CN201021919Y

CN201021919Y - 输油管道混油浓度检测装置

Info

Publication number: CN201021919Y
Application number: CNU200620111988XU
Authority: CN
Inventors: 雍歧卫; 何德安; 蒋仕章; 蒋明; 朱平辉; 陈世明
Original assignee: Logistical Engineering University of PLA
Current assignee: Logistical Engineering University of PLA
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2016-12-20

Abstract

一种输油管道混油浓度检测装置，其特征是包括输油连接管，在输油连接管上设有传感装置，传感装置采集的信号经前置处理电路A/D转换后，通过数据线送到换算显示仪；传感装置包括传感器组、测量筒体、上盖、浮子和设置在输油连接管内的节流孔板，传感器组位于上盖腔室内，上盖腔室与测量筒体之间形成测量室，浮子位于测量室内，在浮子的上方设有顶罩，在测量筒体上设有进油管和出油管；换算显示仪包括嵌入式微控制器、电源电路。它具有结构简单、安装、使用、维护方便，测量精度较高，可靠性好的优点；手持换算仪具有混油浓度同步换算、显示及温度实时补偿等功能。它广泛应用于成品油长输管道特别是机动型输油管道顺序输送时的混油浓度界面检测。

Description

输油管道混油浓度检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种石油、天然气长距离输送设备，特别是一种输油管道混油浓度检测装置。

背景技术

多种油品顺序输送是成品油长输管道的主要输送工艺之一。进行混油浓度界面的在线实时检测是掌握顺序输送工况、指导混油切割、减少混油损失的关键。国外管道工业都十分重视混油浓度在线检测技术的研究，研制、开发出多种检测系统或仪器设备，并投入应用。它们一般具有如下特征：①能实时检测混油段；②测量精度较高；③可靠性较好；④系统复杂，成本高；⑤安装要求高。

目前，化工、石化等工业生产过程中为在线实时监控产品质量，对液体产品密度的检测多采用超声波、γ射线和振动式密度传感器。这些传感器不但结构精细，成本高，使用要求苛刻，安装复杂，易发生故障，维修维护困难，而且用于顺序输送的管道系统中，只能检测出混油的密度，而不能直接得到混油浓度，还需靠人工或计算机进行混油浓度的换算及油品密度的温度补偿计算。这对顺序输送工况的监控、混油切割的现场操作很不直观、不方便。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、成本低廉可靠性好的输油管道混油浓度检测装置，它不但能准确掌握混油切割时机，明显减小混油切割损失。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的，即一种输油管道混油浓度检测装置，其特征在于：包括具有接头的输油连接管，在输油连接管上设置有传感装置，传感装置采集的信号经前置处理电路A/D转换后，通过数据线送到换算显示仪；所述传感装置包括传感器组、测量筒体、上盖、浮子和设置在输油连接管内的节流孔板，其中，测量筒体固定在输油连接管上，传感器组位于上盖腔室内，在上盖设置有与传感器组连接的信号输出接口和电源接口，上盖腔室与测量筒体之间形成一个测量室，浮子位于所述测量室内，在浮子的上方设置有传感器顶罩，该顶罩固接在位于传感器组下方的顶杆上，在测量筒体上设置有进油管和出油管，进油管位于测量筒体的上部，出油管位于测量筒体的下部，进油管与输油连接管的进口端相通，出油管与输油连接管的出口端相通；所述换算显示仪包括嵌入式微控制器、电源电路，微控制器通过RS485接口从传感装置读取信号，电源电路通过电源线与电源接口连接为传感装置提供电源。

由于采用了上述技术方案，本实用新型设计的新型混油浓度检测装置传感部分采用测力式机械结构，可取代超声波、γ射线及振动式等复杂的装置，具有结构简单，成本低廉，安装、使用、维护方便，测量精度较高，可靠性好，环境适应性强等特点；手持换算仪采用即插即用方式，具有混油浓度同步换算、显示、报警及温度实时补偿等功能，小巧轻便，安装使用简单，不需外接电源。本实用新型可广泛应用于成品油长输管道特别是机动型输油管道顺序输送时的混油浓度界面检测。

附图说明

本实用新型的附图说明如下：

图1为本实用新型的连接框图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为本实用新型的主程序流程框图；

图4为本实用新型使用的混油浓度换算及油品密度温度补偿计算程序框图；

图中：1.接头；2.输油连接管；3.测量筒体；4.上盖；5.浮子；6.测量室；7.顶罩；8.顶杆；9.进油管；10.出油管；11.缓冲滤筒；12.缓冲腔；13.引流阀；14.节流孔板；15.传感器组。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1或2所示，本实用新型一种输油管道混油浓度检测装置，其特征在于：包括具有接头1的输油连接管2，在输油连接管上设置有传感装置，传感装置采集的信号经前置处理电路A/D转换后，通过数据线送到换算显示仪；所述传感装置包括传感器组15、测量筒体3、上盖4、浮子5和设置在输油连接管内的节流孔板14，其中，测量筒体固定在输油连接管上，传感器组位于上盖腔室内，在上盖设置有与传感器组15连接的信号输出接口和电源接口，上盖腔室与测量筒体之间形成一个测量室6，浮子位于所述测量室内，在浮子的上方设置有传感器顶罩7，该顶罩固接在位于传感器组下方的顶杆8上，在测量筒体上设置有进油管9和出油管10，进油管位于测量筒体的上部，出油管位于测量筒体的下部，进油管与输油连接管的进口端相通，出油管与输油连接管的出口端相通；所述换算显示仪包括嵌入式微控制器MCU、电源电路，微控制器通过RS485接口从传感装置读取信号，电源电路通过电源线与电源接口连接为传感装置提供电源。为了方便野外现场操作使用，提高工作环境适应性，换算显示仪采用即插即用、便携式结构设计，数字显示采用LED数码显示，整体低功耗设计，由内置干电池供电。传感装置由换算仪显示仪电源电路供电，供电电压为12V，另外A/D转换器和RS485芯片需要5V电源，5V电压采取由MAX1836ETT50芯片转换而成。MAX1836ETT50具有4.5V～24V的宽电压输入，5V固定电压输出，125mA电流输出，90％的效率，12μA静态电流和3μA关断模式电流；有利于降低电源功耗，提高电源效率。

如图2所示，所述传感器组包括测力传感器和温度传感器。所述测力传感器选用SM型拉压力传感器。该传感器采用美国原材料和美国BEAN公司专有加工技术生产，测量精度与分辨率高达0.03N～0.05N，具有优良的线性及蠕变性能，输出对称性好，抗偏载、侧载和抗扭性能优越。该传感器采用不锈钢结构，全密封设计，小巧紧凑，安装方便，可直接置于油品中使用，输出0～5V或4～20mA标准信号，工作温度范围宽-40℃～+85℃。

如图2所示，为了防止油液直接冲击浮子在浮子上形成侧向冲力而影响测量精度，在测量室内设置有位于浮子外侧的缓冲滤筒11，该缓冲滤筒与测量筒体3内壁之间形成缓冲腔12。如图2所示，可以在进油管9上设置引流阀13。也可以在出油管10上设置有引流阀13。

对输油管道的混油浓度进行实时检测时，先将本实用新型连接在输油管道上，通过数据线和电源线将传感装置与换算显示仪连接，再在换算显示仪上设定所要输送油品的密度值，其工作原理是：在顺序输送时，油品通过节流孔板在输油连接管的进口与出口之间形成一个压差，在压力作用下，油品通过进油管进入缓冲腔，使流速减小，再经缓冲滤筒流入测量室，然后从出油管流入输油管，在油连续不断的流经测量室时，浮子在油品油液里向上浮，推动传感器顶罩和顶杆向上与测力传感器接触，通过测力传感器输出与油品密度成正比的标准信号到换算显示仪，其温度传感器也采集油品的实时温度，并输出标准信号到换算显示仪，通过换算显示仪完成以下功能：①从传感器接收油品密度、温度标准数字信号，进行混油浓度同步换算，温度实时补偿；②混油密度及浓度值显示，混油浓度到达预设切割报警值时，进行报警；③数据下载、远传。

换算显示仪以嵌入式微控制器MCU为核心，还包括电源电路、RS485接口、以及MCU的外围电路，如LED显示、键盘及超限报警器等；MCU通过RS485接口从传感装置读取油品密度和温度信号，完成油品密度和温度信号的分析与处理，进行混油浓度的换算、显示和报警，以及键盘操作，数据传输等任务(参见附图3)。

附图3中的数据处理及运算根据的是混油浓度检测原理，在已知两种单油品A和B以及混油的密度ρ_A、ρ_B、ρ_h的情况下，混油浓度_A可按下式进行计算：

混油密度ρ_h是由传感装置在实时温度下测得的当前值；而A、B油的密度ρ_A、ρ_B是在计算前的某一特定温度下测得的值(事先由键盘输入换算显示仪)；显然，当温度变化时，其实际密度值也随之变化。因此，在进行混油浓度换算中，必须对A、B油的密度进行实时温度修正，求得实时温度下的实际密度值，否则，计算结果误差可能很大，甚至没有参考价值，温度修正采用变系数油品密度实时温度补偿计算法。

如图4所示：油品密度温度补偿计算可准确计算出实时温度下油品的实际密度值并用于混油浓度换算，大大提高了混油浓度换算的精度。

上述框图所示的流程通过软件的形式写入嵌入式微控制器MCU中，编程和改写均很方便。所述的嵌入式微控制器MCU可采用PHILIPS生产的MCU-P89LPC922系列芯片。

传感装置的前置处理电路中电子元器件选用工业级微功耗产品。A/D转换器选用型号为PIC16F876系列的多路转换器，单片封装，工作电压为5V，空闲和完全两种不同的掉电节电模式，提供从掉电模式中唤醒功能。工作温度为-40℃～+85℃。

传感器组中的温度传感器选用PT100电阻作为感温元件，把PT100串入电路中，直接把PT100上的电压信号采入到A/D转换器。该转换器把输入的压力、温度信号计算处理后转变为油品密度和温度数字信号，通过RS485接口，直接输出到换算显示仪。RS485接口优选MAXIM公司的低功耗芯片MAX485，半双工异步通讯，传输速率达2.5Mbps，静态电流300μA，具有输出电流限制和短路保护功能。为进一确保通讯的可靠性，在电路设计中采用了由两个二极管组成的吸收回路，增强抗干扰性；在输出端口接1只120Ω的匹配电阻，以减少线路上传输信号的反射；在输出端加接上拉、下拉电阻3K3，避免总线上所有发送器被禁止时，微处理器被误中断而收到乱字符。

综上所述，本实用新型依据阿基米德浮力定律即油品密度变化与浮力大小成正比的关系，在输送油品中设置浮体，通过测力式传感器连续测量浮体浮力的大小，从而测得油品密度的大小，并通过混油浓度换算仪同步换算出混油浓度，换算的同时进行油品密度的温度补偿。

传感装置有以下优点：

(1)液流在节流压差的作用下，自动流入、流出测量室，实现了在线连续自动采样。

(2)液流进入测量室时，因缓冲滤筒的作用，流场分布得到了改善，流速稳定均匀。

(3)首次采用力传感器直接测量浮子浮力大小来测量油品密度(简称测力式检测法)，与传统的浮子位移式检测法相比，浮子不需在测量室中上下位移，对流场无干扰；同时，由于取消了弹簧和位移传感器等，不存在摩擦阻力和弹簧效应等，消除了由此带来的对测量精度的影响。

(4)在引流管上设置引流小阀，实现了动态、静态测量的在线切换，可满足不同的测量精度需求。

换算显示仪有以下优点：

(1)首创手持式混油浓度换算仪，即插即用，直接从传感装置接收密度、温度信号，同步进行混油浓度换算、温度实时补偿，具有混油密度/浓度显示、混油切割报警、标准信号输出等功能。采用LED数码显示，内置电池供电，不依赖外部电源，方便野外使用，适应性强。

(2)首次提出变系数修正法对油品密度进行实时温度补偿，提高了换算精度。

根据油品密度温度系数为准等差数列的特性，采用递推逼近算法对油品温度系数进行实时修正，大大减小了温度补偿计算的误差。

Claims

1.一种输油管道混油浓度检测装置，其特征在于：包括具有接头(1)的输油连接管(2)，在输油连接管上设置有传感装置，传感装置采集的信号经前置处理电路A/D转换后，通过数据线送到换算显示仪；所述传感装置包括传感器组(15)、测量筒体(3)、上盖(4)、浮子(5)和设置在输油连接管内的节流孔板(14)，其中，测量筒体固定在输油连接管上，传感器组位于上盖腔室内，在上盖设置有与传感器组(15)连接的信号输出接口和电源接口，上盖腔室与测量筒体之间形成一个测量室(6)，浮子位于所述测量室内，在浮子的上方设置有传感器顶罩(7)，该顶罩固接在位于传感器组下方的顶杆(8)上，在测量筒体上设置有进油管(9)和出油管(10)，进油管位于测量筒体的上部，出油管位于测量筒体的下部，进油管与输油连接管的进口端相通，出油管与输油连接管的出口端相通；所述换算显示仪包括嵌入式微控制器(MCU)、电源电路，微控制器通过RS485接口从传感装置读取信号，电源电路通过电源线与电源接口连接为传感装置提供电源。

2.如权利要求1所述的输油管道混油浓度检测装置，其特征在于：所述传感器组(15)包括测力传感器和温度传感器。

3.如权利要求2所述的输油管道混油浓度检测装置，其特征在于：在测量室内设置有位于浮子外侧的缓冲滤筒(11)，该缓冲滤筒与测量筒体(3)内壁之间形成缓冲腔(12)。

4.如权利要求2或3所述的输油管道混油浓度检测装置，其特征在于：在进油管(9)上设置引流阀(13)。

5.如权利要求4所述的输油管道混油浓度检测装置，其特征在于：在出油管(10)上设置有引流阀(13)。