CN201247086Y - 联合站游离水脱除器的油水界面自动测量装置 - Google Patents

Abstract

联合站游离水脱除器的油水界面自动测量装置，它涉及一种油田用游离水脱除器的油水分离测量装置，以解决液面测量存在的操作困难、准确性和可靠性较差的问题。液面测量模块的测量信号输出端与液面信号调制模块的测量信号输入端相连接，液面信号调制模块的调制信号输出端与接口转换模块的调制信号输入端相连接，接口转换模块的控制信号输出端与阀门开闭驱动模块的控制信号输入端相连接，接口转换模块的数据输入输出端与USB接口模块的数据输入输出端相连接，USB接口模块的控制信号输入输出端与主控制模块的控制信号输入输出端相连接。本实用新型采集各液体电导率的电压信号，分析所有采集信号确定液面的位置，具有准确性和可靠性都较高的特点。

Description

联合站游离水脱除器的油水界面自动测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种油田用游离水脱除器的油水界面测量装置。

背景技术

游离水脱除器界面测量值是油田集输生产中的十分重要的工艺控制参数。由于三次采油聚驱技术存在采出液介质的聚合物、硫化物等杂质含量较高的缺点，从而使联合站集输工艺系统出现了游离水界面检测不准导致电脱水控制失衡和水中含油超标的问题。因此，界面测量与控制的准确与否影响净化油含水率、污水含油指标及工艺和设备工作系统稳定性。目前，大多数油田的联合站的游离水脱除器液面的检测存在测量不准、操作自动化不强的问题。例如，游离水和电脱水界面检测使用的是射频导纳油水界面仪，控制系统为DCS集散型控制系统，自投运以来运行较平稳，但自从接收聚驱站来液含有50mg/L以上浓度和被处理介质发生变化后，经常出现波动，自动检测难以控制。设计安装的DE表的工作原理主要是利用油与水的介电常数不同这一性质来检测油水界面的，由于这种过渡层非常粘且导电率高，改变了界面层油水介质的介电常数，所以DE表检测准确度不高。若改为手动控制，则增加了岗位操作人员的劳动强度，又使工艺管理更难控制。

表1

 

	优点	局限性
			射频导纳界面测量装置	全量程检测，两线制，检测精度为0.5级	安装调式严格，安装工艺要求高，不能检测到过渡层
EJK界面测量装置	全量程检测，检测精度为1.0级	非两线制，附带变送器，安装工艺要求高，不能检测到过渡层
			γ射线型界面测量装置	全量程检测，检测精度为0.1级，不需开孔，非接触式测量，不受介质特性和外界环境影响。	非两线制，附带变送器，带有放射源，使用和回收存在安全问题，不能检测到过渡层
短波油水界面测量装置	维护方便，可带压拆卸	点位式检测，范围小，线性差，不能检测到过渡层

表1为目前常用几种液面测量装置。可以看出，目前的测量装置不能测量过渡层液面高度，而过渡层增厚时，随着罐顶油进入电脱，与电脱中产生的硫化物混合在电脱水的油水界面处，因导电率高影响电脱水的电场稳定，当累积较厚时就会造成电脱垮电场，造成脱水器系统的崩溃。

实用新型内容

本实用新型为解决现有液面测量装置存在的操作较困难、准确性和可靠性较差的问题，提供一种联合站游离水脱除器的油水界面自动测量装置。

本实用新型由液面测量模块、液面信号调制模块、接口转换模块、USB接口模块、主控制模块和阀门开闭驱动模块组成，液面测量模块的测量信号输出端与液面信号调制模块的测量信号输入端相连接，液面信号调制模块的调制信号输出端与接口转换模块的调制信号输入端相连接，接口转换模块的控制信号输出端与阀门开闭驱动模块的控制信号输入端相连接，接口转换模块的数据输入输出端与USB接口模块的数据输入输出端相连接，USB接口模块的控制信号输入输出端与主控制模块的控制信号输入输出端相连接。

有益效果：本实用新型测量液面的主要是利用油层、过渡层以及水层的液体电导率不同的原理，采用逐个扫描的方法采集不同液体电导率的电压信号，通过分析所有采集信号确定液面的位置，具有易于操作、准确性和可靠性都较高的特点。

附图说明

图1是本实用新型的测量与控制装置的结构示意图；图2是本实用新型的实际工作状态原理图；图3是测量与控制装置的探头1-1的测量原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1和图2，本实施方式由液面测量模块1、液面信号调制模块2、接口转换模块3、USB接口模块4、主控制模块5和阀门开闭驱动模块6组成，液面测量模块1的测量信号输出端与液面信号调制模块2的测量信号输入端相连接，液面信号调制模块2的调制信号输出端与接口转换模块3的调制信号输入端相连接，接口转换模块3的控制信号输出端与阀门开闭驱动模块6的控制信号输入端相连接，接口转换模块3的数据输入输出端与USB接口模块4的数据输入输出端相连接，USB接口模块4的控制信号输入输出端与主控制模块5的控制信号输入输出端相连接。

本实施方式的液面测量模块1对液面状态进行实时采集，并将采集结果发送给液面信号调制模块2，液面信号调制模块2将采集结果进行调制后发送到接口转换模块3，接口转换模块3完成数据传输的格式转换、并行和串行数据接口的转换，并通过USB接口模块4与主控制模块5进行数据传输，USB接口模块4主要是实现USB的协议，实现将数据的采集命令的传输给主控制模块5，主控制模块5根据液面状态发送控制信号给阀门开闭驱动模块6，以控制进油、排油和排水阀门的开关，主控制模块5即为上位机，可采用传统的微型计算机或工业PC机。

本实施方式能够实现油面高度、过度层、水面高度的检测以及注入油、放油的自动控制，采用可选择的两种工作模式：自动工作模式与人工干预模式。自动工作模式：当系统选为自动工作模式时，首先，当油面高于预先设定的境界线时，系统自动关闭油罐的注油阀门，向油管内注入原油；其次，为了避免注入油的过程中影响出排水管，系统自动关闭排水管阀门；经过一定时间的沉淀后，水油分离后，系统首先自动开启排油管排油，同时打开排水管进行排水，根据液面自动检测装置检测过度层和水层的高度。人工干预模式：在罐内注油过程中，当油位超过最高报警值，系统发出立即关闭进油阀的报警；在排水过程中，当油水分界面降低到最低报警值，计算机将发出关闭排水出口阀的报警。

具体实施方式二：参见图1～图3，本实施方式在具体实施方式一的基础上进一步限定了所述液面测量模块1包括多个探头1-1，多个探头1-1组成一个可控传感器阵列，每个探头1-1的测量信号输出端都与液面信号调制模块2的测量信号输入端相连接。

用于测量三液面(空气-油、油-过渡层、过渡层-水)高度的多个探头1-1组成一个可控传感器阵列，利用可控传感器阵列逐个扫描采集不同探头1-1代表液体电导率的电压信号，通过分析传感器阵列的所有采集信号确定液面的位置。探头1-1的测量原理为流体的电导率不仅取决于单位容积上的导电粒子的数量，还取决于流体的温度。温度越高，导电粒子的活性越强，流体的电导率值越大；温度变低，导电粒子的活性减弱，流体的导电值变小。如图3所示，图中L1、L2和L3为电磁式电导率传感器，激励信号由振荡器产生，驱动级对电流进行放大后加到L1上，在L2上的单匝液体回路产生与电导率成正比的液体电流，在L3上将电导率信号取出，经电压电流变换级得到电导率的电压信号。

当液体电导率C发生变化时，电导池内的液体阻值R_W根据以下公式发生变化：

$R_W=\frac{K}{C},$ $K=\frac{L}{S};$

其中K表示电导池常数，L表示电导池的长度，S表示电导池的截面积。由于L1和L2的匝数是固定的，L1上的电压V_L1和L2上的电压V_L2的比值是固定的，并遵循以下公式：

$I_{L2}=\frac{V_{L2}}{R_W}=\frac{V_{L2}C}{K};$

同理，I_L2和I_L3成固定比例关系，假定U2为理想电流电压变换器，U3多路开关的内阻忽略不计，U4为线性交流放大器，则有V_O＇＝kV_L1C；其中k表示电导池常数有关的一个常数，V_O＇的变化可直接反映电导率的变化。

具体实施方式三：参见图1，本实施方式在具体实施方式一的基础上进一步限定了所述主控制模块5包括测量控制模块5-1和时序控制模块5-2，测量控制模块5-1和时序控制模块5-2的控制信号输入输出端都与USB接口模块4的控制信号输入输出端相连接，测量控制模块5-1的数据输入输出端与时序控制模块5-2的数据输入输出端相连接。

测量控制模块5-1用于信号采集控制，包括对传感器信号进行采集控制(包括信号采集的开始/结束、信号采集频率)、信号调制、模数转换等；控制决策包括根据所采集的测量数据进行控制决策。时序控制模块5-2用于控制时钟的产生，注油管、排水管阀门的开启与关闭控制的时序。

具体实施方式四：参见图1，本实施方式在具体实施方式三的基础上进一步限定了所述主控制模块5还包括显示模块5-3，显示模块5-3的显示数据输入端与测量控制模块5-1的显示数据输出端相连接。

显示模块5-3用于动态显示液面状态(水、过渡层、油的高度)，动态显示各个阀的状态(开启/关闭)，以便人工干预。

具体实施方式五：本实施方式的基于联合站游离水脱除器的油水界面自动测量装置的自动测量方法由以下步骤组成：

步骤A1、液面测量初始化，按从下至上的顺序定义液面测量模块中探头的序号为从1至n，最下面的探头为第1探头，初始化令n＝0；

步骤A2、令n＝n+1；

步骤A3、将第n个探头采集的电导率信号通过A/D转换得到实时电导率值对应的电压值；

步骤A4、判断步骤A3得到的电压值是否大于阈值，该阈值根据液体的浓度设置，一般为1.00V，判断结果为是，则进入步骤A5，判断结果为否，则进入步骤A6；

步骤A5、显示电导率值超限错误，返回步骤A3；

步骤A6、计算第n个探头测得的实时电导率，将n个电导率计算结果存入ROM中；

步骤A7、判断n的值是否等于N，N代表传感器阵列的探头个数总和，判断结果为是，则进入步骤A8，判断结果为否，则返回步骤A2；

步骤A8、显示输出N个液体电导率值，通过奇异点检测方法计算每个探头测量的实时电导率的值；

步骤A9、根据步骤A8得到的电导率的值计算液面的高度。

本实施方式基于不同液体的不同电导率来确定分层液面。测量原理如下：测量装置由N个探头组成的传感器阵列，探头之间呈等间距排列，间距为Δm，传感器阵列由油罐底部向上排列依次按照1号、2号至N号排列，1号探头距离油罐底部的距离为a，那么n号(1≤n≤N)探头相对油罐底部的高度h(n)可表示为：h(n)＝a+(n-1)×Δm；装置进行工作时，利用逐个扫描的方式依次获取1至N号的探头的电压信号，逐个探头扫描后可得电压大小组成离散信号V(n)，而后对信号V(n)进行奇异点检测，根据探头的工作原理，电压的大小直接反映液体电导率的大小，信号V(n)出现奇异点的位置对应液体电导率发生变化的液面位置，出现奇异点利用小波分析的方法对信号进行奇异点检测。若信号V(n)在某n点突变或某阶导数不连续，那么信号V(n)在该点具有奇异性。根据信号奇异性存在两种情况：1)信号在某一时刻，其幅值发生突变，引起信号的非连续；2)信号外观上很光滑，幅值没有突变，但信号的一阶微分有突变产生，且一阶微分不连续。本实施方式利用信号奇异性的第一种情况进行液面的检测。常用的研究信号奇异性的主要工具是傅立叶变换，但因其仅能在全局上提供信号整体奇异性的描述，缺乏空间局部性，故在研究信号的奇异性时只能确定一个信号奇异性的整体性，而难以确定各奇异点的具体位置和各奇异点的奇异性强弱。本实施方式采用小波变换，该方法是一种具有良好的空间局部化能力的时间和频率分析方法，利用小波变换分析信号的奇异性、奇异点位置和奇异度的大小等性质进行计算。奇异点检测基本原理如下：

信号x(t)的连续小波变换定义为：

$\mathrm{WTx}(a,t)=\frac{1}{a}\∫x\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{\ψ}\left(\frac{t-\mathrm{\τ}}{a}\right)\mathrm{d\τ}$

上式可简记为：

WT_ax(t)＝x(t)*ψ_α(t)

其中， ${\mathrm{\ψ}}_a\left(t\right)=\frac{1}{a}\mathrm{\ψ}\left(\frac{t}{a}\right)$ 为基本小波ψ(t)在尺度上的伸缩，a为尺度因子，*为卷积。

如果信号x(t)在某一时刻发生突变，那么在各个尺度上该时刻附近的小波变换值都会产生一个局部极大值点，因此可利用小波变换模极大值检测出信号x(t)上的所有突变点。信号在某一点的李氏指数反映了该点奇异性的大小，并且小波变换后的极大值点位置对应着奇异点。既然存在这样的关系，则通过对小波变换极大值的判断，便可找到信号突变的位置。

Claims (4)

1、联合站游离水脱除器的油水界面自动测量装置，它由液面测量模块(1)、液面信号调制模块(2)、接口转换模块(3)、USB接口模块(4)、主控制模块(5)和阀门开闭驱动模块(6)组成，其特征在于液面测量模块(1)的测量信号输出端与液面信号调制模块(2)的测量信号输入端相连接，液面信号调制模块(2)的调制信号输出端与接口转换模块(3)的调制信号输入端相连接，接口转换模块(3)的控制信号输出端与阀门开闭驱动模块(6)的控制信号输入端相连接，接口转换模块(3)的数据输入输出端与USB接口模块(4)的数据输入输出端相连接，USB接口模块(4)的控制信号输入输出端与主控制模块(5)的控制信号输入输出端相连接。

2、根据权利要求1所述的联合站游离水脱除器的油水界面自动测量装置，其特征在于所述液面测量模块(1)包括多个探头(1-1)，多个探头(1-1)组成一个可控传感器阵列，每个探头(1-1)的测量信号输出端都与液面信号调制模块(2)的测量信号输入端相连接。

3、根据权利要求1所述的联合站游离水脱除器的油水界面自动测量装置，其特征在于所述主控制模块(5)包括测量控制模块(5-1)和时序控制模块(5-2)，测量控制模块(5-1)和时序控制模块(5-2)的控制信号输入输出端都与USB接口模块(4)的控制信号输入输出端相连接，测量控制模块(5-1)的数据输入输出端与时序控制模块(5-2)的数据输入输出端相连接。

4、根据权利要求3所述的联合站游离水脱除器的油水界面自动测量装置，其特征在于所述主控制模块(5)还包括显示模块(5-3)，显示模块(5-3)的显示数据输入端与测量控制模块(5-1)的显示数据输出端相连接。

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