报器或和其它方式报警。

8.根据权利要求7所述系统，其特征在于所述智能控制器还包括所述CPU控制的通讯电路；所述报警显示电路和通讯电路进一步连接控制室内的终端设备。

9.根据权利要求1-8任一权利要求所述系统，其特征在于当测得切料罐中介质与基准介质相同与设定的储罐沉降时间到两个条件都具备时，才打开切料阀进行切料；当测得切料罐中介质与基准介质不同或者切料时间达到设定时间后，即关闭切料阀停止切料；停止切料后，再等测得切料罐中介质与基准介质相同与设定的储罐沉降时间到两个条件都具备时，才打开切料阀进行再切料；依次循环自动进行。

10.根据权利要求1-8任一权利要求所述系统，其特征在于当有些介质由于进料阀和进料管结构和介质粘滞的原因，不能通过进料阀和进料管回送介质回储罐时，则通过所述回料泵、回料阀和回料管向储罐中进行回料；所述切料罐中部和上部为圆柱形、下部为圆锥形，所述切料管从所述切料罐底的锥端引出。

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