CN210741611U - 检测油水界面的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种检测油水界面的装置，它包括安装在待检测油罐或装置的固定支架，所述固定支架呈倒L型，其包括竖直设置的竖直固定架和水平设置的伸缩架；所述伸缩架顶端设置有多段伸缩杆，所述竖直固定架底部设置有收线绞盘，所述竖直固定架顶部设置有导向轮，所述收线绞盘内缠绕有电缆线，所述电缆线一端穿过收线绞盘与计算器相连，其另一端连接有电容传感器。本实用新型与传统的油水界面检测装置相比，其结构简单，没有复杂的机械结构，易于维护，同时可以在工作过程中达到油水界面实时检测的目的，还可以通过收缩装置检测油罐中多个位置的油水界面。
Description
技术领域
本实用新型涉及油水分离技术领域，具体涉及一种检测油水界面的装置。
背景技术
油水分离技术在工业领域中的应用极为广泛，而在这些工业生产过程中，尤其是原油的生产过程中，油水界面的检测是关键的技术难点。
现有的油水界面检测技术通常有电极式、超声波、玻璃管指示、浮子拉线等测量技术，对于油罐的油水界面检测，最可靠的方法是采用万用表和量油尺人工量取的方法，但是人工登罐量取有很大的弊端：
1.风，雨，雪，雾，等恶劣天气登罐顶很不安全，且罐口产生的有毒气体对人体健康产生危害。
2.有时因为人为原因延误测量。
目前现有的传统检测油水界面的方法主要分为以下几种：
1.浮子式界面检测法：
浮子式液面检测仪就是将特定密度的浮子置于油水界面上，同时将浮子与容器外的弹簧、马达等通过钢带连成一体。当浮子随着油水界面上升和下降的时候，弹賛马达随之正反转，这样就将界面高度转化成了马达的转角信号，然后再转变为电信号进行检测、处理和显示。如专利CN201520559325.3公开了“一种油水界面位置的测量装置”根据待测油水界面的密度分布特点，采用若干特定密度的浮子式定位器进行油水界面测定。又如专利CN201220462805.4公开了一种“储油罐油水界面实时探测显示装置”将位移传感器设在储油罐罐顶边缘，定滑轮设在储油罐顶中部，浮子设在储油罐内油水界面处，也是利用水对浮子的作用来确定界面。这个装置将水对物体的浮力，机械传动与位移传感器和数字显示仪结合，很好的解决了储油罐内油水界面准确实时探测显示问题。浮子式界面检测仪的优点是简单易行，有一定的精度。缺点是对粘度大的原油，浮子很容易被粘结，尤其是当液面剧烈波动时，可导致钢带断裂，这样对于维修来说极其困难，所以浮子式界面检测仪的维护性很差。
2.差压式界面检测法：
由于油和水的密度不相同，可以通过检测不同位置的压力来反映储油罐中不同位置混合物的密度，从理论上讲，通过水和油的密度关系，不但可以检测出油水分界面所在的位置，还可以计算出不同位置油的含水率。如专利CN201320054316.X公开了一种“动静态油水分离装置”应用连杆与浮动单元块(由两个浮球连接组成)其比重大于油但小于水，便可利用二者密度不同的原理达到检测油水界面的目的。又如专利CN201710389361.3公开了“一种确定油水界面位置的方法及装置”通过获取待测区域目的层段中多个水层测压点位置处的测压数据和多个油层测压点位置处的测压数据，根据所述测压基准面压力、所述目标静水压力梯度和所述多个油层测压点位置处的测压数据确定所述目的层段的油水界面位置。但是，在实际工业生产过程中发现，目前市场上适用于储油罐测量的压力仪表很难满足精度的要求，与此同时，由于破乳剂、矿化度和各种聚合物的影响，油和水的密度比较接近，而且油的密度也是不断变化的，同时这一变化又很难在仪表中进行有效的实时补偿。所以说，差压式界面测量仪表是一种维护量大、精度不高的方法。
3.超声波式界面检测法：
超声波式界面检测仪是根据超声波在不同密度介质中传播速度不同，将超声波发生器和接收器放入油罐中，利用超声波在油和水中传播速度的不同对油水的分界面进行测量。如专利CN96206123.9公开了“一种油水界面控制仪”应用超声波控制器等部件，根据波在油介质和水介质的传播速度不同发出信号，从而检测油水界面。又如专利CN00216765.4公开了一种“超声波油水界面检测仪”采用由二个水平测管和一个垂直测管构成的三通式探头，用超声方法来分别测量上、下二个水平测管内实时温度下的声时(油和水的声速)及垂直测管内的声时(油水混合声速)，由计算机自动进行温度补偿并计算出垂直测管内油水分界面的高度。该法的优点是有效地克服了挂油问题，缺点是由于发送器和接收器距离限制使测量精度下降，而且不能实现储油罐油量的计量。
由此可见，虽然现有的很多技术与设备可以达到检测油水界面的目的，但都还未能达到让人满意的精确程度,因此，如何做到同时兼顾人力成本，设备损耗，精准程度，提出更加精确的油水界面检测技术，更好解决油水界面的定位难题已经迫在眉睫。
电容式界面检测技术是对圆柱形金属容器，在其中心位置竖直插入一根电极，则电极与容器壁之间就可以视为一个柱型电容器。油水分界面以上部分的电容器以油为电介质，油水界面以下部分的电容器以水为电介质，两者并联构成了整个电容，将此电容进行适当的转换就能够得到油水界面的位置。这种测量方法灵敏度高，动态响应特性好，相较于其他方法来说更加便于操作。且电容式油水界面检测方法通过对液体的各高度进行物理性质的检测，再通过数据计算得出的油水界面，提高了精确度。
以下是几类现有的电容式油水界面检测装置：
如专利CN201220631177.8公开了一种“数显式油水界面探测仪”包括探测仪本体、测量尺及探头，探头内设有介质传感器，通过探头感应采集数据，再由LCD显示屏显示，由此确定油水界面。其优势在于装置简便易携带，操作难度不高，可以有效节约人力。缺点是由于其结构相对简单，不能更加全面的测定容器内部液体的参数信息，不适用于大型储油罐的油水界面检测。再比如专利CN201910519850.5公开了“一种分体式多参电容浮球物位计”。该装置采用逐点阻抗测量技术，对罐中水位、油位、油水过渡层逐段分析含水率，从而对油量、水量进行精确测量和定量描述。该专利的优点是采用现代数字信号处理技术，提升了测量精度，实现了对油水界面的精确测量。缺点是装置未考虑长时间工作会对设备本身造成一定程度的损耗，而其设计的传感器又属于一种高成本的精密仪器，故维修和更换成本便相对较高。
专利CN201520476141.0公开了“一种新型可检测油水界面的节能电脱水装置”其利用控制器对电容传感器进行控制，由其提供输入信号并采集输出信号进行数据分析，将结果传送到监控站，监控装置再反应油水中的电容信号。该专利的优点是性能稳定，工作安全，精度较高，而且自动化控制。缺点是占地面积大，基建投资高，操作复杂，不能及时地满足界面检测需要。
发明内容
本实用新型的目的在于提供了一种检测油水界面的装置，该装置不仅克服了油水界面检测过程中误差大的问题，且操作简单，通过电介质的测定精准确定油水界面。与传统的油水界面检测装置相比，其结构简单，没有复杂的机械结构，易于维护，同时可以在工作过程中达到油水界面实时检测的目的，还可以通过收缩装置检测油罐中多个位置的油水界面。
为实现上述目的，本实用新型所设计一种检测油水界面的装置，它包括安装在待检测油罐或装置的固定支架，所述固定支架呈倒L型，其包括竖直设置的竖直固定架和水平设置的伸缩架；所述伸缩架顶端设置有多段伸缩杆，所述竖直固定架底部设置有收线绞盘，所述竖直固定架顶部设置有导向轮，所述收线绞盘内缠绕有电缆线，所述电缆线一端穿过收线绞盘与计算器相连，其另一端沿竖直固定架外壁向上布置，并穿过导向轮沿伸缩架和多段伸缩杆外壁水平布置，且所述电缆线过伸缩杆向下，且电缆线端部连接有电容传感器。
上述检测油水界面的装置的工作过程：
固定支架设置在油罐侧壁上，并由固定支架1底部设置的收线绞盘控制电缆线的收放，电缆线穿过置于伸缩装置两端的导向轮，连接电容传感器，电缆线与电容传感器相连，可以传输传感器收集的相关信息，用于确定油水界面。
初始状态，多段伸缩杆未伸出，收线绞盘处于初始刻度，即信号器并不垂下，紧靠支架。
工作状态，靠多段伸缩杆调整至理想下放位置，由收线绞盘控制电容传感器缓慢下放至液体中，并打开电容传感器，使其开始对液体的介电常数进行检测，最后由电缆线完成信号的传输。
进一步地，所述电容传感器呈圆柱型；所述电容传感器包括电极圆柱筒；所述电极圆柱筒两端分别设置有绝缘接头和绝缘底座，所述绝缘接头表面中央设置电路控制屏蔽室，所述电路控制屏蔽室连接电缆线(完成信号输出)。
再进一步地，所述电极圆柱筒包括外部的网状结构，且该网状结构表面涂覆有涂层(涂层可防止长时间工作带来的腐蚀)；所述网状结构内设置有外圈的外电极和内圈的内电极(内外极表面上喷涂有绝缘涂层，用于测量其间液体的介电常数)；所述外电极的壁上开设有渗入孔。
再进一步地，所述多段伸缩杆端部设置有固定孔，所述电缆线穿过固定孔垂直向下。
再进一步地，所述多段伸缩杆端部上表面设置支撑导轮。
本发明的原理
根据测定油水介电常数的不同来定位油水界面。其测定方法如下：
首先利用收缩装置将信号器牵引到理想的测量位置，打开收线轮开关，缓慢将信号器主体下放，当信号器即将接触液体时，打开电容传感器开关及电磁感应装置开关。当其中充有油和水两种介质时,便看作是两个电容器并联。按照电磁学理论,当中间充满的是同一种介质时，其电容值计算公式为：
式中R1为内电极半径，R2为外电极半径，ε为介质的相对介电常数,ε＝ε0εR，ε0为真空介电常数，εR为相对介电常数,L为圆柱体的高度。
由式(1)可知，在R1和R2不变的条件下，电容大小与电容传感器内介质的介电常数成正比。介电常数εR改变，电容值C就会发生变化。利用电容的这一特性，当罐内充满两种介质时相当于两个电容并联在一起，这时电容的计算公式为：
式中ε0,ε1,ε2,分别为真空、油、水、的介电常数；L为圆柱电容器的有效长度；L1为水(油水界面)的高度。
经整理可得电容C与界面高度L1的线性函数表达式：
C＝AL1+B (3)
式中：A、B是由ε0,ε1,ε2,R1,R2,决定的系数。对于确定的温度或温度波动不大，表面比较清洁的情况，A、B可以视为常数。
根据后面的电容检测电路测出的整个圆柱形传感器的电容值来测算出其中油水界面L1的值。当传感器下降到油水界面时电容器的电容值会发生大幅变化，位于电极板上下两侧的电容传感器可以将收集到的数据通过电缆线传输到地面的计算机中。
本实用新型的有益效果：
1.本实用新型中应用的固定支架与多段伸缩杆的组合与传统的油水界面检测装置相比结构简单，没有复杂的机械结构，保证了使用效率。
2.本实用新型中应用了收缩装置，更有利于进行在不同位置电容传感器的下放工作，保证在油罐不同位置的油水界面情况的确定。
3.本实用新型中的电缆线，收线绞盘和导向轮的主要功能是确保信号器可以按照指定位置进行精确测量。
4.本实用新型设计了电路控制屏蔽室保证了电容传感器正常的工作与数据传输。
5.本实用新型在外电极外围设计了网状结构，可有效阻碍泥沙等杂物进入，影响测定结果。
6.本实用新型通过在将信号器不断下放过程中，油和水通过网状结构进入到两电极之间，并成为电极的两种电介质，两电介质可看作并联，再通过已知的公式，即可计算出具体的油水界面。
7.本实用新型为将信号由液体内传送到外界，而应用了电缆线，可以达到信息的快速传送，可达到高效率确定油水界面的目的。
8.本实用新型通过在圆柱形电容器的外表面施加绝缘涂层，可以防止其由于在油罐中长期工作导致的损坏，进而减小油水界面测定误差。
9.本实用新型设计的电信号发射装置和电磁感应装置可以通过电信号强度的大小来判定电容传感器在数据测量时对应的具体高度。
附图说明
图1为检测油水界面的装置的结构示意图；
图2为圆柱形电容传感器的结构示意图；
图3为图2的剖视图；
图4为检测油水界面的装置的工作示意图；
图中，固定支架1、竖直固定架1.1、伸缩架1.2、电缆线2、收线绞盘3、计算器4、导向轮5、多段伸缩杆6、固定孔6.1、电容传感器7、电路控制屏蔽室8、电极圆柱筒9、网状结构9.1、渗入孔9.11、外电极9.2、内电极9.3、绝缘底座10、绝缘接头11、支撑导轮12、油罐13。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。
如图1～3所示的检测油水界面的装置，它包括安装在待检测油罐或装置的固定支架1，固定支架呈倒L型，其包括竖直设置的竖直固定架1.1和水平设置的伸缩架1.2；伸缩架1.2顶端设置有多段伸缩杆6，多段伸缩杆6端部设置有固定孔6.1，电缆线2穿过固定孔6.1垂直向下；多段伸缩杆6端部上表面设置支撑导轮12；竖直固定架底部设置有收线绞盘3，竖直固定架1.1顶部设置有导向轮5，收线绞盘3内缠绕有电缆线2，电缆线2一端穿过收线绞盘3与计算器4相连，其另一端沿竖直固定架1.1外壁向上布置，并穿过导向轮5沿伸缩架1.2和多段伸缩杆6外壁水平布置，电缆线2经过支撑导轮12并穿过固定孔6.1向下，过伸缩杆，且电缆线2端部连接有电容传感器7；
电容传感器7呈圆柱型；电容传感器7包括电极圆柱筒9；电极圆柱筒9包括外部的网状结构9.1，且该网状结构9.1表面涂覆有涂层；网状结构9.1内设置有外圈的外电极9.2和内圈的内电极9.3；外电极9.2的壁上开设有渗入孔9.11；电极圆柱筒9两端分别设置有绝缘接头11和绝缘底座10，绝缘接头11表面中央设置电路控制屏蔽室8，电路控制屏蔽室8连接电缆线2。
上述一种检测油水界面的装置的使用方法:
1)首先将固定支架设置在油罐13侧壁上，然后打开多段伸缩杆6的开关，多段伸缩杆6会通过机械运动；
2)利用导向轮5和支撑导轮12对电缆线2的作用，将电容传感器7引导至规带测定位置上空，打开收线绞盘3的限制开关释放电缆线2，电缆线2会牵引电容传感器7缓慢下放；
3)在电容传感器7伸入油罐13前打开电容传感器7的开关。在未进入液体表面前，电容传感器7的测量值为以空气为电介质的电容值，当电容传感器进入到液面以下后，所测电容值发生改变，这时电容传感器7以油作为电介质，当测量值再次发生变化趋势时，便是电容传感器7已经到达了油水界面，此时的测量值便是以当油和水作为电介质，可看作是两个电容器并联。在电容传感器工作的同时，通过其顶部连接的电缆线可以完成对所测信息的传输，电缆线将信号传至计算机4，完成数据分析确定油水界面。处理数据时可根据进入液体构成的电介质，可通过公式
(单一电介质情况)及
(两种电介质情况)计算得出电容传感器7内各电介质的介电常数，进而达到最终目的，得出准确的油水界面。
4)最后打开收线绞盘开关，通过电缆线2和导向轮5的作用将设施复原到初始阶段。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本实用新型做出了详尽的描述，但它仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本实用新型保护范围。
Claims (5)
1.一种检测油水界面的装置，其特征在于：它包括安装在待检测油罐或装置的固定支架(1)，所述固定支架呈倒L型，其包括竖直设置的竖直固定架(1.1)和水平设置的伸缩架(1.2)；所述伸缩架(1.2)顶端设置有多段伸缩杆(6)，所述竖直固定架底部设置有收线绞盘(3)，所述竖直固定架(1.1)顶部设置有导向轮(5)，所述收线绞盘(3)内缠绕有电缆线(2)，所述电缆线(2)一端穿过收线绞盘(3)与计算器(4)相连，其另一端沿竖直固定架(1.1)外壁向上布置，并穿过导向轮(5)沿伸缩架(1.2)和多段伸缩杆(6)外壁水平布置，且所述电缆线(2)过伸缩杆向下，且电缆线(2)端部连接有电容传感器(7)。
2.根据权利要求1所述检测油水界面的装置，其特征在于：所述电容传感器(7)呈圆柱型；所述电容传感器(7)包括电极圆柱筒(9)；所述电极圆柱筒(9)两端分别设置有绝缘接头(11)和绝缘底座(10)，所述绝缘接头(11)表面中央设置电路控制屏蔽室(8)，所述电路控制屏蔽室(8)连接电缆线(2)。
3.根据权利要求2所述检测油水界面的装置，其特征在于：所述电极圆柱筒(9)包括外部的网状结构(9.1)，且该网状结构(9.1)表面涂覆有涂层；所述网状结构(9.1)内设置有外圈的外电极(9.2)和内圈的内电极(9.3)；所述外电极(9.2)的壁上开设有渗入孔(9.11)。
4.根据权利要求1所述检测油水界面的装置，其特征在于：所述多段伸缩杆(6)端部设置有固定孔(6.1)，所述电缆线(2)穿过固定孔(6.1)垂直向下。
5.根据权利要求1所述检测油水界面的装置，其特征在于：所述多段伸缩杆(6)端部上表面设置支撑导轮(12)。
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| CN112629621A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-04-09 | 北京科技大学 | 一种测量膏体浓密机泥层高度的简易高精度装置及方法 |
| CN112650320A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-04-13 | 太极集团重庆涪陵制药厂有限公司 | 一种醇沉控制方法 |
-
2019
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|---|---|---|---|---|
| CN112650320A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-04-13 | 太极集团重庆涪陵制药厂有限公司 | 一种醇沉控制方法 |
| CN112650320B (zh) * | 2020-11-30 | 2022-05-31 | 太极集团重庆涪陵制药厂有限公司 | 一种醇沉控制方法 |
| CN112629621A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-04-09 | 北京科技大学 | 一种测量膏体浓密机泥层高度的简易高精度装置及方法 |
| CN112629621B (zh) * | 2020-12-01 | 2021-11-12 | 北京科技大学 | 一种测量膏体浓密机泥层高度的简易高精度装置及方法 |
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