CN205670275U - 一种定量控制水中氧气含量及流量的装置 - Google Patents

Abstract

一种定量控制水中氧气含量及流量的装置，高压腔外绕加热电阻丝，加热电阻丝通过双路PID控制电路连接控制；高压腔通过电磁阀与密封测试箱、氮气瓶、氧气瓶相连；高压腔顶部还设置有抽气口和进水口；高压腔内设置有温度传感器、溶解氧传感器和压力传感器，且三个传感器均与双路PID控制电路相连，高压腔1内还设置有双路PID控制电路控制的搅拌器，双路PID控制电路与人机界面相连接，高压腔底部还通过泵连通至密封箱；本实用新型通过温度、压力两种方式协同控制水中溶解氧浓度，生成不同温度、压力、溶解氧浓度的水体，可同时在人机界面上显示水体的温度、压力、溶解氧浓度以及流速。采用氮氧置换和高压注氧方法，大大拓展了水中溶解氧含量的范围。

Description

一种定量控制水中氧气含量及流量的装置

技术领域

本实用新型涉及测控工程技术领域，特别涉及一种定量控制水中氧气含量及流量的装置。

背景技术

目前，多数油田都把注水开发作为油田开发的首选方式。但是，水中溶解氧造成注水管道腐蚀穿孔现象严重。有的注水管道系统两三个月就得检修一次，极大地影响了油田的正常生产。为了研究水中溶解氧与管道腐蚀之间的关系，就需要一个能够定量控制溶解氧含量、流量的系统或装置。目前，水中溶解氧含量控制系统主要用于水产养殖、葡萄酒发酵等领域。在水产养殖领域，中国实用新型专利CN104345636A使用鼓风机曝气，溶解氧探头检测水体氧气含量，采用PID控制鼓风机工作。CN203299602U主要使用鼓风机曝气，同时使用溶解氧探头检测水体氧气含量，该系统使用惰性气体排氧，整个系统使用PLC完成控制。相对而言，CN203299602U拓展了水体溶解氧含量的下限。CN104925937A采用高压注氧方式制造高富氧水，拓展了水体溶解氧含量的上限水平。在葡萄酒发酵领域，CN103923783A采用氮氧置换方式控制溶解氧含量，进一步拓展了溶解氧含量的范围。但以上系统均采用单一的曝气方式，对溶解氧含量控制能力相对有限。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种定量控制水中氧气含量及流量的装置，为深入研究管道腐蚀与注水溶解氧含量、温度、流量、压力之间的关系提供一种可行的方案，为保证注水管线在生产过程中的安全作业奠定基础。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种定量控制水中氧气含量及流量的装置，包括不锈钢材料制成的高压腔1，高压腔1的顶部设有螺纹旋盖2，高压腔1外绕加热电阻丝3，加热电阻丝3与双路PID控制电路12连接并受其控制，加热电阻丝3外裹有氧化铝纤维毡保温层4；高压腔1经顶部的螺纹旋盖2通过第一电磁阀5与密封测试箱6相连通；高压腔1经顶部的螺纹旋盖2通过第二电磁阀7与氮气瓶20相连通；高压腔1经顶部的螺纹旋盖2通过第三电磁阀8与氧气瓶19相连通；高压腔1的顶部2还设置有抽气口和进水口且进水口设置第五电磁阀18；高压腔1内部设置有温度传感器9以及溶解氧传感器10，高压腔1底部设置有压力传感器11，且三个传感器均与双路PID控制电路12的信号端相连接，高压腔1内还设置有搅拌器13，搅拌器13的驱动电机14与双路PID控制电路12的信号端相连接，双路PID控制电路12的信号端与人机界面15相连接，高压腔1底部通过第四电磁阀16连通排水口，高压腔1底部还通过泵17连通至密封箱6。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型可以通过温度、压力两种方式控制水中溶解氧浓度，可以生成不同温度、压力、溶解氧浓度的水体，可同时在人机界面上显示水体的温度、压力、溶解氧浓度以及流速。采用氮氧置换和高压注氧方法，大大拓展了水中溶解氧含量的范围。

附图说明

附图是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型详细阐述，但实例并不限制本实用新型的保护范围。

参照附图，一种定量控制水中氧气含量及流量的装置，包括不锈钢材料制成的高压腔1，高压腔1的顶部设有螺纹旋盖2，高压腔1外绕加热电阻丝3，加热电阻丝3与双路PID控制电路12连接并受其控制，加热电阻丝3外裹有氧化铝纤维毡保温层4；高压腔1经顶部的螺纹旋盖2通过第一电磁阀5与密封测试箱6相连通；高压腔1经顶部的螺纹旋盖2通过第二电磁阀7与氮气瓶20相连通；高压腔1经顶部的螺纹旋盖2通过第三电磁阀8与氧气瓶19相连通；高压腔1的顶部2还设置有抽气口和进水口且进水口设置第五电磁阀18；高压腔1内部设置有温度传感器9以及溶解氧传感器10，高压腔1底部设置有压力传感器11，且三个传感器均与双路PID控制电路12的信号端相连接，高压腔1内还设置有搅拌器13，搅拌器13的驱动电机14与双路PID控制电路12的信号端相连接，双路PID控制电路12的信号端与人机界面15相连接，高压腔1底部通过第四电磁阀16连通排水口，高压腔1底部还通过泵17连通至密封箱6。

本实用新型的工作原理为：

根据亨利公式，溶解氧的含量取决于温度、压力以及溶质和溶剂的性质。不同大气压和不同水温下溶解氧浓度的计算公式如下：

Dof＝(p/p₀)×477.8/(T+32.26)1

其中，p为实测大气压，p₀为标准大气压，T为实测温度，单位为℃。根据公式1，可以增大压力、降低温度来增加水中溶解氧浓度，减小压力、增加温度来减小水中溶解氧浓度。如果需要进一步降低或清除水中溶解氧，可以对水中充入氮气以置换氧气。整个系统如附图所示，由不锈钢材料制成一个密封高压腔1，腔盖采用螺纹旋盖2旋入密封，高压腔1外绕电阻丝3加热，为降低热扩散，在电阻丝外裹一层氧化铝纤维毡保温层4。使用氧气瓶19和氮气瓶20提供两种气源，来控制水中溶解氧含量。系统由一个PID控制电路12控制，用户通过人机界面15输入期望的参数：水的温度、水中溶解氧浓度以及水的流量。PID控制电路12根据公式1计算氧气的分压。系统首先控制水温达到要求，人机界面15输入的水温要求高于环境水温。然后，根据计算得到的氧气分压，控制氧气的第三电磁阀8接通，直至压力传感器11回传的压力数据达到计算的氧气分压。启动溶解氧检测，如果溶解氧浓度大于设定值，开启抽气口气泵，降低压力值，降低溶解氧浓度；如果溶解氧浓度小于设定值，则打开第三电磁阀8继续注氧，提高溶解氧浓度。如果计算得到的氧气分压过低，超过了气泵的抽真空能力，则通过对水中充入氮气以置换氧气。待水中溶解氧浓度和温度符合设定参数后，控制泵17将水按设置的流量值注入密封箱6。密封箱6中可接入注水模拟管道或悬挂金属挂片，研究腐蚀效应的形成机理。密封箱6的容积相对于高压腔较小，这样可保证接通密封箱6时，水体压力下降不大。当密封箱6中接入注水模拟管道时，要求管道容积相对于高压腔较小。

本实用新型使用了五个电磁阀、一个水泵和一个气泵，使用氮气和氧气两种钢瓶气源；使用了温度、压力和溶解氧三种传感器，微控制器采用台湾宏晶科技的STC12C5616AD，自带8路高速10位A/D转换。参数输入采用薄膜键盘，显示采用OLED12864。高压腔通过管道与密封测试箱形成一个封闭循环系统，用于研究管道腐蚀穿孔的形成机理。温度控制采用PID控制，系统根据设定值和温度传感器实测值进行PID运算，控制电阻丝通、断电。当温度达到设置参数后，根据设定压力值和压力传感器值进行PID运算，控制抽气电磁阀和氧气电磁阀的开、关；当溶解氧浓度要求很低时，系统还需要打开氮气电磁阀。系统所使用的气泵抽真空度不小于0.01个标准大气压，因此当计算的氧气分压小于0.01个标准大气压时，需要启动氮氧置换过程。PID控制器采用武汉汉口电炉有限公司RTXJ-G50系列智能型专家自整定控制器。

Claims (2)

1.一种定量控制水中氧气含量及流量的装置，其特征在于，包括不锈钢材料制成的高压腔(1)，高压腔(1)的顶部设有螺纹旋盖(2)，高压腔(1)外绕加热电阻丝(3)，加热电阻丝3与双路PID控制电路12连接并受其控制；高压腔(1)经顶部的螺纹旋盖(2)通过第一电磁阀(5)与密封测试箱(6)相连通；高压腔(1)经顶部的螺纹旋盖(2)通过第二电磁阀(7)与氮气瓶(20)相连通；高压腔(1)经顶部的螺纹旋盖(2)通过第三电磁阀(8)与氧气瓶(19)相连通；高压腔(1)的顶部还设置有抽气口和进水口且进水口设置第五电磁阀(18)；高压腔(1)内部设置有温度传感器(9)以及溶解氧传感器(10)，高压腔(1)底部设置有压力传感器(11)，且三个传感器均与双路PID控制电路(12)的信号端相连接，高压腔(1)内还设置有搅拌器(13)，搅拌器(13)的驱动电机(14)与双路PID控制电路(12)的信号端相连接，双路PID控制电路(12)的信号端与人机界面(15)相连接，高压腔(1)底部通过第四电磁阀(16)连通排水口，高压腔(1)底部还通过泵(17)连通至密封测试箱(6)。

2.根据权利要求1所述的一种定量控制水中氧气含量及流量的装置，其特征在于，加热电阻丝(3)外裹有氧化铝纤维毡保温层(4)。