CN103697964A

CN103697964A - 一种跟踪式油水分界面测量装置

Info

Publication number: CN103697964A
Application number: CN201310686538.8A
Authority: CN
Inventors: 程鹏; 张建国; 李媛媛; 薛保平
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2014-04-02

Abstract

一种跟踪式油水分界面测量装置，属于自动测量技术领域，具体测量储油罐中油品与水位分界面高度的测量装置。其特征在于测量方式独特，探头1始终跟踪油水界面的变化，油水界面上升时控制探头1上升，油水界面下降时控制探头1下降，从而实现自动跟踪测量。整套装置由传动系统、控制系统、测量系统和探头1四部分组成。其特点是测量范围大，测量精度高，故障率低。可广泛用于在炼油厂、油脂厂及储油库的大型储油罐上，对大型储油罐中油品与水位分界面高度进行在线跟踪测量。

Description

一种跟踪式油水分界面测量装置

技术领域

本发明一种跟踪式油水分界面测量装置，属于自动测量技术领域，尤其涉及测量储油罐中油品与水位分界面高度的测量装置，主要应用在炼油厂、油脂厂及储油库的大型储油罐上。

背景技术

石油产品和食用油在加工、运输及储存过程中，不可避免会出现水分，由于油品与水存在不溶性，且密度差异较大，在静态的情况下很容易出现分层现象，轻质的油品在上，重质的水在下，在储油罐中油与水之间形成一个分界面。

在生产过程中需要了解每个储油罐中油品的实际储存数量，就必须测量储油罐的液位和油水界面高度两个参数。大型石油化工企业和食用油加工企业通常使用的储油罐容积较大，因此储油罐的油水界面测量精确度要求很高，因为小的界面高度测量误差会带来大的容积误差，精确测量油水界面的高度，对于工业生产具有重要意义。同时这一类型企业自动化水平要求相对较高，随时对各储油罐的储量进行动态监控，需要解决界面的实时在线监控问题。

国内外常用油水分界面测量方法有：

1）.电容式界面计

电容式界面计主要依据油与水的介电常数不同，界面变化时引起电容传感器电容值变化，测量电容传感器电容值，可以反映油水界面的高度，电容式界面计优点是造价低，但是电容式界面计需要贴壁安装，储油罐的高度与电容式界面计的长度相同，适合小型储罐上使用。

2）.差压式界面计

差压式界面计主要依据油与水密度不同，可以通过检测不同位置的压力以反映储油罐油水界面的高度，但是要求储油罐必须在满罐状态下才能测量，常应用在生产过程中中间小型溢流罐上。

3）.射频导纳式界面计

射频导纳式界面计是以射频阻抗理论为基础 ,通过被测介质呈现的阻抗特性反映油水界面位置的仪表。因为射频导纳式界面计最长不超过3米长，适合小型储罐上使用。

综合所述：由于大型储油罐的高度通常在十几米以上，现有的界面计检测高度有限，无法满足这种特殊的工况条件。

发明内容

本发明一种跟踪式油水分界面测量装置，其目的在于解决大型储油罐油水界面高度测量的问题，从而公开一种新颖的油水界面测量的技术方案。本发明适应于石油化工、食用油加工及石油公司油库等企业的大型储油罐上使用。

本发明一种跟踪式油水分界面测量装置，其特征在于由传动系统、控制系统、测量系统和探头1四部分组成,所述传动系统由钢丝绳2、滑轮4、电机5、减速机6和钢丝绳滚筒7组成，所述探头1吊装在钢丝绳2上，减速机6选用行星摆线减速机，电机5、减速机6与钢丝绳滚筒7轴向机械连接，钢丝绳2按顺序缠绕在钢丝绳滚筒7上，电机5正转经减速机6、钢丝绳滚筒7、滑轮4牵引钢丝绳2和探头1向上移动，电机5反转经减速机6、钢丝绳滚筒7、滑轮4牵引钢丝绳2和探头1向下移动,所述探头1（见附图2）由配重块10、左支架11a、右支架11b、双极板式电容9组成，所述双极板式电容9由左电容极板9a和右电容极板9b组成，配重块10采用金属长方体，左支架11a和右支架11b采用L型塑料支架，其长度与配重块10的长度相同，L型塑料支架左支架11a的一边用螺丝固定在配重块10底面中间的左侧，另一边安装左电容极板9a，L型塑料支架右支架11b的一边用螺丝固定在配重块10底面中间的右侧；另一边安装右电容极板9b，左电容极板9a的长度小于左支架11a非固定一边的长度，左电容极板9a的宽度小于左支架11a非固定一边的宽度，左电容极板9a与电缆3其中的一芯作电气连接后，镶嵌在左支架11a非固定的一边上，周边用环氧树脂封灌，形成绝缘层；同样右电容极板9b的长度小于右支架11b非固定一边的长度，右电容极板9b的宽度小于右支架11b非固定一边的宽度，右电容极板9b与电缆3的另外的一芯作电气连接后，镶嵌在右支架11b非固定的一边上，周边用环氧树脂封灌，形成绝缘层；所述控制系统（见附图3）由变送电路和智能频率数显表12组成，所述变送电路为非对称型非门多谐振荡器，包括第一非门F1、第二非门F2、第三非门F3、电位器R和安装在探头1上的双极板式电容9，所述第一非门F1输入端接地，第一非门F1输出端与第二非门F2输入端相连，第二非门F2输出端与第三非门F3输入端相连，电位器R一端接地，电位器R另一端与第一非门F1输出端和第二非门F2输入端相连，双极板式电容9的左电容极板9a经电缆3与第二非门F2输出端和第三非门F3输入端相连，双极板式电容9的右电容极板9b经电缆3与变送电路的地线相连，电缆3是一种外形像弹簧，可以自由伸缩，具有高弹性、高耐磨、高抗撕裂强度的螺旋伸缩型屏蔽控制电缆，第三非门F3输出端为变送电路信号输出端，连接到智能频率数显表12的输入端；智能频率数显表12选用普通通用型带有下限和上限控制功能的频率智能表，下限继电器触点201是智能频率数显表12本身带有的下限继电器触点，上限继电器触点202是智能频率数显表12本身带有的上限继电器触点；所述测量系统（见附图4）由编码传感器8和智能界面数显表13组成，编码传感器8的输出端与智能界面数显表13的输入端连接，所述编码传感器8选用旋转编码器，编码传感器8安装在钢丝绳滚筒7的轴端，随钢丝绳滚筒7一起旋转，钢丝绳滚筒7转动一圈，编码传感器8也转动一圈，同时发出数字脉冲，送至智能界面数显表13进行运算和显示，根据公式F＝H／W计算脉冲当量，式中F脉冲当量、H探头1上升或下降的距离，W对应上升或下降的距离编码传感器8所产生脉冲的个数，将脉冲当量F存入智能界面数显表13，作为计算界面高度的依据，智能界面数显表13选用方便与上位计算机通信的带有通信接口的通用型智能表，所述探头1始终跟踪油水界面的变化，油水界面上升时控制探头1上升，油水界面下降时控制探头1下降，自动跟踪油水界面变化进行测量。

下面结合附图说明油水界面测量装置的工作过程：

油水界面不变化时电机5不转，探头1不移动，智能频率数显表12显示的频率值处于智能频率数显表12设定的上下限之间，智能界面数显表13显示的是当前油水界面高度值。当油水界面上升时，由于油品的介电常数远大于水的介电常数，进入探头1的双极板式电容9的水的比例增加，双极板式电容9电容值减少，变送电路第三非门F3的输出频率增高，当输出频率达到智能频率数显表12设定的上限时，智能频率数显表12的上限继电器吸合，上限继电器触点201常开触点闭合，电机5正转，牵引探头1向上移动，探头1移动过程中双极板式电容9电容值逐步加大，变送电路第三非门F3的输出频率逐步降低，当输出频率降低到智能频率数显表12设定的下限时，智能频率数显表12的下限继电器吸合，下限继电器触点202常闭触点打开，电机5停转，探头1停止上升，在此过程中编码传感器8向智能界面数显表13发出脉冲，智能界面数显表13根据编码传感器8发出的脉冲个数计算上升的距离更新显示值，智能界面数显表13显示的数值，就是当前油水分界面的高度。当油水界面下降时，测量过程与上述相反。

本发明一种跟踪式油水分界面测量装置的优点在于：

1. 测量范围大，适用于大型储油罐使用；

2. 测量精度高；

3. 具有与上位计算机通信功能。

附图说明

图1 测量装置结构示意图

1.探头 2.钢丝绳 3.电缆 4.滑轮 5.电机 6.减速机 7.钢丝绳滚筒

8.编码传感器 9. 双极板式电容图2 探头1结构示意图

10.配重块 11a.左支架 11b.右支架 9a. 双极板式电容9的左电容极板

9b. 双极板式电容9的右电容极板

图3 测量装置控制原理图

F1. 第一非门 F2. 第二非门 F3. 第三非门 R.电位器 12.智能频率数显表

201.智能频率数显表12上限触点 202.智能频率数显表12下限触点

图4 测量装置测量原理图

13. 智能界面数显表。

具体实施方案

实施方式1 ：

1、该装置由传动系统、控制系统、测量系统和探头1四部分组成,所述传动系统由钢丝绳2、滑轮4、电机5、减速机6和钢丝绳滚筒7组成，所述探头1吊装在钢丝绳2上，减速机6选用行星摆线减速机，电机5、减速机6与钢丝绳滚筒7轴向机械连接，钢丝绳2按顺序缠绕在钢丝绳滚筒7上，电机5正转经减速机6、钢丝绳滚筒7、滑轮4牵引钢丝绳2和探头1向上移动，电机5反转经减速机6、钢丝绳滚筒7、滑轮4牵引钢丝绳2和探头1向下移动,所述探头1（见附图2）由配重块10、左支架11a、右支架11b、双极板式电容9组成，所述双极板式电容9由左电容极板9a和右电容极板9b组成，配重块10采用金属长方体，左支架11a和右支架11b采用L型塑料支架，其长度与配重块10的长度相同，L型塑料支架左支架11a的一边用螺丝固定在配重块10底面中间的左侧，另一边安装左电容极板9a，L型塑料支架右支架11b的一边用螺丝固定在配重块10底面中间的右侧；另一边安装右电容极板9b，左电容极板9a的长度小于左支架11a非固定一边的长度，左电容极板9a的宽度小于左支架11a非固定一边的宽度，左电容极板9a与电缆3其中的一芯作电气连接后，镶嵌在左支架11a非固定的一边上，周边用环氧树脂封灌，形成绝缘层；同样右电容极板9b的长度小于右支架11b非固定一边的长度，右电容极板9b的宽度小于右支架11b非固定一边的宽度，右电容极板9b与电缆3的另外的一芯作电气连接后，镶嵌在右支架11b非固定的一边上，周边用环氧树脂封灌，形成绝缘层；所述控制系统（见附图3）由变送电路和智能频率数显表12组成，所述变送电路为非对称型非门多谐振荡器，包括第一非门F1、第二非门F2、第三非门F3、电位器R和安装在探头1上的双极板式电容9，所述第一非门F1输入端接地，第一非门F1输出端与第二非门F2输入端相连，第二非门F2输出端与第三非门F3输入端相连，电位器R一端接地，电位器R另一端与第一非门F1输出端和第二非门F2输入端相连，双极板式电容9的左电容极板9a经电缆3与第二非门F2输出端和第三非门F3输入端相连，双极板式电容9的右电容极板9b经电缆3与变送电路的地线相连，电缆3是一种外形像弹簧，可以自由伸缩，具有高弹性、高耐磨、高抗撕裂强度的螺旋伸缩型屏蔽控制电缆，第三非门F3输出端为变送电路信号输出端，连接到智能频率数显表12的输入端；智能频率数显表12选用普通通用型带有下限和上限控制功能的频率智能表，下限继电器触点201是智能频率数显表12本身带有的下限继电器触点，上限继电器触点202是智能频率数显表12本身带有的上限继电器触点；所述测量系统（见附图4）由编码传感器8和智能界面数显表13组成，编码传感器8的输出端与智能界面数显表13的输入端连接，所述编码传感器8选用旋转编码器，编码传感器8安装在钢丝绳滚筒7的轴端，随钢丝绳滚筒7一起旋转，钢丝绳滚筒7转动一圈，编码传感器8也转动一圈，同时发出数字脉冲，送至智能界面数显表13进行运算和显示，根据公式F＝H／W计算脉冲当量，式中F脉冲当量、H探头1上升或下降的距离，W对应上升或下降的距离编码传感器8所产生脉冲的个数，将脉冲当量F存入智能界面数显表13，作为计算界面高度的依据，智能界面数显表13选用方便与上位计算机通信的带有通信接口的通用型智能表，所述探头1始终跟踪油水界面的变化，油水界面上升时控制探头1上升，油水界面下降时控制探头1下降，自动跟踪油水界面变化进行测量。

2、整套测量装置安装在大型储油罐的顶部（见附图1），变送电路、智能频率数显表12、界面数显智能表13安装在值班室内，电气部分相互连通。

3.该装置的校验，变送电路选用集成电路型号为SN74LS04六非门普通芯片（只使用三个非门），假设R＝500k，双极板式电容9电容值100P,此时探头1安装的双极板式电容9的左电容极板9a和右电容极板9b下部的一半淹没在水中，上部的一半淹没在油中（见附图1）。根据公式f＝1／6.28RC计算变送电路输出频率f＝3.2KkH，将智能频率数显表12的上限设定为3.4 KkH，下限为3.0 KkH。

取钢丝绳滚筒7直径为318mm, 钢丝绳滚筒7旋转一圈, 探头1上下移动1m的距离,选编码传感器8为PKT-100系列分辨率500脉冲/转，计算脉冲当量=1000mm／500=2mm／脉冲，将脉冲当量存入智能界面数显表13中，作为计算界面高度的依据。安装完成后，手动启动电机5，电机5反转探头1下降至储油罐的底部，将智能界面数显表13清零，作为界面起始位。手动启动电机5，电机5正转探头1上升至1米，在此过程中智能界面数显表13的数字在增加，检查智能界面数显表13的显示数据是否是1米，如有误差重新修改脉冲当量F，重复上述过程，直到无误差为止，校验过程结束。

4、该装置的工作过程，油水界面不变化时电机5不转，探头1不移动，智能频率数显表12显示的频率值处于智能频率数显表12设定的上下限之间，智能界面数显表13显示的是当前油水界面高度值。当油水界面上升时，由于油品的介电常数远大于水的介电常数，进入探头1的双极板式电容9的水的比例增加，双极板式电容9电容值减少，变送电路第三非门F3的输出频率增高，当输出频率达到智能频率数显表12设定的上限时，智能频率数显表12的上限继电器吸合，上限继电器触点201常开触点闭合，电机5正转，牵引探头1向上移动，探头1移动过程中双极板式电容9电容值逐步加大，变送电路第三非门F3的输出频率逐步降低，当输出频率降低到智能频率数显表12设定的下限时，智能频率数显表12的下限继电器吸合，下限继电器触点202常闭触点打开，电机5停转，探头1停止上升，在此过程中编码传感器8向智能界面数显表13发出脉冲，智能界面数显表13根据编码传感器8发出的脉冲个数计算上升的距离更新显示值，智能界面数显表13显示的数值，就是当前油水分界面的高度。当油水界面下降时，测量过程与上述相反。

Claims

1.一种跟踪式油水分界面测量装置，其特征在于是一种自动跟踪油水分界面，对油水分界面高度的变化情况进行自动跟踪式连续动态测量的装置，整套装置由传动系统、控制系统、测量系统和探头（1）四部分组成，所述传动系统由钢丝绳（2）、滑轮（4）、电机（5）、减速机（6）和钢丝绳滚筒（7）组成，电机（5）、减速机（6）与钢丝绳滚筒（7）轴向机械连接，探头（1）吊装在钢丝绳（2）上，钢丝绳（2）按顺序缠绕在钢丝绳滚筒（7）上；所述控制系统由变送电路和智能频率数显表（12）组成；所述测量系统由编码传感器（8）和智能界面数显表（13）组成，其中编码传感器（8）安装在钢丝绳滚筒（7）的轴端，随钢丝绳滚筒（7）一起旋转，钢丝绳滚筒（7）转动一圈，编码传感器（8）也转动一圈；所述探头（1）由配重块（10）、左支架（11a）、右支架（11b）、双极板式电容（9）组成，所述双极板式电容（9）由左电容极板（9a）和右电容极板（9b）组成，左电容极板（9a）镶嵌在左支架（11a）非固定的一边上，右电容极板（9 b）镶嵌在右支架（11b）非固定的一边上，油水分界面不变化，探头（1）不移动；油水分界面上升，测量装置控制探头（1）向上移动；油水分界面下降，测量装置控制探头（1）向下移动，在此过程中对储油罐油水分界面的实际高度自动跟踪测量。