油水界面测量软件设计毕业设计论文(编辑修改稿)

油水界面测量软件设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

自动化技术中占有着重要的位置。 油水界面检测技术，在原油的开采、加工、储运等过程中都起着重要作用。 为了满足油田现场生产的实际需要，迫切需要结合国内原油的特点和生产实际，将高新技术引入到原油储罐内油水界面检测的研究开发中，研制出新型、准确度高、稳定性好的高品质油水界面检测仪器，从而解决目前各 种油水界面检测过程中存在的问题，从根本上提高我国油水界面的检测技术水平。 国内外油水界面检测技术研究 现状 国外研究状况 在 19 世纪末 20 世纪初，国外就己经出现了关于油水分离的理论。 60 年代末至 80 年代初，国外主要研制和使用的是各种钢带浮子液位计，大多都是对每个油罐进行独立安装，现场显示，这类仪表的主要缺点是机械摩擦影响了计量精度，浮子在滑动杆上容易被敷住。 随着对计量精度要求的不断提高，出现了伺服式液位计，由于其使用了伺服马达，消除了因机械摩擦而引起的误差，提高了灵敏度，其液位的计量精度也 得到极大地提高。 这一时期的典型产品是美国 VAREC 公司生产的2500 型钢带浮子液位计和 6500 型伺服式液位计，荷兰 NRAF 公司的 SH 型伺服动油水界面测量软件设计 3 力液位计等。 德国的 ENRAF 一 ONIUS 公司于 80 年代末期推出了串式电容物位测量系统，该系统采用多级串式电容液位传感器。 90 年代中期，曼彻斯特理工大学的电子工程系成功地研制出了分段电容阵列法，这种方法的电容传感器不但对传感器的制作工艺要求很高，而且对安装维护的要求也很高。 近几年，美国研制出了磁致伸缩液位计，这种传感器同时可以测温，具有很高的测量精度，但是它的致命缺点是不 适合测量粘稠的原油。 国内研究状况 在国内，由于起步比较晚，油水分离技术依然处于初始的研究阶段，目前依然普遍采用传统的重力油水分离方法。 重力分离法原理简单、成本低，目前不但在国内，在世界上也是最主要的油水分离方法。 重力法的关键技术和难点在于原油与水的界面检测技术，即油水界面检测技术。 虽然油水界面检测技术发展了很多年。 但是，由于原油与水混合物成分的复杂性，到目前为止还没有可以十分有效地应用于国内各油田的产品推出。 近些年随着大庆油田等国内大型油田都己经临近了枯油期，原油中的水分含量也越来越高，油田迫 切需要能有效地解决油水分离的一种技术，因此不断地加大对该技术的资金投入，同时业内人士们的不断关注和油水界面检测技术的不断发展，推动了油水界面检测技术的迅速发展。 目前，已有不少可以小规模应用于特定油田的技术出现，并且也相继出现了一批专门制造这一类检测仪器的公司，如北京创新思成科技有限公司、山东力创、兰州科庆仪表公司等。 而且检测手段和方法也得到了长足的发展，目前，不但有传统的电容式和浮球式等，射频技术和光纤技术等新技术也开尝试应用于油水界面的检测，已经取得一定成果。 界面测量仪器分类 目前油田含油废水处理 的重要性日益受到关注与重视，污水中的油的再次分离回收以及提高污水的排放指标已成为重要的能源问题和环境问题。 在原油脱水与生产过程中，原油储罐动态油水界面的准确测量关系到净油外输含水率的控制和联合站盘库系统的精确度。 由于原油储罐油和水可以组成不同形态的油水乳化液，在界面处形成一个乳化带，乳化带的宽度和状态是随机变化的，而普通的界面仪无法准确测量油水界面和乳化带的宽度。 另外，乳化带是一个随机的、复杂的过渡带，含水率、沥青的浓度、矿物质的含量、界面的弹性 、压力等参数都会影响该过渡带的稳定性。 由于上述原因，在原油生 产过程中，原油储罐油水界面的准确检测一直油水界面测量软件设计 4 没有很好的方法。 目前很多原油储罐仍然使用手工检测界面，通过测量电导率的变化确定油水界面的位置，但此方法只能大致估计油水界面的位置和乳化带宽度。 这个问题一直没有得到很好的解决。 下面介绍各种界面分离仪器： （ 1） 浮子式界面检测仪 图 11 浮子式界面检测仪 图 11 所示 浮子式界面检测仪就是将特定密度的浮子置于油水界面之上，并将浮子与容器外的弹簧、马达等通过推挽钢带联成一体。 当浮子随着界面升降时，弹簧马达随之正反转，这样就将界面高度转换成了马达的转角信号 ，继而转变成电信号进行处理、显示。 在大型容器中，一般还需要加装钢丝作为浮子的导向轨道。 浮子法简单易行，有一定的精度。 但对粘度大的原油，浮子容易被粘结，尤其当液面剧烈波动时，钢带随之剧烈晃动，短期内可导致钢带的疲劳断裂。 一旦钢带断裂，对大型油罐而言，其维修是极其困难的，因为不仅需要排空罐内液体，进罐维修人员还面临有毒、缺氧、黑暗、易燃易爆等恶劣处境。 一般来说，断带就意味着浮子式界面检测仪的废弃，可 见其维护性是很差的。 （ 2） 差压式界面检测仪 差压式界面检测仪是根据压力差原理工作的，不同界面高度会导致液体密度不同，仪表的两个差压变送器检测到的压差就不同。 在两个差压变送器位置保持不变的情况下，检测到的压差与介质的密度成正比，不同比例的油水混合物具有不同的密度值，所以通过检测仪检测到的压差就可以推导出油水界面的位置。 差压式界面检测仪完全在罐外安装，易于维护。 但是，罐底引压管线 (或介质接触面 )常被沉淀物、粘稠介质堵塞，影响压力传递，尤其在寒冷季节堵塞更加严重，必须定期排污，油水界面测量软件设计 5 维护量大。 另外，该方法属于间接测量方法，测量精度受液体密度的影响，而分离罐中原油密度受水份、含水率、温度及压力的影响会发生变化，导致界面检测出现误差。 所以说差压式界面检测仪用在原油分离罐中是一种维护量大、精度不高的方法。 利用内含填充液 (如硅油 )的引压管线，能防止引压管线堵塞，但发兰取压面压力膜片仍会受到高粘度、易结晶液体的粘结和冲击等因素的不利影响而使其寿命和测量精度降低。 美国 Fisher— Rosemount(费希尔一罗丝蒙特 )公司采用一种双差压法测量，简称 HTG 系统，即利用上、中、下三点的静压求出两个差压，通过比较消除了密度的影响，但该方法对非匀相液体的测量是无效的。 （ 3） 电容式界面检测仪 图 12 容界面检测仪 对圆柱壳金属容器 ，在其中心竖直插入一根电极，则电极与容器壁之间就可视为一个柱型电容器。 油水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， 此电容进行必要的转换，就可以得到油水界面的位置。 这种方法灵敏度高，动态响应特性好，其中电容测试转换电路的抗干扰性能是关键的。 它的缺点是容器内工作温度、湿度、压力以及电极腐蚀等会影响测量精度，测量输出经常漂移，须定期 重新标定，而且价格也 比其他几种。 （ 4） 雷达／超声波式界面检测仪 该方法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 传播速度的不同来测量界面位置。 其优点是有效地克服了挂油问题，但由于发送和接收距离限制使其精度下降，并且不能实现储油罐油量的准确计量。 油水界面测量软件设计 6 近年以微波为基础的传感器已被用于乳化液层的检测。 但此系统很昂贵，此外微波的高能量使得该技术不适合检测可燃液体。 因此国外提出了一种新的以超声波为基础，用于多层液面测量（ MLLM）的硬件装置。 超声波检测系统包括一对位于充满硅油的 U 形管上层的超声换能器，超声波通过液体传送到可移动的不锈钢镜子，这个镜子作为超声波的反射器。 该器件测试通过纵向介质面的超声波的传播速度，测试的位置不同，介 质组成也不同。 相比其他技术，该方案是安全的，且不需要移动任何构件。 不过，该设备没有扩展到工业储油罐，因为超声波通过三种不同的介质（如从硅油到金属 U 型管的目标液体）时将会严重的衰减。 此外，频率较高的超声波信号用于乳化液层的检测。 在高储油罐中，超声波传感器的角度（通常多于 3 度）所引起的误差可以忽略不计。 多层界面检测设备包括两个分别位于纵向位置的超声波传感器（分别是发射器和接收器），分别检测储油罐内油和水之间乳化液的高 、 低液面。 两种传感器在同一水平面内上下运动，提供该液面的信息。 但是该系统不适合在相对较高的储油 罐内运动（即高于 3 米的油桶）。 原因之一是接收超声波的传感器产生相对较弱的回波信号，如果他们的分离距离超过几米超 声波很难到达发射器。 此外，该系统使用频率相对较低的超声波（即低于 80KHZ），从而影响测量精度并阻碍设备检测。 另一个缺点是传感器和内壁之间的连接松散，较薄的油插入他们之间，使得传感器的不能移动。 因此储油罐中经常需要频繁的维护。 在此提出了一种可以克服上述弊端的工业样机超声设备。 该系统不包括任何移动部件，在油桶中以多种方式，在不同高度传递超声波，可以检测工业油桶乳化液中的液面。 整个系统是模块化的由一维数组的超声换能器组成，他们通过不锈钢屏蔽线以链的方式连接到一起，嵌入式发射机是基于计算机（ RISC）处理器执行控制，数据采集，实时模式识别任务。 在夏季，这种设计的可以持续在 70 度高温储油罐内工作。 石油领域中，这种设备用于过程控制，如界面检测设备或储油罐中插入具有特殊管道的乳化液检测设备。 这条管道纵向安置在储油罐上，并覆盖整个油桶的高度，包含了几个洞，让液体进入其内部。 由于液体流动使测量设备移动，因此，这些管道内液体将提供相应的液位，和在储油罐纵向位置的液体密度。 如图 13 为乳化液层检测系统地硬件设备，这一设备被插入立罐，在纵向位置上由两个平行的不锈钢组成的，并且相互之间分隔 5 厘米。 这里包括了 28 个高频超声换能器，每个传感油水界面测量软件设计 7 器包括感应器和他的相应的电子产品。 图 13 乳化液层检测系统硬件 在这个项目中，设计超声波工业设备，实施，并实时精确的检测 6 米储油罐的乳化液层。 该设备易于维护和安装，是模块化的。 该设备的所有物理部件都是不锈钢的，可以提供更好的抗腐蚀性。 该装置由 28 个传感器组成，它们分别单独以多种方式被激活，以避免串扰问题。 随着将来的工作，该设备将得到改善，以提供乳化液的液体组成，检测油桶中存在的沙沉积物，在不同情况下改善或验证设备的可靠性。 （ 5） 射频导纳界面仪 射频导纳界面仪以射频阻抗理论为基础，通过被测介质呈现的阻抗特性反映油水界面位置，由于其具有测量范围大、可以克服矿化度和挂油影响等优点而应用广泛。 它是在传统电容式液位计的基础上进行了改进 ,增加了探头根部抗黏附、抗冷凝的功能，但是该方法仅通过电导率一个参数很难完全反映油水乳化液的状态，这就使射频导纳界面仪无法跟随乳化带的变化，在现场应用中其 误差通常为几十厘米，最大误差可达 1 米左右，这很难满足生产要求。 图 14 为亿科仪器仪表有限公司生产的射频导纳连续液位计。 射频导纳物位控制技术是一种从电容式物位控制技术发展起来的，防挂料性能更好，工作更可靠，测量更准确，适用性更广的物位控制技术， ―射频导纳 ‖中 ―导纳 ‖由阻抗成份，容性成份，感性成份综合而成，而 “ 射频 ” 即高频，所以射频导纳技术可以理解为用高频电流测量导纳的方法。 高频 正弦 振荡器输出一个稳定的测量信号源，利用电桥原理，以精确测量安装在待测量容器中的传感器上的导纳，在油水界面测量软件设计 8 直接作用模式下，仪表的输出随物位的 升高而增加。 图 14 频导纳界面仪 对一个强导电性物料的容器，由于物料是导电的，接地点可以被认为在传感器绝缘层的表面，对仪表传感器来说仅表现为一个电容和电阻组成的复阻抗，从而引起两个问题。 第一个问题是物料本身对传感器相当于一个电容，它不消耗变送器的能量，（纯电容不耗能），但挂料对传感器等效电路中含有电阻，则挂料的阻抗会消耗能量，从而将振荡器电压拉下来，导致桥路输出改变，产生测量误差。 我们在振荡器与电桥之间增加了一个驱动器，使消耗的 能量得到补充因而会稳定加在传感器的振荡电压。 第二个问题是对于导电物料，传感器绝缘层表面的接地点覆盖了整个物料及挂料区，使有效测量电容扩展到挂料的顶端，这样便产生挂料误差，且导电性越强误差越大。 但任何物料都不是完全导电的。 从电学角度来看，挂料层相当于一个电阻，传感器被挂料覆盖的部分相当于一条由无数个无穷小的电容和电阻元件组成的传输线。 根据数学理论，如果挂料足够长，则挂料的电容和电阻部分的阻抗和容抗数值相等，因此用交流鉴相采样器可以分别测量电容和电阻。 这些多参量的测量，是测量的基础，交流鉴相采样器是实现的手 段。 由于使用了上述技术，使得射频导纳技术在现场应用中展现出非凡的生命力。 射频防护（内置滤波器）：对于来自 米（ 59″）以外的其它外露传感器，电缆油水界面测量软件设计 9 或输电线路功率为 5W 的射频干扰，该变送器电路具有防护功能，即使在导电物料中精度不受影响 （ 6） 磁致伸缩式界面检测仪 磁致伸缩式界面检测仪的工作原理是磁致伸缩效应，其核心的传感部件是美国MTS 公司发明的磁致伸缩线。 当开始测量时，检测仪头部产生一低电流 “ 询问 脉冲，此电流同时产生沿波导管内的感应线向下运行的电流磁场。 在检测仪管外配有浮子，此浮子沿测量杆随着油水界面 的波动而上下移动。 由于浮子内装有一组永久磁铁，所以浮子会同时产生一个磁场。 当电流磁场与此浮子磁场相遇时，产。