油水界面检测

油水界面检测
油水界面检测

摘要

原油刚开采出来的时候并不纯,而是带一些水分的,需要在加工过程中进行油与水的分离。因为水与油的密度不同,在重力的作用下,原油储罐中的水会与油分开,水在下,油在上,这样就产生了油与水的分界面,再通过把水层和油层分别引出的方法,就能实现油与水分离的目的。为了更好的把控整个油水分离过程,就必须对整个过程进行精密、准确的实时测量,掌握最精准的数据。国外虽然有一些精密的设备能够更好的实现这一目的,但是其高昂的价格却让人不得不低头,在国内,现今使用的还是比较原始的方法,目前已经有很多专家学者提出把传统的电容传感器改为一种新式的分段式电容传感器来提高精确值。

本文向大家介绍整个油水分离系统的结构组成,以及目前国内在此系统中一些硬件、软件方面的设计,并详细论述小电容的精确检测方法及信号检测、处理电路的设计,分析一些目前国内专家学者所做实验的实验数据,探讨分段电容传感器在今后我国原油的油水分离中的前进意义。

关键词:油水界面;分段式电容传感器

abstract

When crude oil is not just pure mined,But with some of the moisture,Separation of oil and water in the process needs to be,Because of different densities of water and oil gravity of crude oil storage tanks in the water with the oil separated,In the following oil and water in the above,This produces oil and water interface,Then through the water and oil were exported methods,Will be able to achieve the purpose of the separation of oil and water。In order to better control the oil and water separation,he whole process must be precise and accurate real-time measurement,Master the most accurate data。Although there are some sophisticated equipment abroad are better able to achieve this goal,But its high price is unacceptable,In the country,Currently in use is still relatively primitive methods,There are already many experts put forward the traditional capacitive sensors to a new kind of segmented capacitance sensor to improve the precision values。

In this paper, we introduce the structure of the entire oil and water separation system,And the current domestic design in this system some of the hardware, software aspects,Discusses in detail the design of a small capacitor and the signal detecting precision detection method, the processing circuit,Some current experimental data analysis experts and scholars have done experiments,Explore the significance of segmented capacitance sensor in the future of China's crude oil and water separation in the。

Keywords: oil-water interface; segmented capacitance sensor

第一章绪论 (5)

1.1油水分离界面检测的当今背景以及意义 (5)

1.2 几种常用油水分离界面检测方法介绍 (5)

1.3 本文的主要内容 (7)

第2章原油加工过程以及目前国内对电容式液面检测法的研究成果 (8)

2.1 生产中原油分离过程 (8)

2.2 目前国内对电容式液面检测法的研究 (9)

第3章新型分段电容传感器的优势 (10)

3.1 传统的电容传感器 (10)

3.1.1 传统的电容传感器的检测原理 (10)

3.1.2 传统电容传感器的弊端 (11)

3.2 分段电容传感器 (12)

3.2.1 分段电容传感器的检测原理 (12)

3.2 分段电容传感器结构图 (13)

3.2.2 分段电容传感器与传统电容器相比的优越性 (14)

第四章系统硬件设置 (15)

4.2极板阵列控制电路 (16)

4.2.1电路的设计 (16)

4.2.2多路模拟开关的选择 (16)

4.3微小电容检测电路设计 (17)

4.3.1正弦波发生电路 (17)

4.3.2C/V转换电路 (19)

4.3.3相敏解调电路和低通滤波器 (20)

4.3.2低通滤波器 (20)

4.3.4减法器和参考电压电路 (21)

4.3.5缓冲器 (23)

4.4数据采集及处理系统 (23)

4.4.1 C8051F005单片机简介 (23)

4.4.2单片机资源的应用 (24)

4.5显示及键盘控制电路 (25)

4.5.1显示模块 (25)

4.5.2键盘控制模块 (26)

第5章系统软件的设计 (28)

5.1单片机检测程序 (28)

5.1.1主程序 (28)

5.1.2系统初始化 (28)

5.1.3正弦波激励 (29)

5.1.4零点参数的设定 (30)

5.1.5非易失存储器的存取 (30)

5.1.6数字滤波 (31)

5.1.7油水界面高度判断的算法 (31)

5.1.7.1界面粗测 (32)

5.2 PC机程序 (37)

5.2.1 PC机串行通信 (37)

5.2.2上位机界面 (38)

第一章绪论

1.1油水分离界面检测的当今背景以及意义

石油能源在世界的地位越来越高,现如今,石油能源已经被经济企业、经济部门所广泛的使用在居民的日常生活中,在一定程度上,可以说石油工业的水平代表这个国家的现代化发展水平。但是现有的石油开采量远远不能满足世界60亿人口的生活、生产需求,而且现有的石油开采技术也使得原油的开采量大打折扣,还造成很多资源浪费,鉴于此,研究如何提高原油开采率,降低原油浪费,改善开采技术已成为很多科学家的主要课题。

众所周知,石油从发现到被使用到工业中要经过一系列的步骤:开采、分离、提炼等步骤一个不能少,在这些步骤过程中,仅仅就开采一项就需要很多繁杂工序,实际上,原油开采的时候,会带出大量的水和气,同时还有少量泥沙,这样的原油并不是我们实际所需要的,要使用相关技术对这种混合油进行分离处理,沙石与油的分离相对较为简单,然而油和水的分离就不是那么简单了,这里就出现了相关的油水分离技术。

要分离油中的杂质,原油要被输送到油田脱水站,脱水站使用高温分离罐对油进行高温处理,静置48小时后,油就会在分离罐中分成几个界面,最下面是水和泥沙,中间为油和水,上面为气和油。这时,就要通过精确计算、测量油和水的分界面,这样才能放出分离罐中不含油的水,这是一项需要很严谨、认真去操作的环节,如果测量不准确,分离后的油中水分太多,容易造成炼厂冲塔事故;如果分离后将太多的油连同水放掉容易造成资源浪费和环境的污染,因此,油的分离过程对每一个开采场都是十分被重视的。截止到现在我国已经有一些专门运用于检测油水界面的仪器,但是这些仪器中很多技术都的运用率都还很低,还需要继续开发研究,外国虽然有一些较为先进的仪器,能够在一定程度上提高油水界面的检测效果但是其高昂的价格让人望而却步。

鉴于以上种种原因,研究和开发出一种效率、精确度更高的鉴定原油中油水界面的仪器对世界尤其是国内的油田开采具有重大的意义。

1.2 几种常用油水分离界面检测方法介绍

伴随着科技的发展,人们对原油中油水分离界面检测技术越来越关注,而且随着各种高新技术,如:雷达、微电子、超声波、光纤以及其他各种高新技术传感器等的快速发展,各式各样的新的检测技术也源源不断的出现。目前各种光纤式、压力式、浮力式超声波式的计量和仪表已经广泛运用到各式各样的油罐中,随着这些高新检测技术的引入,使得油水检测到达一个高精度、多功能全新的境界。然而这么多高新技术确实各有千秋,任何一种技术或者仪器都不能被另外一

种技术或者仪器完全取代,他们都有自己的长处和短处,下面对这些油水界面检测方法分别进行简述:

(1)压力差值式界面检测方法

水的密度与油的密度相差很多,密度不同相应的压力也就不同,这就可以对油罐中的每个位置的油水混合物进行压力测量来推算出这个位置的混合物的密度,从客观角度上来说,通过这种压力检测,不仅可以测量出油罐中的油中含水的位置,还可以通过一定量的计算得出这个位置的含水量,但是,到目前为止,市面上的一些压力检测仪器很难测出计算所需要的精确数字,并且,由于破乳剂、矿化度等各种聚合物的干扰,水和油的密度相差变小,同时,仪表很难实时的补偿出油的一直变化着的密度。

(2)浮子式界面检测方法

将浮子与特定的弹簧马达连在一起,并将这种特定的浮子放在油罐中的油水中,当油罐中的浮子随着界面有上下改变时,与浮子相连着的弹簧马达也相应的做出正反转,通过这种方式就将油罐内的界面高度体现在弹簧马达上,弹簧马达将这种改变转换成电信号进一步处理。在一些比较大的油罐中,还需要加装钢丝。浮子式界面检测方法的优点在于方法简单且精度较准,但有些原油粘度比较大,使得浮子检测精度大大降低,并且打的油罐中加装的钢带会因为油水页面的波动而断裂,维修非常不方便,因此,浮子式虽然在一定程度上较为简便使用,但是长期用不好维护。

(3)磁致伸缩式界面检测方法

运用磁致伸缩效应,使用带有磁致伸缩线的传感装置去检测,这就是磁致伸缩式界面检测方法。工作原理为检测仪与浮子共同工作,检测仪发出低电流脉冲,低电流产生磁场,此时浮子随着油罐内的油水界面而不断波动,这是,浮子内安装的磁铁所产生的磁场与电流磁场相遇,碰撞出波导扭曲的脉冲,通过两次脉冲发生的时间来确定浮子的位置,进行油水界面检测。磁致伸缩式界面检测方法的有点为稳定性好,精确度高,是无损伤性检测,但是其同样存在缺点,其缺点与浮子式界面检测方法一样原油粘性高的时候其精确度大大降低。

(4)超声波探测式界面检测方法

油罐中油水混合物中油和水的密度不同,超声波在其中的传播速度也不同。超声波探测式界面检测方法就是将超声波仪器:发生器和接收器放到油罐中,利用传播速度的诧异来判定油水混合物界面,这种方法同样有自己的优缺点,优点是不像其他方法那样会挂油,缺点是因装置的原因导致精度不高。

(5)光纤技术界面检测方法

美国是利用光纤检测油水界面最多的国家,在此方面的研发专利也是最多。

光纤技术界面检测法利用的是介质折射率不同导致光纤在里面的传输功率也不同的特点。光纤式界面检测法的优点很多:体积小、灵敏度高、范围大,但是它与其他接触式测量一样,也受外界环境的影响而导致精确度降低,但是光纤式法适合在易燃易爆场合进行测量。

(6)电容式界面检测方法

电容式界面检测方法适用在圆柱型的金属容器中,立电极于金属圆柱中间,这样就与金属壁形成电容器。在金属油罐内部,上层为油下层为水,两种电介质呈并联状变为两种电容器,合成一个电容,容量公式为:

式(1.1)中,0ξ为真空介质电常数,1r ξ是水的想对介电常数,2r ξ为油的相对介电常数,L 为柱型金属容器的高度,D 为外径,d 为内径。通过此公式,可得到金属油罐中油水位置。电容式界面检测方法的有点在于精确度高、灵敏性强,缺点为受外界因素干扰程度大,且整个仪器的价格相对高。

随着时间流逝,各项科技技术的有效发展,油水界面测量仪器中的技术现在到达自动化的高度,精度也越来越高,功能也越来越自动化、一体化,特别是在微处理器技术引进之后。这大大的提高了我国原油开采中油水界面检测技术,使得我国原油开采实现质的飞越,但是发达国家相比,我们的技术还是相对弱后的,因此,我们还有很长一段路要走。

1.3 本文的主要内容

(1)对目前我国以及其他发达国家中常用的原油开采黄总液面检测技术以及原理进行较为详尽的分析,对比优劣。

(2)从各方面对目前各专家学者提出的电容式界面检测方式进行分析,介绍小电容的精确检测方法及信号检测、处理电路的设计,并分析其可行性。

kH C H L d D H d D C C C r r +=-Ω+=

+=0201021)()/ln(2)/ln(2ξξξπξ

第2章原油加工过程以及目前国内对电容式液面检测法的研究成果

2.1 生产中原油分离过程

为了更好的解释整体,带大家看看原油生产最初过程。原油的发现到最后的使用,这个过程兵不像想象的那么简单,而是经过一系列繁杂工作程序得来的,原油开采出来后要经过采油站,中转站,联合站,一级分离罐,中间罐,脱水泵,二级分离罐,成品罐,采油站要计量原油,中转站负责初步分离,联合站负责计量、加热,一级分离罐负责沉降分离,中间罐负责脱水,二级分离罐进行最后加工,其中二级分离罐的温度比一级分离罐更高200摄氏度左右,一级分离罐为600摄氏度左右,二级分离罐为800摄氏度左右。油水检测技术需要在一级分离罐和二级分离罐中使用,两个分离罐的高度大约都在13m左右,如图所示,罐顶端有溢流孔,底部有排水孔,当原油进入罐中时,经过一定的时间的分离,加上重力、破乳剂等的影响,在理论上能形成一个油水分界面。

图2.1 油水分离罐工况图

整个工序解释起来相对简单,但是实际操作确实一个非常复杂的过程,因为上述所说的分离实际上是一个理论上的分离状态,现实中原料、破乳剂等带来的影响,使得原油在分离罐中并不呈现理想的分离状态,而是会多出一个油水分离过渡层,也就是所谓的乳化层,乳化层的含水率根据离水层距离变化而变化,离水层近的含水量高,电常数就高,离油层近的含水量低、,则电常数就低,变化

趋势最大可达到80最小可达到,正是这原因,使得油水界面检测变得更加复杂更加需要技术含量。

2.2 目前国内对电容式液面检测法的研究

本文展现的是电容式液面检测法,优点在于可以根据分离罐中的每对电容极板的值,用差分法计算油罐中结蜡造成的误差,不需要知道分离罐中没个地方介质的电介常数。

电容传感器、控制、检测、显示、通信等单元组成一个较为完善的分离罐的原油油水液面检测仪器。具体工作流程如下:油水混合物经过处理后放在分离罐中,先入一级分离罐再入二级分离罐,观察油水混合物的界面到达指定位置后,停止倒入,进行静置,在一定时间的静置后,油水混合物会形成三层:油、水、空气,分层好之后,单片机、油罐中的电容极板开始工作,单片机接收C/V转换电路处理后再次经过A/D转换形成的信息,单片机处理接收到的信息,传送至显示装置,同时传送至计算机进行进一步计算。这样,最终接收到信息的计算机就可以在远端得到油罐中的高度信息,分层信息,进行自动控制。

图2.2 系统总体设计结构模型

第3章 新型分段电容传感器的优势

3.1 传统的电容传感器

传统的电容传感器在界面检测中使用的理论依据是,原油在油罐中分层后,不同的介质具有不同的介电常数,并且是在同一个油罐中,可以排除其他因素的干扰,这样就可以利用电容传感器测出油罐中每个位置的介电常数,进而掌握油罐中的分层情况。但是传统的电容传感器在实际使用中具有很多局限,这就为分段电容传感器的研究奠定了基础,本文从传统到新型的分段电容传感器逐步为大家介绍传感器在油水界面检测中的使用。

3.1.1 传统的电容传感器的检测原理

传统电容传感器,依赖一根完整的检测电极来检测油罐内的液面分层情况。(如图3.1所示)。

图3.1 传统电容传感器使用方法

当油罐内分层好后,在同一种介质中,电容值计算公式为:

(3.1)

式中r εεε0=为介质的介电常数,0ε为真空介质常数,r ε为相对介质常数,D 为罐的内径,d 为检测电极的外径,m H 为检测电池的长度。

在图3.1的原理图中,把聚四氟乙烯套在检测电极中以起到绝缘的作用,在原油还没有倒入油罐的时候,整个油罐内部环境构成一个检测系统,整根m H

m r m x H d D H d D C ln 2ln 20επεπε==

是电极覆盖长度。当油水倒入后,水位高x H ,则导电液体就是电容的另一极板的一部分。在高度x H 范围内,作为电容外电极的液体部分的内径为0D ,内电极直0d 油层高度为m H -x H ,由公式可知,在D 、d 、m H 不变的条件下,电容大小与罐内介质的介电常数成正比。介电常数r ε改变,电容值x C 就会发生变化,这时电容的计算公式为:

(3.2)

其中: m r H d D C ln 2200επε= (3.3) )(ln 221

0r r d

D K εεπε-= (3.4) 1C 为高度m H 的介质1产生的电容,2C 为高度为(m H -x H )的介质2产生

的电容,r ε为介质1的想对介电常数,2r ε为介质2的想对介电常数,由公式(3.2)可见,总电容x C 与介质1的高度呈线性关系,只要检测出x C 的大小。就可以算出x H 的值。

3.1.2 传统电容传感器的弊端

在检测的时候,理论上可以根据原油和水的介电常数不同来检测油罐中油水的分层情况,因为原油的介电常数大概是水的介电常数的四十分之一,水位80左右,油为2.3左右,但是再操作的时候,遇到诸多困难:

(1)首先是原理性的误差,也就是无法避免的误差,原因是传统的传感器对介电常数的要求很高,不能发生范围以外的变动,但是再野外条件艰难的地方,开采出来的油受温度、成分等个方面的因素影响,介电常数变得不稳定,这样,最后测量的x C 变化与预期相差很大,所最终得到精确度也大打折扣,不够理想。

(2)乳化层的影响。乳化层中油水的分离并不清晰,而是一个逐渐过渡的过程,这样就无法确定乳化层的电介质常数,进而通过电介质常数计算的传统的电容传感器也就无法精确得出乳化层的位置,只能得出近似界面,所以如何处理乳化层测量得出的数据也是一大难题。

(3)长期使用电容器粘滞滞留带来的误差。长期在粘度高的原油中使用传统电容传感器一些含蜡高的介质容易在电极板或者油罐内壁中形成滞留,

被测液

体会因为这些蜡块儿而引起电介质的常数发生变化,这也直接影响了最后的测量结果,影响测量的精确度。

3.2 分段电容传感器

3.2.1 分段电容传感器的检测原理

分段电容传感器很好的解决了传统电容传感器遇到的困难。分段电容传感器里面有很多小的、相互孤立的电容传感器,不再像传统电容器那样用一根电容器去测量,同时分段电容传感器在极板方面也做很大改变,不使用分离罐壁作为极板的另一端,而是使用小电容器的极板,这样就形成了很多个小电容器来共同测量油水界面。

3.2 分段电容传感器结构图

本课题研究的是十个极板的,相邻的两个极板,一个起激励作用,一个起接收作用,共同组成一个电容,这样就有九个电容值(共组成九个极板对),就是这样的一个改变,将原来落后的那种使用一根检测电容的方式改为现在的相同长度的从上到下的十个检测电容(图上标明的十段,实际需要的时候可以根据实际需要增加或者减少),这些检测电容是相互独立的却又相互协调工作的小液位计,共同来检测总量程的全液位,图3.2显示,除了最上面的电容传感器以外,下部的所有的电容传感器有的充满了原油,有的充满了矿物质,有的充满了水,但是不管哪种全部除了最上部的那个以外,其他的都有充满介质,从图3.2中很容易看出,C2、C3、C4、C5、C6全都都被原油所填满,因此,又因为他们所处环境相同,并且电容的间距、电容的大小等都是一样的,所以容易推断出:C6≈C5≈C4≈C3≈C2;又根据图3.2容易得出在C8、C9、C10中满满的都是介质水,所以又容易推出C10≈C9≈C8工作时,以单片机为主体,进行切换电容、C/V 转换、采样,油罐中的液面分布从上到下分别为空气、油、乳化层、水层,如图 3.2四个区域的分层情况可以很好的根据分段电容显示出来。

每个传感器的接线划分均以传感器中间位标准,这样根据传感器的测量数据就能有效得出在油罐中的分层情况(不同介质的电介质不同),再通过相应的计算,就能算出油罐内每个介质的高度,对于油水界面高度表示为:

H=30L +x L (3.5)

对于分段电容传感器,分段电容的区域宽度与传感器的制作工艺有关,因此式中的0L 就比较固定,得到的数字较为精确,这样与传统的电容传感器相比克服了许多困难,现在对于油水界面的检测问题,即怎样的精确的去求得x L ,继而如何解决H 精度和x L 的问题成为关键。

根据图 3.2,首先要解决的问题是判断需要检测的油水界面究竟在哪个区域,这个可以根据相应的数字进行推断,因为空气的和水以及原油的介电常数不同,空气的约为1,水的为空气的80倍,约为80,原油的介电常数为水的两倍到三倍,约为2.3~3.0,根据这些信息,容易判断在图3.2中每个电容区的电容值关系为:C1

x L 是需要通过各种计算得出的一个数值,通过上述的分段电容检测器可以检测得到C1~C10的电容值,检测出相应的电容值之后,将所需要计算的C2~C6代入公式3.3,前面已经介绍。因为公式3.3中的除了 以外的其他的因素均为

条件一样的常数,所以计算出来之后得到相对应的6个相关的数值ε,这个就是C2~C6中每个分段电容中检测到的介质的介电常数,通常,为了提高检测到的数值的准确性,将前面计算得到的六个ε进行取平均值,得到油ε。再次利用公式

3.3以同样的办法仪C8、C9、C10为条件求的所需要的平均数值水ε,这样,将计算求得的油ε、水ε代入公式3.2中得出所需要的油水检测液面的高度H=3x l l +0。

利用这种分段电容式检测法的出的结果,牢牢的将误差控制在图3.2中油水界面的C7段,这样分段电容的优点就充分显现出来,解决了原来一根电容检测而不能解决的水和油的因距离油水界面的距离不同而介电常数不同而带来的误差,以一种实时检测水和需要测量的原油的介电常数并且巧妙的先优化检测的数值再计算的组合方法,提高最终测得的数字的精确值,对原油开采中油水界面检测有很重要的额意义。

3.2.2 分段电容传感器与传统电容器相比的优越性

(1)分段电容传感器精度更高,因为传统电容器在实际使用中,电容电压受实际因素影响大,不会呈现理想的线性关系,而分段电容克服了这点。

(2)有效克服乳化层对界面检测的影响。 乳化层中油水的分离并不清晰,而是一个逐渐过渡的过程,这样就无法确定乳化层的电介质常数,进而通过电介质常数计算的传统的电容传感器也就无法精确得出乳化层的位置,分段电容很好解决这一难题,小电容在工作时相当于将油罐中的油水分界面进行一个一个微小而复杂的等效平均,这样测量得来的数据就符合油水界面检测的要求。

(3)分段电容也能有效解决长期使用电容器粘滞滞留带来的误差。长期在粘度高的原油中使用传统电容传感器一些含蜡高的介质容易在电极板或者油罐内壁中形成滞留,被测液体会因为这些蜡块儿而引起电介质的常数发生变化,在分段电容具体的使用时,分段电容不会像整根电脑那样出现数据误差,只是表现为电压极板不正常,进行逻辑判断即可排除。

第四章系统硬件设置

几个模块共同组成整套油水界面检测系统,如下图4.1所示。

可以从五个主要模块来分析以上框图:

(1)电容检测传感器及信号转换

这个模块的主要作用是设计出可行的检测方法,在具体检测时,由单片机控制10段传感器的其中一对极板对接入电路,正弦波发生器激励激励极板,C/V转换电路转换接收极板收到的信号,相敏解调器解调接收极板收到的信号和正弦波激励,输出直流、二倍频信号,最后,单片机接收低通转换的信号。

(2)单片机采样、通信

模块一检测到并通过转换给单片机的电压信号,单片机通过数据处理,计算液位值,连同收到的电压值一起传给上位机,这样,将单片机与上位机衔接起来。(3)上位机

上位机与下位机通信,发出要求数据传输的命令,后者接收命令发出相应数据,上位机接收数据,进行相应的数据处理,上位机工作人员通过人机交界面知道数据,并做出相应的判断,并把相关判断通过上位机反馈给下位机。

(4)控制

单片机根据油罐中的液位值,若达到要求,发出电压信号,V/I转换成电流信号后,接收到电流信号的油罐阀门控制系统将会关闭阀门,对油罐中的油水进行控制。

(5)显示

油罐内的液位值,将从两个方面被显示出来,一是以发光柱的形式显示,二是直观的以数字形式在数码管中显示,两者结合,共同为油罐内的液面高度提供便捷的观察途径。

4.2极板阵列控制电路

4.2.1电路的设计

串行检测和并行检测两种方案都适用于此次的10极板分段电容的检测,两种检测方案都有优缺点,并行检测法结构复杂、花费相对较高,不适用与此次检测,串行检测法虽然不像并行检测法那样每块极板都有自己的C/V转换,是10极板电容检测共用一个C/V转换电路,实时性不如并行检测,但此次检测不需要高实时性,对速度要求不高,并且,串行检测法中各支路相对紧密,不易造成其他影响,且价格相对低廉,所以,本次检测采用串行检测法。

采用串行检测法,既在一个C/V转换的极板对中,激励、接收极板可以相互对换,10极板的相互切换需要一个极板阵列控制电路来控制,具体如图4.2,图中的4片模拟开关,分别作为基数、偶数的极板激励和极板接收,激励与接收的切换由极板中的模拟开关控制,具体布线需要谨慎,模拟开关的400k的高频信号有可能相互干扰,实际布线要把激励和接收尽量分开,不要让两条线平行,布线完毕之后覆盖铜,提高测量结果的精确度。

4.2.2多路模拟开关的选择

多路模拟开关控制此次检测极板对的转换,一个极板对中,两个极板分别为激励和接收极板,这需要模拟开关的控制。市场上的模拟开关各式各样,选择时需符合以下几个性能:

(1)多路开关通断方式的选择

不选用市场上常用的断先通后的多路开关,因为此次检测的程控增益放大器目的是改变放大器的增益,不需要像自动数据采集那样考虑发生通道短接现象,选用先通后断的多路开关,保障放大器的正常工作,保证电路的正常工作。

(2)通道数量

选择有合适通道数量的集成模拟开关,减少通道之间的相互干扰,因为在集成开关控制一路工作时,其他通道会以高阻的形式继续工作,这样高阻状态产生的泄漏电流会对传输信号的精确度产生直接的影响,所以选择合适数量通道数量的开关也是减小误差的重要步骤。

(3)泄漏电流

一般的开关在断开和导通时并不是像理想那样电阻无限大或者电阻为零,而是存在约为1nA的漏电流,在信号源内阻很高的情况下就要对模拟开关的漏电流提成特别要求,以提高精度。

(4)开关速度

在特别的情况下,开关的切换速度也对实验结果具有一定影响,开关速度,

既要满足满足处理快信号,还要考虑适应后级电路的A/D转换器。

(5)消除抖动引起的误差

多路开关的抖动可能会使测得的结果产生很大误差,因为多路模拟开关不可避免的也会像机械开关那样才生抖动过程,多路开关切换时抖动后还未稳定下来就会传送数据,如果这时将抖动的数据作为最终数据就将造成误差,一般解决的办法有从硬件和软件两个方面进行,即用滤波器和延时采集来解决。

根据以上5项指标,本次检测油水界面将采用Maxim公司生产的MAX306模拟开关。此模拟开关导通电阻小(具体<100 ),漏电流小,(一般漏电流为0.02nA),开关切换时间快(一般为40ns),各项指标符合要求。

4.3微小电容检测电路设计

由模拟开关控制接入的极板对,正弦波激励激励极板,C/V转换接收极板的信号为电压信号,下个流程,相敏解调器解调激励极板和接收极板的信号,输出的两个有用信号其中一个为二倍频信号。单片机接收由低通等转换的信号,整个检测过程大致如此。

4.3.1正弦波发生电路

激励源是基于Direct Digital Synthesizer(简称DDS)分频器的一个可调正弦波,DDS芯片的幅值、频率可调,DDS通过平率控制字的频率来控制最终需要的频率,DDS的工作优点主要集中在两个方面,第一,频率因为频率控制字的宽度宽而变高;第二,跳频速率相对于其他同类型芯片更高。

4.3.1.1 DDS芯片的选用

综合考虑,ADI公司的AD9833款的可编程发生器符合条件,这款低功耗发生器能够产生多种波形,满足此次设计要求,另外,AD9833调节简便,不需要从芯片外接入其他元器件,所需要的输出频率可由编程控制,AD9833芯片的将不适用模块的休眠功能同样很便捷,AD9833还具有以下特点。

频率寄存器位数28位

主频时钟25MHz

工作电压范围 2.3V~5.5V

输出频率范围0MHz~12.5MHz

可输出波形正弦波、三角波、方波

是否需要外界接口否

温度范围零下40摄氏度~105摄氏度

串口最高频率40MNz

AD9833芯片集成性强,高达12.5MHz 的正弦波只需要一些低精度的电阻器、去耦电容、参考时钟,由电压调整器、相位调节器、频率调节器、数控振荡器构成内部电路,相位寄存器和加法器构成AD9833芯片的核心。输出正弦波频率为: )2/(28m clk out f M f = (4.1) 公式中外部编程给定M 频率控制字的值,范围为12028-≤≤M 。

4.3.1.2正弦波波发生电路的设计

正弦信号发生电路如图4.3

图4.3 正弦信号发生电路

图4.3中,因为输出频率和相位噪声的要求,需要图中20M 有源晶振的稳定作用,端口添加去耦电容避免波形失真,AD9833输出电压达不到激励条件,需要放大电路放大电压,满足激励电压要求。

图4.4 频率为5k 的正弦波 图4.5 频率为50k 的正弦波

4.3.1.3放大器的选用

激励源小信号需要经过放大才能实现激励作用,为使最终数据能减小硬件误差,对放大器的选用也有很多要求。此次检测选用ADI 公司的OP37放大器,具体特点如下:

低噪声

KHz 1@Hz /nV 3)Hz 101.0(80、到Hz nV p p - 低漂移

c V 0/2.0μ 转换率

S V μ/17 增益宽带

63MHz 低偏置输入电压

V μ10 开环增益 1.8万

OP37的各项数据符合此次电路设计的放大要求和精确要求,所以电路中的放大器均使用ADI 公司的OP37放大器。

4.3.2C/V 转换电路

4.3.2.1C/V 转换电路的性能要求

电桥法、交流激励法等微小电容检测方法各有各的优缺点,下面简述C/V 转换所需要的条件。

油水界面检测对电容检测的要求极高,因为电容变化小、杂散电容大,,不容易被检测到,杂散电容主要从模拟开关、屏蔽电缆等方面产生,对电容的检测产生影响,可能导致误差。因此,具体选用C/V 电路的时候尽量选用信噪比高、温漂低、测量灵敏度高的电路。

电路简单、抗杂散电容的直流充放电电容检测电路和信噪比高、漂移低的交流电路是目前常见的一直杂散的C/V 转化电路,但是交流法电路相对于直流法电路使用性能更高,交流法C/V 转换不受注入电荷的影响,抗杂性能较高。

4.3.2.2交流C/V 转换电路

如图4.8,交流激励法用正弦信号激励被测电容,并转为交流电压。在图4.8中s2c 和si c 是极板连线,1s c 和C/V 转换电路不相连,2s c 两端无电位差,故s2c 和si c 、2s c 对输出没有影响,用此电路可有效抑制杂散电容。

图4.8 C/V 转换电路

第一级放大器UI 的输出)(0t V 为:

)(1)(110t V C jwR C R j t V i f fi x f +-

(4.2)

当jw 时,则上式可简化为:1>>fi fi C R )()(10t V C C t V i f x -= (4.3)

图中第二级放大器对第一级输出继续放大: )()(022t V R R t V f o -= (4.4) 4.3.3相敏解调电路和低通滤波器

相敏解调电路解调C/V 后的正弦波激励和交流电压。

4.3.3.1相敏解调电路

数字解调和模拟解调是相敏解调常用的两种方法。模拟解调电路简单,转换电压信号和A/D 测量受模拟器件限制较大,总体来说,模拟解调简单实用;数字解调器内部有FPGA 、DSP 的高速数字处理器件,处理起来精度高、速度快,但是复杂且成本高,所以本次设计采用模拟解调。

AD734芯片输出稳定,高速四象限模拟乘法器与AD534引脚兼容不需要外部元件来定义使用的函数,满足此次设计的需求。它还具有以下特点

全功率值(峰峰值)

20V 峰峰值带宽

10MHZ 总静态误差

全量程0.1% 控制失真

保证典型失真小于-80dBc

4.3.2低通滤波器

相敏解调电路工作之后,用低通滤波器(截止频率小于2ω)将没用的二倍频交流成分去除,留下有用的直流分量。本设计中,截止频率选为1KHz ,具体 如图4.9。

油罐检漏检测

油罐检漏离线检测 油罐检漏离线检测 一. 油罐底板试漏方法 油罐底板在建成和维修以后必须进行检漏。常用的方法有:真空箱试漏法、漏磁扫描探伤、气体检漏和充水试压等方法。 1.真空试漏法 用薄板做成无底的长方形盒子(图),盒顶部严密地镶嵌一块厚玻璃,盒底四周边沿包有不透气的海绵橡胶,使盒子严密地扣在底板上。盒内用反光的白漆涂刷。盒子上装抽气短管和进气阀。试验焊缝时,先在焊缝上涂肥皂水,再将真空盒扣上,用真空泵将盒内抽成55kPa的真空度,观察盒内有无气泡出现,如有气泡,应作出标志加以焊补。 常被用来检查焊缝,特别是圆周焊接部分,不常用于整个罐底。 2. 气体检测方法 氦检漏仪也被用于埋地管线和罐底的检漏,它检测埋地管线时,不用清扫油品。罐底的检测步骤为,首先将氦气注入到罐底以下,然后在罐内侧检测是否存在氦气。这种办法被证明在泄漏点定位十分有效。但是它需要在罐底钻孔以注入气体。最重要的问题是气体必须能够扩散到罐底的所有区域,但是由于阻碍和渗透的不均匀性,这是不可能的。气体的扩散会遇到两个难题:①罐壁的重量会使气体往罐边缘部分的扩散很困难,②当一种粘性产品曾经在罐底渗漏,它会阻止气体的运动。气体扩散的难题会导致不能检测出所有的泄漏点。 3.氨气渗漏法 ①沿罐底板周围用粘土将底板与基础间的间隙堵死,但应对称地留出4~6个孔,以检查氨气的分布情况。②在底板中心及周围应均匀地开出3~5个直径18~20mm的孔,焊上直径20~25mm的钢管,用胶管接至氨气瓶的分气缸。③在底板焊缝上涂以酚酞—酒精溶液。其成分(质量比)为:酚酞4%,工业酒精40%,水56%。天气寒冷时,应适当提高酒精浓度。④向底板下通入氨气,用试纸在粘土圈上的孔洞处检查,验证氨气在底板下已分布均匀后即开始检查焊缝表面,此时在焊缝上刷酚酞—酒精溶液,如呈现红色,即表示有氨气漏出,用铅油标出漏处。⑤底板通氨气时,附近严禁动火。底板补焊前,须用压缩空气将氨气吹净,并经检查合格后方可进行补焊。 4. 水压试验中的泄漏检测 水压试验是一种结构试验,仅仅是在靠近罐壁的地方进行了大维修时才用。染料可以用来帮助人们定位泄漏点。但是即使在水里添加了染料,也不能当作检漏。大部分罐底的泄漏渗透不到罐壁以外,而是渗透到罐底土壤下面,在罐外根本看不出来。在水压试验中进行质量测量使其变成一种有效的检漏方法。用2~3天的时间,就可以确定油罐是否存在泄漏。水压试验中可仅用6~10英尺的水。 5. 漏磁扫描探伤 金属储罐底板的腐蚀状况,可用专用的检测仪器——磁涡流扫描仪,其原理是漏磁法,仪器上装有强磁铁,磁铁之间装有磁场强渡传感器,当底板有缺陷时,磁场分布就会发生变化,传感器就能检测到这种磁场变化。该仪器能够准确测定腐蚀的深度、面积以及裂纹的长度。

油水界面检测资料

摘要 原油刚开采出来的时候并不纯,而是带一些水分的,需要在加工过程中进行油与水的分离。因为水与油的密度不同,在重力的作用下,原油储罐中的水会与油分开,水在下,油在上,这样就产生了油与水的分界面,再通过把水层和油层分别引出的方法,就能实现油与水分离的目的。为了更好的把控整个油水分离过程,就必须对整个过程进行精密、准确的实时测量,掌握最精准的数据。国外虽然有一些精密的设备能够更好的实现这一目的,但是其高昂的价格却让人不得不低头,在国内,现今使用的还是比较原始的方法,目前已经有很多专家学者提出把传统的电容传感器改为一种新式的分段式电容传感器来提高精确值。 本文向大家介绍整个油水分离系统的结构组成,以及目前国内在此系统中一些硬件、软件方面的设计,并详细论述小电容的精确检测方法及信号检测、处理电路的设计,分析一些目前国内专家学者所做实验的实验数据,探讨分段电容传感器在今后我国原油的油水分离中的前进意义。 关键词:油水界面;分段式电容传感器

abstract When crude oil is not just pure mined,But with some of the moisture,Separation of oil and water in the process needs to be,Because of different densities of water and oil gravity of crude oil storage tanks in the water with the oil separated,In the following oil and water in the above,This produces oil and water interface,Then through the water and oil were exported methods,Will be able to achieve the purpose of the separation of oil and water。In order to better control the oil and water separation,he whole process must be precise and accurate real-time measurement,Master the most accurate data。Although there are some sophisticated equipment abroad are better able to achieve this goal,But its high price is unacceptable,In the country,Currently in use is still relatively primitive methods,There are already many experts put forward the traditional capacitive sensors to a new kind of segmented capacitance sensor to improve the precision values。 In this paper, we introduce the structure of the entire oil and water separation system,And the current domestic design in this system some of the hardware, software aspects,Discusses in detail the design of a small capacitor and the signal detecting precision detection method, the processing circuit,Some current experimental data analysis experts and scholars have done experiments,Explore the significance of segmented capacitance sensor in the future of China's crude oil and water separation in the。 Keywords: oil-water interface; segmented capacitance sensor

石油产品中的水分

2006年增刊V01.16Supplement检验检疫科学INSPECⅡ0NANDQUARANⅡNESCIENCE 石油产品中的水分 李春雄 (湛江出入境检验检疫局,广东湛江,524022) 在石油产品的生产、储运及使用等各个环节中,由于操作技术及环境条件的限制,造成水分渗入,同时,石油产品本身具有一定程度的吸水性,能从大气中或在与水接触时,吸收溶解一部分水。石油产品中水分的存在,使石油产品的数量、品质受到直接影响。因此,对石油产品中水分的深入认识,在与石油化工有关的行业中显得尤为重要。 1水在石油产品中存在的状态 1.1悬浮状:水分以水滴状态悬浮于油中。 1.2乳化状:水分以极细小的水滴状均匀分散于油中,这种分散很细的乳浊液,由于水滴微粒极小,比悬浮状水份更难自石油中分出。 1.3溶解状:水分以溶解于油中之状态存在,其能溶解在油中的量,决定于石油产品的化学成分和温度,通常烷烃、环烷烃及烯烃溶解水的能力较弱,芳香烃能溶解较多的水分;温度越高,水能溶解于油品的数量越多。 1.4游离状:水分已从油品中分离出来,沉积于油品的底部。 2石油产品中水分的危害性 2.1侵占有限罐容,增大运费,给储、运都造成浪费,使油品的实际数量减少。 2.2石油产品中水分蒸发时要吸收热量,会使发热量降低,同时会加速油品的氧化和胶化。 圭回合通过的《实施卫生与植物卫生措施协定》建议使用国际标准,规定成员国政府有权采取措施,保护人类与动植物的健康,确保人畜食物免遭污染物、毒素、添加剂和进口动植物携带疾病的影响和伤害,发达国家以此作为控制发展中国家产品进口的重要工具,严格限制食品中相对敏感的安全卫生指标,防止超标产品进入国内市场。6)绿色补贴制度。绿色补贴是为了保护环境和资源,将环境和资源费用计算在成本之内,使环境和资源成本内在化,环境成本内在化的企业给予财政补贴,鼓励出口。 3.5计量单位壁垒 很多出口商品能否顺利销售,有时取决于使用的计量单位制,有些国家抵制与本国计量单位不一致的商品进口。美国商务部曾对美国实行英制带来的贸易影响作过分析,如果美国坚持采用传统的英制计量单位,就很难向非英制国家推销商品,因此美国在1965年就转向米制计量单位制,1975年美国出口增长了27%以上,出口产品总量增加了近6000亿美元。欧盟早在1989年就宣布,不再购买以英寸或磅为计量单位的任何商品,甚至包括带有双重计量单位标记的商品,米制已成为世界普遍采用的计量单位制。 3.6电子数据壁垒 目前世界各国为了保护本国的商业利益和经济地位,都非常重视商品信息的快速传递与处理,积极开发、推广、应用电子数据交换技术,将贸易、运输、金融、保险、海关等业务,以一种符合国际公认的标准格式,通过计算机网络相互传递,实现各国和各部门问的数据交换,完成以贸易为中心的全部工作过程,提高贸易业务传递和处理的速度,降低成本,减少错漏,提高竞争力。推行“无纸贸易”,将引起世界范围内的一场商业革命。 3.7信息技术壁垒 在现今的信息产品生产领域,信息技术标准成了一种新的技术垄断和市场限制的手段,谁能抢先进行信息技术标准的制订和管理工作,谁就有可能把握主动。信息技术标准的实质和核心就是信息技术体系中对于信息技术的知识产权,信息技术垄断是通过知识产权保护来实现的。由于知识产权具有地域性和排他性,一旦这种标准得到普及,会形成一定程序的垄断。这也就是信息技术标准同知识产权关系的关键所在。信息技术标准中的信息技术必须有很多是专利技术,因为只有拥有专利权的信息技术才能实现垄断和排他,信息技术标准的实质就是要通过专利战略、技术许可等知识产权战略实现垄断。 107?

一种储油大罐油水界面检测技术及应用研究

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/322486515.html, 一种储油大罐油水界面检测技术及应用研究作者:覃丽邬群辉李言章 来源:《中国市场》2016年第23期 [摘要]该系统是为新疆油田采气一厂盆5采气作业区专门设计开发的,利用传感器技术检测含水率,由此判断油水界面位置,然后根据油水界面检测达到自动排水功能的目的。现场运行3年多来,系统稳定可靠,完全满足了生产需要。 [关键词]储油大罐;油水界面监测;自动排水 [DOI]1013939/jcnkizgsc201623072 1概述 油水界面检测的方法很多,但是针对油田储油大罐的油水界面的检测有其特殊性。[1-3]该系统是为新疆油田采气一厂盆5采气作业区专门设计开发的,具有油水界面检测、自动排水功能。主要由以下4个部分组成,即传感器、数据采集与通信(变送器)、RTU控制系统、执 行器等。传感器负责油水界面感知、识别;数据采集与通信系统负责对传感器参数进行数据采集,并把采集的数据以串行通信协议格式发送到上位机(RTU)处理、显示和控制等;RTU 控制系统负责对下位机(数据采集与通信系统)进行控制和轮询,数据处理、显示、手动控制、系统设置和操作控制等,并实现对执行器(电动开关阀门)的控制。控制有几种方式可选:自动和手动。 2工作原理及实现方法 该系统油水界面传感器在变送器的控制下,由30节(不同高度)AD转换器将罐体内不同高度的油水液体的含水率信息转换为数字信号与变送器通信。 传感器以数字电路为基础,由若干个相互独立的发射极、外电极组成,测量时由二次表发出可中断脉冲作为步进指令信号,在步进脉冲信号作用下,使传感器发射极依次逐级选通,由此实现了测量的垂直分层;选通的发射极与外公共电极构成液体取样空间(取样室),并组成耦合电场,耦合电场存在的液体,油、水和空气阻抗介电系数不同,由此引起发射级吸收能量(AD值)发生变化,根据此变化设定含水率曲线函数。因此达到了垂直分层原油含水率测定的目的。含水率传感器结构示意如图1所示。图1传感器结构 油水界面变送器将传感器的采集数字整理变换,按油水界面仪的通信协议与控制仪交换信息。 油水界面控制仪在投入运行前按0~100%分为10段对传感器进行标定,即分别将传感器置于含油率0%,10%,20%,30%,40%,50%,60%,70%,80%,90%,100%标准液,这

常见的油液脱水方法和比较

常见的油液脱水方法和比较 1、液脱水的基本方法 油液脱水的基本方法可以区分为:化学方法、物理化学方法和物理法。 (1)化学脱水法 化学脱水法是利用水与加入试剂之间所发生的化学反应。这种相互作用所发生的产物易于从油品中分离。 (2)物理化学脱水法 物理化学脱水法的原理主要利用吸附现象。某些物质可以有选择地吸收油中的水分。除了纯粹的吸附现象之外,吸附过程还存在有吸附剂分子和水分子的相互吸引现象,同时会伴随有各种化学相互作用。 (3)物理脱水法 物理脱水法是多种多样的,一般分为这样几组:力场作用脱水,热物理作用脱水,热物理现象和质量交换现象脱水,多孔层脱水。 (I.)力场脱水法 力场(重力、离心力、电力)脱水法的作用原理是利用微小水珠在场力的作用下进行聚集的现象,然后将之清除。重力和离心脱水过程是利用油水的密度不同,电脱水是利用电场内水滴极化的结果。 (II.)热物理现象和质量交换现象脱水法 利用热物理现象和质量交换现象脱水法是利用在这些现象下乳

化水受到的物理变化。将水加热使其蒸发和将水冷却使其结晶的办法都属于这类脱水法。有时为了加强液压油内水的蒸发或迅速减小溶解水的数量,脱水过程经常在真空下进行。 质量交换过程脱水主要是利用脱水剂进行萃取。 (III.)多孔物质脱水法 a.滤层用斥水材料制作,多孔层只能使油液通过,而油液内的乳化水则通不过。 b.多孔层用吸水材料制作。多孔层在液压油通过过程中,强烈地吸水,直到饱和状态。 c.多孔层材料用亲水和疏水纤维配合,利用水珠同纤维的相互作用,水珠凝聚变大,进而从油液内清除掉。 2、脱水方法的比较 (1)化学脱水法 化学脱水法使用的是在烃内不溶解的金属氢化物。比如氢化钙、氢化锂、氢化铝,或是碳化物以及某些金属的氧化物。 虽然化学法除掉水分的效率很高,但在实际使用中有一定的困难。使用需有专用的设备以及复杂的配套设备,并且有效试剂的价格也相当昂贵。 (2)物理化学脱水法 是根据某些用作吸附剂的物质能将水分子截留在自己的活性表面上进行脱水。 这种方法多使用具有大孔隙度的固体材料。经常使用的有天然材

油水界面探测器

◆油水界面探测器 1检查依据: MARPOL73/78公约附则I规定:150总吨及以上油轮均应配备油水界面探测器,但转运沥青或其他物理特性妨碍油品和水的有效分离和检测的油船除外。 国内航行油船免除排油监控系统和油水界面探测器的条件: (1) 150 总吨及以上的现有油船符合下列所有条件时,可以免除油水界面探测器: ①所有油性混合物留存船上,随后排入接收设备; ②油船停靠的装油港站有足够的接收设备; ③证书上注明该船仅限于在规定的航区内航行; ④油性混合物排入接收设备的数量、时间和港口应记入油类记录簿。 (2) 150 总吨及以上的新油船符合下列所有条件时,可以免除排油监控系统和油水界面探测器: ①该油船从事我国沿海港口或装卸站之间营运且航程时间不超过 72h; ② (1)中①~④的所有条件。 2检查内容和要点 .1检查适用船舶是否按照规定配备了油水界面探测器。 .2检查油水界面探测器的使用和维护保养记录,检查油水界面探测器是否良好可用。 .3检查油水界面探测器的工作性能是否达到规范要求。 根据规范要求探测器的测量精度应在界面清晰的油水界面实际位置±25mm 以内以醒目的方式迅速反映油水界面的变化,反应时间不超过3s,工作状态的正确性应能在船上校核。 .4检查油水界面探测器应经主管机关认可。 3缺陷现象 .1符合要求船未配备油水界面探测器。

.2油水界面探测器显示器不清晰或无法分辨。 .3安装的油水界面探测器未经主管机关认可。 .4没有设备的维修保养记录。 4缺陷的处理 对于出现.1和.3项的缺陷,按未配备设备处理,按照海环法要求应与处罚。《海环法》第六十四条船舶必须配置相应的防污设备和器材。《海环法》第八十八条违反本法规定,有下列行为之一的,由依照本法规定行使海洋环境监督管理权的部门予以警告,或者处以罚款: (一)港口、码头、装卸站及船舶末配备防污设施、器材的; (二)船舶未持有防污证书、防污文书,或者不按照规定记载排污记录的; (三)从事水上和港区水域拆船、旧船改装、打捞和其他水上、水下施工作业,造成海洋环境污染损害的; (四)船舶载运的货物不具备防污适运条件的。 有前款第(一)、(四)项行为之一的,处二万元以上十万元以下的罚款;有前款第(二)项行为的,处二万元以下的罚款;有前款第(三)项行为的,处五万元以上二十万元以下的罚款。

去除淬火油中水分方法的研究

粒度级别大约为(6~8)级。以此种组织再进行调质处理, 就会得到较为细小的回火索氏体组织。 图4 35CrNi3MoV 钢完全退火后的组织 ×1000 Fig.4 Structure of 35CrNi3MoV steel after full annealing ×1000 工业试验表明,采用完全退火、不完全退火、A 1 温度稍下的高温回火等工艺后,获得了平衡组织,破坏了组织遗传性。大锻件经过调质处理后,原始奥氏体晶粒显著细化,晶粒度大约为9级,如图5所示,消除了混晶和晶粒粗大的现象。性能检验表明,产品各项的性能指标合格。经过完全退火+调质处理后,35CrNi3MoV 钢各项力学性能指标如表2所示。 4 结论 (1)35CrNi3MoV 钢大锻件去氢退火后组织粗大,正火+调质后出现混晶,质量不合格。 (2)混晶是组织遗传造成的,为杜绝混晶和晶粒异常长大,必须将非平衡组织转变为平衡组织, 再 图5 调质后的原奥氏体晶粒度(9级) ×500 Fig.5 Grain size of primary austenite after quenching and tempering ×500 表2 经完全退火和调质处理后35C r Ni3MoV 钢的力学性能 T able 2 Mechanical properties of 35C r Ni3MoV steel after full annealing and quenching and tempering HRC σ011/MPa σb /MPa δ(%) ψ(%) (-40℃)A K V /J 41 1250 1375 12 46 30 进行最终热处理。 (3)将大锻件进行完全退火、不完全退火或A 1稍下保温的高温回火,完成再结晶,可以避免混晶现象。 参考文献: [1] 戚正风.金属热处理原理[M ].北京:机械工业出版社,1987:342 36.[2] 刘宗昌,杨 慧,李文学,胡永平,崔玉军.去氢退火工艺设计及 应用[J ].金属热处理,2003,28(3):51253.[3] 刘宗昌,张羊换,麻永林.冶金类热处理及计算机应用[M ].北 京:冶金工业出版社,1999:66275.[4] 刘宗昌,任慧平,宋义全.金属固态相变教程[M ].北京:冶金工 业出版社,2003:45260. 去除淬火油中水分方法的研究 关晓燕1,孔繁仲2,杨景芳1,张 维1 (11大庆高等专科学校物理系,黑龙江大庆 163712;21大连海事局,辽宁大连 116002) 摘要:研究了去除淬火油中所含微量水的方法,分别对采用底部加热和侧部加热以及对有、无搅拌情况下加热蒸发法去除油中微量水的效果进行了测试。结果表明,采用底部加热或在有搅拌状态下加热管内置的侧部加热方式使除水效果得到提高,但是较难达到含水量低于011%的安全生产要求。用真空加热的方法对油中微量水的去除进行了尝试,并取得了较理想的效果。关键词:淬火油;微量水;去除方法中图分类号:TG 15414 文献标识码:A 文章编号:025426051(2003)1220050204 Method of R emoving T race W ater in Q uenching Oil GUAN Xiao 2yan 1,KON G Fan 2zhong 2,YAN G Jing 2fang 1,ZHAN G Wei 1 (11Daqing Advanced College ,Daqing Heilongjiang 163712,China ; 21Dalian Maritime Bureau ,Dalian Liaoning 116002,China ) Abstract :The method to remove the trace water in quenching oil was researched.Different heating evaporation methods such as the bottom heating ,the lateral heating as well as heating with and without stirring were adopted to measure the water contamination.The results show that although the bottom heating and heating on the stir condition are more efficient in removing the trace water in oil the water content in quenching oil is still higher

电容式油水界面检测系统的设计

吉林化工学院毕业设计说明书 电容式油水界面检测系统的设计 The Design of Capacitive Oil-Water Interface Detection System 学生学号: 学生姓名: 专业班级: 指导教师: 职称: 起止日期:2012.2.27 - 2012.6.15 吉林化工学院 Jilin Institute of Chemical Technology

吉林化工学院毕业设计说明书 摘要 石油和化工企业一直受到无法快速、准确地确定油水分离器中油水界面位置的问题的困扰,传统的测量方法不能很好的解决这一问题。本文提出了一种基于分段式电容传感器的油水界面检测系统的设计方法。 在对传统油水界面检测相关方法和技术研究的基础上,本文提出了分段式电容油水界面的检测模型;设计了基于C8051F410片上系统的检测系统硬件电路;详细描述了传感器结构;编写了单片机系统应用程序及上位机程序;通过实验对系统的整体性能进行分析和评价。 实验结果表明,系统可以较好地完成对油水界面的检测,在1m的测量范围内检测精度可达1mm,可以满足油水界面的检测要求。本文提出的设计方法,迎合了现代石油工业的发展需求,具有一定的应用潜力,对类似应用具有一定的参考价值。 关键词:油水界面;电容层析成像;C8051F410单片机;微小电容检测 - I -

油水分界面检测系统的设计 Abstract Oil and chemical companies have been unable to quickly and accurately determine the oil-water interface position of the troubled oil-water separator, the traditional methods of measurement can not be a good solution to this problem. This paper presents a design method of oil-water interface detection system based on a segmented capacitance sensor. On the basis of the detection methods and techniques for the study of traditional oil-water interface, the oil-water interface segmented capacitive detection model; design a detection system based on the C8051F410 chip hardware circuit; a detailed description of the structure of the sensor; the preparation of single-chip system applications and host computer program; through experiments on the overall system performance analysis and evaluation. The experimental results show that the system can be better to complete the detection of oil-water interface, the detection accuracy in the measurement range of 1m up to 1mm, to meet the oil-water interface testing requirements. This paper presents the design method to meet the development needs of the modern oil industry, has some potential applications, and similar applications with a certain reference value. Key words: Oil-Water interface;Electrical capacitance tomography;C8051f410 MCU; Small capacitance detection - II -

原油水分测定仪

DRT-1101D型短波原油水分测定仪说明书

DRT-1101D短波原油水分测定仪 一、概述 短波原油水份测定仪是庆阳戴瑞特石油仪器有限公司采用当今先进的无线电短波发射技术来测量原油中的水份含量,解决了原油产量的统计误差、减轻了工作强度、提高了试验效率,避免了试验人员汽油中毒,节约了大量的汽油——节约能源,改变了传统的原油含水化验方法,是油田试验与管理的有效工具。适用于油田各大采油厂、试验小队、中心化验室及联合站。 短波原油含水自动测量传感器是快速测试油样品中含水率的最新技术。系统由传感器、计算机及含水自动测量校正软件组成。二、工作原理 短波原油水分测定仪采用无线电短波射频原理。该原理是通过传感器探头将稳频、恒幅的无线电磁波发射到介质中,根据含水率的不同,介质吸收的电磁波能量也不同,传感器将这个差异回馈给检测放大电路,该电路即送出一组反映油中含水率的模拟信号。输出的模拟信号经转换模块转换后进入计算机处理、显示。 为了保证测量结果的准确度,设备采用分段校准的方式,即每相隔10%左右用原油校准一个点,从而保证了测试结果的误差在1%范围之内。 根据现场设备的使用的实际情况,设备结合了PID技术,对油样的温度进行控制,保证原油的始终处于乳化状态,为了提高工作效率,

设备可一次测量12个油样,每个油样的测试时间为1分钟左右。 三、技术指标 测量精度:±1%(测量范围为:0~100%) 测量分辨率:0.01% 功率:350W 功耗:320W 测量范围:0~100% 工作环境温度:0~50℃ 工作电源:AC 220±10% 四、软件安装 (一)、测试软件的安装 1、系统使用环境 (1). 适用于Win2000、WINXP、VISTA 操作系统; (2). 必须安装office2003系列软件中的Access 2、安装过程 (1). 将安装包解压到一个文件夹 (2). 运行setup.exe程序

原油储罐油水界面检测

一、原油储罐概况 1、概念及分类 储罐是指储存原油或其他石油产品的容器。而用于储存原油的储罐即为原油储罐。 按材料分类:钢、钢筋混凝土和砖石三种。 按位置分类:地上储罐、地下储罐、半地下储罐、海上储罐、海底储罐等。 按用途分类:生产油罐、存储油罐等。 按形式分类:立式储罐、卧式储罐等。 按结构分类:固定顶储罐、浮顶储罐、球形储罐等。 按大小分类:100m3以上为大型储罐,多为立式储罐;100m3以下的为小型储罐,多为卧式储罐。 2、常用储罐的结构及功能 我国现有原油储罐容量以10万立方米居多。主要类型有拱顶储罐和浮顶储罐,浮顶储罐又分为外浮顶和浮顶。 (1)拱顶储罐 拱顶罐简图 1-拱顶2-包边角钢3-罐壁4-罐底 拱顶储罐属于大型仓储式常压或低压储存设备,主要用于储存压力不大于的0.1MPa的消防水、石油、汽油等常温条件下饱和蒸气压较低的物料。

(2)外浮顶储罐 单盘式浮顶罐 1-中央排水管;2-浮顶立柱;3-罐底板;4-量液管;5-浮船;6-密封装置;7-罐壁;8-转动浮梯;9-泡沫消防挡板;10-单盘板;11-包边角钢;12-加强圈;13-抗风圈 浮顶储罐的浮动顶(简称浮顶)漂浮在储液面上。浮顶与罐壁之间有一个环形空间,环形空间装有密封元件,浮顶与密封元件一起构成了储液面上的覆盖层,随着储液上下浮动,使得罐的储液与大气完全隔开,减少介质储存过程中的蒸发损耗,保证安全,并减少大气污染。 (3)浮顶储罐 浮顶储罐 1-接地线;2-带芯人孔;3-浮盘人孔;4-密封装置;5-罐壁;6-量油管;7-高液位报警器;8-静电导线;9-手工量油口;10-固定罐顶;11-罐顶通气孔;12-消防口;13-罐顶人孔;14-罐壁通气孔;15-浮盘;16-液面计;17-罐壁人孔;18-自动通气阀;19-浮盘立柱

油水界面传感器的研制

储罐油水界面传感器的研制 小组名称: 课题类型: 单位名称: 发布人: 2017年12月

目录 一、小组概况 (2) 二、选定课题 (3) 三、设定目标 (5) 四、提出方案并确定最佳方案 (6) 五、制定对策 (11) 六、对策实施 (12) 七、效果检查 (17) 八、标准化 (18) 九、总结及下步打算 (19)

二、选择课题 1、目前传统储罐液位采用检尺量油和磁翻板液位计,但这两种方法都不能检测出储罐的油水界面,只能检测出液位总高度,且不能远传,员工不能对液位实时监测,目前对于永清作业区采气站单井拉油点储罐油水液面的检测还处于空白状态。 2、现场员工也通过浮球法、矿泉水瓶法、铁桶等方法,检测油水界面,但这些方法都可操作性差,误差大等,且不能实时监测油水界面高度

三、设定目标: 1、设定目标: 小组的活动目标是: 1、研制出一种油水界面传感器,能检测出油水界面的高度,并能输出模拟信号,传到值班室内仪表上,使员工能在值班室内,监测油水界面高度。 2、成本控制在500元以内。 2、目标可行性分析 人员方面:小组现有成员 10人,由工程师、技师、操作工等人员组成,是一支综合能力较强的团队,有丰富的工作经验,较强的解决实际问题的能力。 技术方面:油水界面传感器主要是解决测量和信号传输的问题,测量主要用浮球、电容、等方式,一般远传都是4-20ma的电流信号,小组成员具有电子、机械的人员,具备相应的技术能力。 资金方面:采气站QC小组自筹资金,并得到了作业区的大力支持,主要用于技术革新、课题攻关等方面的活动,资金方面完全可以得到满足。综上所述:小组的活动目标可以实现

几种常用油水界面仪

收稿日期:2006208210;修改稿收到日期:2006210220 作者简介:陈勇智(1972-),男,四川广安人,西南石油大学在读硕士,曾在一线采油厂从事仪表工作近10年,具有较丰富的工作经验。 几种常用油水界面仪 陈勇智1,杜晓冬2,曾庆刚3 (11西南石油大学,四川成都 610500;21华北石油公司采油二厂, 河北霸州 065703;31南充炼油厂,四川南充 637001) 摘要:在油田生产日益现代化的今天,自动化的原油处理过程已经成为成品油质量的保证,油水界面仪的性能好坏从根本上影响着原油处理的几个关键问题:原油的含水率、能耗、污水排放指标等。主要就华北油田常用的几种油水界面仪的工作原理、使用情况、常见故障做了比较,并从工作实际对未来界面仪的发展阐述了一定的观点。 关键词:油水界面仪;监测;性能;使用;故障 中图分类号:T H816 文献标识码:B 文章编号:100727324(2007)0120065202 1 油水界面仪的使用情况 在油田生产中,油水分离是原油加工中极为重 要的环节。而从原油进入联合站以后,要经过诸如沉降、电脱等处理过程,油水界面控制是分离效果的关键。现在各油田普遍使用专门的油水界面仪来监控处理过程,达到自动化控制的目的。由于目前油水界面仪的种类较多,性能差异比较大,现结合华北油田的实际情况,具体分析界面仪的使用。 首先大致介绍一下油田生产的基本工艺流程。当原油开采出来后,先送到采油计量站进行计量,再进入联合站。在联合站,经过计量、加热,然后将原油送至一级沉降罐(在一级沉降罐内原油常年保持在60℃左右),经过沉降分离后送至中间罐,经过脱水泵脱水,再经过二次加热进入二级沉降罐(在二级沉降罐内原油常年保持在80℃左右),分离后的原油进入电脱水器进行最后的处理,达到含水率标准( 0.5%)后,最后送到成品油储罐。在整个过程中,都需要进行油水界面的测量。而油水界面的准确监测对油品的含水率、污水回收及处理成本都是极为关键的。2 界面仪的工作原理 根据界面仪的测量原理的不同,大致可以将界面仪分为:磁性、射频导纳式、短波吸收式、电容式、伺服式等几种。 其中磁性界面仪又分为:干簧管式磁控界面仪、磁致伸缩式界面仪等形式。211 干簧管式磁控界面仪 该类型的界面仪在油田使用得较早,现在出现的问题较多。其测量原理极为简单,将一根由干簧管和电阻组成的电路板(长度由被测介质高度决定),放入一根不锈钢管中,随着套于钢管外的磁浮 子随液面的移动,磁力就将相应的干簧管吸合,使得电路板输出端的电阻值也产生相应的变化,根据被测原油的密度不同,适当匹配相对密度不同的磁浮子,就可以测出液位和界面。212 磁致伸缩式界面仪 一根硬管或柔性管从罐顶通到底部,带磁钢的浮子沿波导管随液面上下移动。测量时,电流脉冲在磁浮子所在位置导管内的波导管上激发出一个应力脉冲,沿波导管以声速传播到顶部电子盒中的测量部,被转换成电脉冲。根据应力脉冲的传播时间可以测定出液面位置。如果有第2个浮子,适当选择相对密度,使其浮在油2水界面上,则同时能测出油2水界面位置。其结构如图1所示。213 短波油水界面监测仪 该仪表是基于介质对短波吸收的理论,将电能以电磁波的形式辐射到以乳化液状态存在的油水介质中,依据油水吸收电能的差异来检测两种介质的含量。油的介电常数约为2.3,而水的介电常数约为80,两者之间相差极大。通过对油水含量的测量,来检测油水界面。214 电容式油水界面仪 电容式界面仪利用油水两种介质的导电性能的不同,使电容与水的高度成线性关系,达到监测油水界面的目的。现在多以射频导纳式来替代传统的电容式界面仪。 仪器仪表与应用 石 油 化 工 自 动 化,2007,1∶65 AU TOMA TION IN PETRO 2CH EMICAL INDUSTR Y

油水界面倾斜

地面容器中的油水界面都是水平的,且有一个清晰的油水分界面;而地下容器(油藏)中的油水界面都是倾斜(或凸凹不平)的,也不存在一个清晰的油水分界面,而是存在一个油水过渡带。油藏的油水界面为何如此?这是由储层岩石自身的性质所决定的。岩石属于多孔介质,孔隙半径小,毛管压力大,因而在毛管压力的作用下,油水界面会抬高一定幅度。 地层岩石大都是在水流环境下沉积的碎屑物质,水流对所携带的碎屑物质有分选作用。当流速变缓时,水流携带的物质开始沉降,先沉降的物质为粗粒碎屑物,后沉降的物质为细粒碎屑物。当碎屑沉积物成岩之后,沿着古水流方向,就呈现出物性上的明显差异。水源(物源)方向上的岩石颗粒较粗、渗透率较高,但毛管压力却较低,因而油水界面的抬高幅度较小;水流方向上的岩石则恰恰相反,颗粒较细、渗透率较低,但毛管压力却较高,因而油水界面的抬高幅度却较大。油水界面宏观上表现出沿古水流方向向上倾斜的现象。 但是,有很多人把油水界面的倾斜归因于现今地下水流的作用,这是一种纯理论上的臆想。若是现今地下水流的作用,水流的方向必定与古水流方向相反。地质构造一般具有一定的继承性,因此,现今地下水流作用的地质背景很难出现。 地下要产生现今水流,这不仅要求地层有一个地面露头作为入口,还要有一个地面露头作为出口。露头处的供水必须十分充足,露头处要么存在“天池”一般的水源,要么存在稳定的年降雨量,且全部流入地层。同时,地层另一侧的露头,还必须以泉水的形式流出同样多的水量。如果流动一旦停止,油水界面则恢复为水平状态。显然,这样的露头条件并不是处处都有的。 大多数的地层都存在露头作为入口,但通常都缺少泉水形式的出口。因此,没有出口的地层,其中的流体肯定是不流动的。 一般情况下,地下水流都发生在埋藏深度较浅的地层之中,但较浅的地层又常常因为缺少好的盖层而无法聚集油气。较深的地层常常因为各种构造运动和成岩作用把地层切割成半封闭或全封闭的状态。全封闭地层的地下水不可能流动;半封闭地层因缺少出口,地下水也流动不起来。假如地下存在水流而又有油气聚集的话,长期的水洗和氧化作用也早已把聚集起来的油气破坏殆尽,不可能形成今天的油气藏。因此,所谓的水动力圈闭实际上是不存在的。 事实上,每一个油藏的油水界面都有一定程度的倾斜,而且上倾方向基本上都与古水流方向一致,但大都能找到储集层岩石物性差异上的原因,却很少能够找到现今地下水流的证据。油水界面不是水平的,而是存在一定程度的倾斜,有时甚至随储集层物性参数的不规则变化而呈凸凹不平状态,这是多孔介质不同于普通容器的地方,也是多孔介质特有的性质。若把油水界面的倾斜归因于现今水流的作用,则将得出天然能量十分充足的结论,有可能因此而制定出错误的开发策略。 详细内容,请参阅论文“油水界面倾斜原因分析”,新疆石油地质,2006,27(4):498-499;“油水界面倾斜原因分析(续)”,新疆石油地质,2009,30(5):653-654(可在“第一作者论文名单”中下载)和《油藏工程原理》一书。

第二章 流体静力学

一、 学习导引 1、流体静止的一般方程 (1) 流体静止微分方程 x p f x ??= ρ1,y p f y ??=ρ1,z p f z ??=ρ1 (2) 压强微分 )(dz f dy f dx f dp z y x ++=ρ (3) 等压面微分方程 0=++dz f dy f dx f z y x 2、液体的压强分布 重力场中,液体的位置水头与压强水头之和等于常数,即 C p z =+ γ 如果液面的压强为0p ,则液面下深度为h 处的压强为 h p p γ+=0 3、 固体壁面受到的静止液体的总压力 物体受到的大气压的合力为0。计算静止液体对物面的总压力时,只需考虑大气压强的作用。 (1) 平面壁 总压力:A h P c γ= 压力中心A y J y y c c c D + = 式中,坐标y 从液面起算;下标D 表示合力作用点;C 表示形心。 (2) 曲面壁 总压力:222z y x F F F F ++= 分力 :x xc x A h F γ=,y yc y A h F γ=,V F z γ= 4、难点分析 (1)连通器内不同液体的压强传递 流体静力学基本方程式的两种表达形式为C p z =+ γ 和h p p γ+=0。需要注意的是这 两个公式只适用于同一液体,如果连通器里面由若干种液体,则要注意不同液体之间的压强传递关系。 (2)平面壁的压力中心 压力中心的坐标可按式A y J y y c c c D + =计算,面积惯性矩c J 可查表,计算一般较为复杂。求压力中心的目的是求合力矩,如果用积分法,计算往往还简便些。 (3)复杂曲面的压力体 压力体是这样一部分空间体积:即以受压曲面为底,过受压曲面的周界,向相对压强为零的面或其延伸面引铅垂投影线,并以这种投影线在相对压强为零的面或其延伸面上的投影面为顶所围成的空间体积。压力体内不一定有液体。正确绘制压力体,可以很方便地算出铅垂方向的总压力。 (4)旋转容器内液体的相对静止

第一章习题

第一章习题 静压强及其应用 1. 用图示的U形压差计测量管道A点的压强,U形压差计与管道的连接导管中充满水。指示剂为汞,读数R=120mm,当地大气压p a=760mmHg,试求: (1) A点的绝对压强,Pa; (2) A点的表压,mH2O。 习题1附图习题2附图 2. 为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量,采用图示的装置。测量时通入压缩空气,控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U形压差计读数为R=130mm,通气管距贮槽底面h=20cm,贮槽直径为2m,液体密度为980kg/m3。试求贮槽内液体的储存量为多少吨? 3. 一敞口贮槽内盛20℃的苯,苯的密度为880kg/m3。液面距槽底9m,槽底侧面有一直径为500mm的人孔,其中心距槽底600mm,人孔覆以孔盖,试求: (1) 人孔盖共受多少液柱静压力,以kg(f)表示; (2) 槽底面所受的压强是多少Pa? 4. 附图为一油水分离器。油与水的混合物连续进入该器,利用密度不同使油和水分层。油由上部溢出,水由底部经一倒U形管连续排出。该管顶部用一管道与分离器上方相通,使两处压强相等。已知观察镜的中心离溢油口的垂直距离H s=500mm,油的密度为780kg/m3,水的密度为1000kg/m3。今欲使油水分界面维持在观察镜中心处,问倒U形出口管顶部距分界面的垂直距离H应为多少? 因液体在器内及管内的流动缓慢,本题可作静力学处理。 习题4附图习题5附图 5. 用一复式U形压差计测定水管A、B两点的压差。指示液为汞,其间充满水。今测得h1 =1.20m,h2 =0.3m,h3 =1.30m,h4 =0.25m,

试以N/m 2 为单位表示A 、B 两点的压差Δp 。 6. 附图为一气柜,其内径9m ,钟罩及其附件共重10吨,忽略其浸在水中部分所受之浮力,进入气柜的气速很低,动能及阻力可忽略。求钟罩上浮时,气柜内气体的压强和钟罩内外水位差Δh (即“水封高”)为多少? 习题6附图 习题7附图 7. 附图所示的汽液直接接触混合式冷凝器,蒸汽被水冷凝后,凝液与水沿大气腿流至地沟排出,现已知器内真空度为82kPa ,当地大气压为100kPa ,问其绝对压为多少Pa ?并估计大气腿内的水柱高度H 为多少米? 8. 如图所示,在A 、B 两容器的上、下各接一压差计,两压差计的指示液相同,其密度均为ρi 。容器及测压导管中均充满水,试求: (1) 读数R 与H 之间的关系; (2) A 点和B 点静压强之间的关系。 习题8附图 习题9附图 *9. 测量气体的微小压强差,可用附图所示的双液杯式微差压计。两杯中放有密度为ρ1的液体,U 形管下部指示液密度为ρ2,管与杯的直径之比d/D 。试证气罐中的压强p B 可用下式计算: p p hg hg d D B a =---()ρρρ2112 2

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