CN107687880A - 基于光纤光栅传感器的泡沫液体液位监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于光纤光栅传感器的泡沫液体液位监测系统，包括两个光纤光栅液位传感器和监测主机，主要用于焦化厂脱硫再生塔的液位监测。采用光纤光栅作为液位传感器，通过检测光栅的变化采集液位信息，实时在线监测液位变化情况。其中一个传感器安装在脱硫再生塔等容器底部，用于监测测液位，另一个传感器安装在限位高度处，用于监测泡沫高度。同时系统包含自检模块，如果监测系统出现故障，即可发出报警。监测数据能够储存并且方便查询、打印。

Description

基于光纤光栅传感器的泡沫液体液位监测系统

技术领域

本发明涉及含有泡沫液体的液位监测系统，具体涉及化工行业脱硫再生塔内泡沫液体液位的监测系统。

背景技术

目前国内采用HPF湿法脱硫工艺的焦化厂，由于工艺的要求，需要对其脱硫再生塔内的物质进行液位测量或监测。常用测量液位的方法有：

1）激光测量：激光类传感器基于光学检测原理，通过物体表面反射光线至接收器进行检测，但其不适合应用于透明液体、含泡沫或者蒸汽环境、波动性液体、振动环境等；

2）TDR(时域反射)/ 导波雷达/微波原理测量：具备了激光测量的好处，而且适用于各种含泡沫的液位检测，不受液体颜色影响，甚至可应用于高粘性液体，受外部环境干扰相对小，但其测量高度一般小于6米；

3）超声波测量：由于其原理为通过检测超声波发送与反射的时间差来计算液位高度，故容易受到超声波传播的能量损耗影响。但当使用于含蒸汽、粉层等环境时，检测距离将会明显缩短，不建议使用在吸波环境，如泡沫等；

4）音叉振动测量：音叉式测量仅为开关量输出，不能用于连续性监控液体高度。其原理为：当液体或者散料填充两个振动叉时，共振频率改变时，依靠检测频率改变而发出开关信号。另外，多数情况下需要开孔安装于容器侧面；

5）光电折射式测量：该检测方式通过传感器内部发出光源，光源通过透明树脂全反射至传感器接受器，但遇到液面时，部分光线将折射至液体，从而传感器检测全反射回来光量值的减少来监控液面。但仅能应用于透明液体，同时只输出开关量信号；

6）静压式测量：该测量方式采用安装于底部的压力传感器，通过检测底部液体压力，转换计算出液位高度，该检测方式要求采用高精度、齐平式压力传感器，同时换算过程需要不断进行校准，其优点为可检测不受液位高度限制，但高度越高，传感器精度要求越高，长时间使用或者更换液体时需要重复校准;

7）电容式测量：电容式测量主要通过检测由于液面高度变化而导致的电容值变化来测量料位高度。电容传感器容易受到不同的容器材质和溶液属性影响，如塑料容器和挂料情况容易影响模拟量输出的电容传感器;

8）浮球式检测：该方式为最简单、最古老的检测方式。主要是通过浮球的上下升降来检测液面的变化，其为机械式检测，检测精度容易受浮力影响，重复精度差，不同液体需要重新校准。

再生塔内的物质主要是液态，但由于工艺过程中会产生气态物质，造成再生塔内的液体顶部有较大量的硫泡沫。因为泡沫的影响，有的测量方法很难准确测量液位，有的方法液位计使用时间一长，将会不能准确显示液位，这些给焦化行业的生产造成一定的困难。

综上分析，由于泡沫的存在，在焦化行业多采用静压式测量方法，以排除泡沫对测量准确度的影响。传统的压力传感器有压阻式压力传感器、电容式压力传感器、半导体应变片压力传感器、电感式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。这些传感器属于电子产品，时间一长，其电性能会发生变化，造成较大的测量误差，甚至传感器损坏；要实现在线监测，长时间通电工作，其可靠性也易于出现问题；而且受线性特性的影响，会产生一定的测量误差。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种基于光纤光栅传感器的泡沫液体液位监测系统，既能够精确测量液位高度，又可以检测泡沫的警戒高度，同时可实现长期在线监测，为保证工艺和安全生产提供可靠的数据依据。

相对于传统电子类传感器，光纤光栅传感器的优点：

1）光学零件、不通电、本质安全；

2）波长编码，不受光源的光强波动影响，稳定性好；

3）寿命长，适合长期监测；

4）抗腐蚀、抗电磁干扰，适合各种恶劣工程环境监测；

5）精度高、灵敏度高、分辨率高；

6）结构简单，易于布设；

7）一根光纤可连接多个传感器，易于实现分布式自动化在线监测。

基于光纤光栅传感器的泡沫液体液位监测系统采用光纤光栅作为液位传感器，通过检测光栅的变化采集液位信息，实时在线监测液位变化情况。

系统可根据预先设定的报警阈值，做到分级预警，同时系统具实时显示参数功能，监测的数据能够储存并且方便查询、打印,而且系统具有自检功能。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明提供一种基于光纤光栅传感器的泡沫液体液位监测系统，所述系统包括两个光纤光栅液位传感器和监测主机，其中一个传感器安装在脱硫再生塔等容器底部，用于检测液位，另一个传感器安装在限位高度处，用于监测泡沫高度；

所述传感器用传输光纤串联后，再连接至监测主机，监测主机对光信号解调分析，实现液位监测功能，并对监测结果进行输出，必要时报警；

所述监测主机包括激光发射单元、接收单元、解调分析单元、输出单元、报警单元，还包括自检模块。

所述输出单元的输出形式可根据需要配置，包括存储、打印、显示等多种形式。

所述报警单元还可以是声、光形式输出。

附图说明

附图1 为本发明的系统结构图；

附图2 为一种传感器安装示意图的实施例；

附图3 为一种传感器安装示意图的实施例；

附图标记说明：

FBG1、FBG2为光纤光栅传感器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细细说明。

本发明实现了泡沫液体液位的实施在线状态监测，并可通过预先设定的阈值分级报警，且系统具有自检功能。

本发明提供一种基于光纤光栅传感器的泡沫液体液位监测系统，如图1 所示，该系统包括两个光纤光栅液位传感器和监测主机，其中一个传感器FBG1安装在脱硫再生塔等容器底部，用于检测液位，另一个传感器FBG2安装在限位高度处，用于监测泡沫高度；传感器FBG1和FBG2用传输光纤串联后，再连接至监测主机；监测主机包括发射单元10、接收单元20、解调分析单元30、输出单元40、报警单元50，还包括自检模块60。

传感器FBG1安装在例如脱硫再生塔等泡沫液体容器的底部，受液体的压力，传感器产生相应的信号，且信号大小和压力成正比，其线性特性优于传统的压力传感器，以此可检测液位。

由于容器内泡沫含量是随时变化的，其高度是不稳定的，而传感器FBG1只能检测液体的高度；传感器FBG2安装在限位高度，当泡沫高度达到限位高度，FBG2即可检测到信息，检测主机发出信号，提示操作人员进行处理。

如图1所示，监测主机包括发射单元10、接收单元20、解调分析单元30、输出单元40、报警单元50，还包括自检模块60。

发射单元10产生宽带激光，通过传输光纤传送到光纤光栅传感器FBG1和FBG2，传感器会对入射的宽带光进行选择性反射，其反射光波长和传感器的光栅结构有关，传感器受液体或泡沫的压力影响，光栅结构亦随之变化，所反射的激光波长亦产生相应变化。接收单元20接收传感器反射的激光，将其转化为解调分析单元30所需要的信号形式，并对传感器做出标记，解调分析单元30将信号解调计算，产生与传感器光栅结构变化相对应的压力信号，实现液位的实时在线监测；结果在输出单元40存储、显示和/或打印等；同时在解调分析单元30中，预先设定不同的阈值，监测结果与之比较，如果达到相应的阈值，除了在输出单元40输出以外，还在报警单元50给出预警、报警信号，形式包括声、光和/或电子屏显示等。

监测主机具有多种开放的接口，可以随时接入新的传感器和预警、报警装置，也可以接入上级监控系统中。

如果监测系统出现故障，接收单元20就会接收到异常信息，自检模块50根据此信息判断故障原因，将结果传送至输出单元。

对于焦化厂的脱硫再生塔，传感器可以安装在一个改装的阀门里，然后和阀门一起安装在进液管和出液管上，位置最好在阀门的内侧，如图2所示。这种方法的优点是安装简单，传感器更换方便，缺点是如果管道内的液体流动，会影响检测结果的准确度。但对于已经投入生产运行的再生塔进行改造，这种安装形式还是比较可行的。

进一步的改进，在再生塔的侧面打孔，然后焊接一根导流管，在导流管上安装传感器，如图3所示。这种方法相对图2，不但克服了缺点，保留了优点，而且可根据生产需要，对打孔的高度进行调节，更好的满足生产的需求。

Claims (6)

1.基于光纤光栅传感器的泡沫液体液位监测系统，包括两个光纤光栅液位传感器和监测主机，其特征在于：

所述传感器一个安装在泡沫液体容器底部，用于检测液位，另一个安装在限位高度处，用于监测泡沫高度；

所述监测主机包括激光发射单元、接收单元、解调分析单元、输出单元、报警单元，还包括自检模块；

所述传感器用传输光纤串联后，再连接至监测主机；

所述监测主机对光信号解调分析，实现液位监测功能，并对监测结果进行输出，必要时报警。

2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器的泡沫液体液位监测系统，其特征在于：所述输出单元的输出形式可根据需要配置，包括存储、打印、显示等多种形式。

3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器的泡沫液体液位监测系统，其特征在于：所述报警单元还可以是声、光形式输出。

4.根据权利要求1、2或3任一项所述的基于光纤光栅传感器的泡沫液体液位监测系统，其特征在于：所述两个光纤光栅液位传感器安装在脱硫再生塔上。

5.根据权利要求4所述的基于光纤光栅传感器的泡沫液体液位监测系统，其特征在于：所述两个光纤光栅液位传感器分别先安装在阀门上，然后与阀门一起，一个安装在脱硫再生塔的进液管，另一个安装在脱硫再生塔的出液管液管。

6.根据权利要求4所述的基于光纤光栅传感器的泡沫液体液位监测系统，其特征在于：所述两个光纤光栅液位传感器分别先安装在阀门上，然后与阀门一起，安装在上、下导液管；在脱硫再生塔上先打孔，并焊接导液管；

打孔的位置一个在脱硫再生塔底部，一个在限位高度。