液位测量系统设计(完整版)实用资料.doc
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1、液位测量系统设计(完整版)实用资料(可以直接使用,可编辑 完整版实用资料,欢迎下载)液位测量系统设计在工业自动化生产过程中,为了实现安全快速有效优质的生产,经常需要对液位进行精确测量,继而进行自动调节、智能控制使生产结果更趋完善。通常进行液位测量的方法有二十多种,分为直接法和间接法。直接液位测量法是以直观的方法检测液位的变化情况,如玻璃管或玻璃板法。然而随着工业自动化规模的不断扩大,因其方法原始、就地指示、精度低等逐渐被间接测量方法取代。目前国内外工业生产中普遍采用间接的液位测量方法,如浮子式、液压式、电容法、超声波法、磁致伸缩式、光纤等。其中电容式液位测量价格低廉、结构简单,是间接测量方法中
2、最常用的方法之一一 ,结构简介在柱形电容器的极板之间,充以不同高度的介质时,电容量的大小也会有所不同。因此,可通过测量电容量的变化来检测液位。上图是一种由两个同轴圆筒极板组成的电容器,在两圆筒之间充以介电常数为的介质时,则两圆筒间的电容量表达式为 式中L为两极板相互遮盖部分的长度;d与D分别为圆筒形内电极的外径和外电极的内径;为两电极间介质的介电常数。所以,当D和d一定时,电容量C的大小与极板的长度L和介质的介电常数的积成比例。这样,将电容传感器(探头)插入被检测物料中,电极浸入物料中的深度随物位高低变化,必然引起电容量的变化,从而可检测出物位。二, 传感器的组成它主要是由细长的不锈钢管(半径
3、为 ) 、同轴绝缘导线(半径为 ) 以及其被测液体共同构成的金属圆柱形电容器构成。该传感器主要利用其两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化, 从而引起对应电容量变化的关系进行液位测量。忽略边缘效应(LD),则液位为0时, ,()当液位变化时,因此,用此传感器就可以把液位的变化转变为电容的变化。三, 电路及测量原理电容、被加上一个可控高频振荡电源,振荡角频率保持恒定,高频振荡供电电压变化以保证,而做为电路的输出。因此:因为故将换居一固定电容,其电容值等于(即),将换成测量筒电容。这样,当液位为0时,输出为0;当液位增加时,增加,电路输出增加。当液位为H时,调整满量程旋钮,使电路输出达满量程电
4、流。这样,就把液位的变化转变为电路输出电流的变化。四, 测量精度分析根据单元组合仪表原理可知,电路理论输出应为:式中:为液位为H时电容变化最大值即。而实际输出应为:则误差将、代入上式得:故精度等级为五, 误差分析误差来源主要包括:(1)温度对结构尺寸参数的影响(2)温度对介电常数的影响(3)结构设计中边缘效应的影响(4)结构设计中采用绝缘材料的影响(5)寄生电容的干扰的影响六, 影响液位测量的主要因素及解决方法(1)电容极板结构对测量的影响增加初始值,可以使寄生电容和相对电容传感器的电容量较小。电容极板板间距离大,寄生电容大、精度低;板间距离小,寄生电容小、精度高。所以应根据实际情况,选择合适
5、的电容极板尺寸。另外电容传感器的材料和电信号引线的选用,也会对液位测量的精度产生影响。(2)温度对测量的影响在不同温度下,传感器所用材料都将发生不同程度的尺寸变化,这些都将影响传感器的精度。同时,各种介质的介电常数也是随温度的变化而变化的。所以应当选用适当的温度补偿电路,减小温度带来的影响。电容极板设计时需注意消除和减小边缘效应和寄生电容的影响,同时要保证平板电容良好的绝缘性能和抗外界干扰性。油罐液位检测系统改进设计王伟丽(胜利油田现河采油厂)摘要在石油化工行业中,液位测量对于储运自动化和罐区管理有十分重要的意义。浮球液位检测系统通过在现河采油厂的试验及应用中发现这种测量方式安全可靠,操作简单
6、,能够直观反映大罐液位,具有双重高度计量,误差实时可校正,具有很好的实用性,是值得推广的一种大罐液位计量方式。关键词液位检测自动化石油化工在石油化工行业中,液位测量对于储运自动化和罐区管理具有十分重要的意义。油罐液位检测是油田集输过程、炼油厂、油库、加油站等部门的一项重要工作,是油罐自动化计量管理的基本内容之一。但是当前油田测量自动化技术发展还比较缓慢,测量方法还停留在比较原始的阶段。研究一种性能稳定,安装方便的新型液位检测系统是十分必要的。依据液位测量仪表的安全性、可靠性、安装和维护的方便性及性能价格比等指标,结合生产现场中存在的问题,对传统的浮球式液位检测系统进行改进,使其能够对油罐的油位
7、和油水界面进行检测,并把现场信号反馈到控制室计算机,实现对现场储运系统的自动化管理和调度。常用液位检测系统度来判断的。因此,在检测液位中,不仅需要检测出油面高度,还要检测出油水界面的高度。但是,根据现场要求,纵观目前测量液位的各种方法,都存在着缺点。因为在油罐液位检测过程中,根据油田的安全标准,是不允许有任何电信号进入罐内的,即使测量中的电信号很小,数量级为微安级。但这也是与安全要求相违背的。例如在测量油水界面时,利用步进电机带动电极进入原油中,也就给工厂带来了安全隐患。另外原油罐中,由于原油表层泡沫的存在,如果使用雷达测量,就会对液位测量的产生很大影响。因此有必要对检测系统作出适当改进。正是
8、基于这种考虑,在研究中选择了以浮球检测系统为对象,进行改进。改进式浮球检测系统是根据力学原理来同步完成对油面和界面检测的。在现河污水站的实验研究中,检测原油液位浮球装置与检测油水界面装置共同组成一套完整系统,检测部分相互独立工作,但信号变送传输则统一完成。该系统的机械部分为:浮球、钢带、滑轮、标尺等;仪表部分为:旋转编码器、光电开关、计数器(系列智能计数器)、模块、接口、触摸屏显示器、工业控制机,检测系统的软件部分为编程。,现河污水站原油密度为,钢带一端连接浮球,另一端固定在滑轮的链条上,且配有重物。该配重为设滑轮摩擦力为可以推理出,浮球在原油液面保持平衡,并随液面变化浮动,浮球浸没入原油中部
9、分为。如图所示。在检测油罐油水界面装置中,浮球质量为,直径为,滑轮摩擦力为,配重为。配重要比检测原油液面时重,因为在原油的油水界面处,原油与水的密度之间相差较小,浮球的浮动变化不灵敏,需要体积较大的浮球,才能更灵敏地反映出油水界面的变化。浮球质量的增加,就需要质量更大的配重,才能够牵动浮球,以随油水界面液位变化而变化。在这种情况下,浮球在原油的油水界面保持平衡。浮球在水中的的部分为。()旋转编码器原理分析。编码器主要分为脉冲盘式和码盘式两大类,这两种形式的数字传感器,由于具有高精度、高分辨率和高可靠性,已广泛应用于各种位移量的测量。目前,使用最多的是光电编码器,本次实验研究中的旋转编码器就是光
10、电编码器。光电编码器由于使用了体积小、易于集成的光电元件代替了机械的接触电刷,测量精度和分辨率达到了很高水平,所以在自动控制和自动测量中都得到了广泛的应用。光电编码器最大特点是使用寿命长和可靠性高,是一种绝对编码器。()系列智能计数器使用分析。在液位检测系统中,智能计数器是一个比较关键的仪表。旋转编码器输送出的电脉冲信号连接到计数器上,计数器计量出电脉冲信号个数,并通过接口把信号传送到主机处理。()工作原理分析及使用。时远端开关量输入输出模块,适用于各类工业现场,可采用路开关量输入信号和控制路开关量输出状态,通过接口,与上位机进行实(转页)()光电式液位检测系统。当前,国内外油罐液位测量仪表根
11、据测量方法的不同可分为接触式和非接触式两种类型。接触式是指测量用传感器直接与罐内存储介质相接触,从而获得测量参数的方法,以浮子式和电容式为传感器得储罐测量系统就属于这一类。浮子式液位检测系统是根据力平衡原理进行液位检测的。机械装置主要由浮球、钢带、齿轮、链条等组成,仪表装置主要由转码转换器、计数器、主机、显示器等组成。如果需要测量油罐中的油水界面,就必须再加上步进电动机、探极等设备。()电容式液位检测系统。电容式液位检测系统的原理是根据电容原理,采用分段电容式物位传感器。它与传统电容物位原理不同,物位值不再是探极电容值的简单函数,而是由单片机对各段电容值进行该段空料满料分析,对界面料段进行定时
12、校正,然后将满料段总长于界面长度相加,作为物位检测结果输出。因此,原来由于介电常数变化等产生的误差均被消除,保证了原理上的高精度和长期工作稳定性,这种办法不仅能够精确地测量油罐的液位,而且具有独特的油水界面检测功能。该系统主要由探极和变送器组成。()雷达式液位检测系统。微波雷达式液位计、激光雷达式液位计、光导液位计及超声波液位计属非接触式液位检测系统,其特点是测量手段并非采用浮球之类的固态物,而是采用声、光、射线等能量。液位计不和被测介质接触,不受被测介质影响,也不影响被测介质而适合广泛,可用于接触式测量仪表不能满足的场合,如高粘度、强腐蚀性、污染性强、易结晶的介质。光导液位检测系统不常用,这
13、主要因为在尘雾环境下使用不稳定,容易造成传感镜片的污染。雷达液位计精度较高、可靠性与稳定性较好,但结构复杂、价格昂贵。超声波液位计具有广泛的应用性,可以更具不同的测量场合的需要,采用气体介质、固体介质、液体介质导声。既可以测量航道、水库等的液位高度,也可以测量液化气罐、化工塔等密闭容器内的液位高度。由于超声波液位计没有可动部件,不存在机械磨损和机械故障,其可靠性和使用寿命比浮子式液位计和伺服液位计有很大提高。超声波液位计测量装置结构简单,不需要其他附加设施,安装、使用、和维护都比较方便。但其主要缺点是:音速随温度、储存物料的化学成分和罐内蒸汽的运动而变化,对测量精度影响很大。浮球改进式检测系统
14、()浮球改进式检测系统原理组成。在油田现场实际生产中,油罐中的原油成分非常复杂,尤其是在一次沉降罐中,一次储油罐的主要功能是作为缓冲设备。在联合站中,原油被输送到一次储油罐中,需要对原油进行破乳、脱水、沉降等处理,除去原油中的水和盐等部分杂质。而对油罐开关阀的控制,是根据油罐中的液位和油层厚缘沉积创造了条件。结论给充足,因此形成了中厚厚层的以水下分流河道砂为骨架的扇三角洲沉积体系见图。从初期图(、),河道的水体较浅,主要发育水下分流河道和分流间薄层砂微相;在中期图(、),湖盆范围扩大,河道的水体变深,水动力变弱,水下分流河道发育变弱,沉积物的粒度变细。可见,水体能量与河道的展布具有重要的耦合关
15、系。水体能量越强,河道冲刷能力就越强,河道就越发育。水体的图兴隆台油层沉积模式图能量越小,河道冲刷能力就越小,河道发育局限。综合以上的研究成果,建立了杜块兴隆台油层的沉积模式图见图。主控地质因素分析()沉积古地形和边界同生断层是扇三角洲形成的重要条件。古近系沙河街组沉积中后时期,辽河油田西部斜坡地区构造抬升,地层遭受强烈剥蚀,而兴、组是在沙三末期长期抬升遭受剥蚀复杂古地形条件下形成的沉积,并受制于杜同生断层下降盘地质地理条件,并且与西部凹陷的湖波相毗邻,这为扇三角洲沉积创造了条件。()湖平面的相对变化控制了沉积微相的展布。兴隆台油层沉积时期,盆地正处在扩张期,湖平面处于不断的上升阶段,沉积物的
16、供给速率相对比较低,这为研究区目的层主要发育水下的扇三角洲前(接页)时通讯,同时采用光电隔离技术,使模块的抗干扰能力进一步加强。()光电复位开关的工作原理分析。在液位检测系统中,根据光电开关通断来清零。当检测系统电源停电时,需要对系统重新标定清零。具体操作是:摇动滑轮,使浮球上升,在浮球到达油罐的最高处时,把手放在光电开关处,此时光电开关为“断”状态,光电开关指示灯变亮,光电开关信号被送到计数器,计数器此时清零。检测系统把该位置视为最高点,再摇动滑轮使浮球下放,当浮球在液面保持平衡时,系统根据计数器所计数值计算出此时液面的实际高度。液位检测系统在现场应用情况及误差分析()辽河油田杜块兴隆台油层
17、扇三角洲主要发育水下的扇三角洲前缘亚相沉积,而扇三角洲平原和前扇三角洲在研究区未见。扇三角洲平原进一步细分为水下分流河道、分流间浅滩、分流间薄层砂、河口坝以及分流间洼地等种微相类型。()自下而上,研究区兴隆台油层总体表现为湖泊扩张,由浅水到深水的逐渐演化过程,水下分流河道和分流间薄层砂为主要沉积相带,也是研究区主要储油相带,是目前剩余油分布的主要区域。()辽河油田杜块兴隆台油层扇三角洲沉积主要受古地形、边界同生断层以及湖平面的相对变化等因素控制。参考文献任德生,刘立,陈江,等辽河坳陷西部凹陷曙北地区古近系层序地层格架石油勘探与开发,():于兴河碎屑岩系油气储层沉积学北京:石油工业出版社,刘宝珺
18、主编沉积岩石学北京:石油工业出版社,裘怿楠,陈子琪油藏描述北京:石油工业出版社,包连纯,支印民,段宪余,等曙一区兴隆台油层超稠油油藏地质特征及成藏条件分析特种油气藏,:作者简介于景锋(),硕士,毕业于中国石油大学(华东),现从事油田开发研究工作。(收稿日期:)带的热膨胀系数很小,因此其拉伸变形的影响可以忽略不计。液位检测系统在现河联合站的实验检测结果如下表:根据以上实验检测结果,系统对误差影响进行了补偿修正。结束语因为浮球液位检测系统是根据力平衡原理来设计的,所以,摩擦力的影响是导致系统误差的主要原因。在该系统中,采用了精密轴承组成的导向滑轮组,并由精密链条导向,以最大限度减小滑轮摩擦力,使系
19、统的摩擦力降至约。系统同时采用了钢带牵引浮球,钢(接页)储层的裂缝、断裂的发育对烃源岩起破坏作用。但页岩气藏中的气体以吸附状态存在,并且页岩气藏为不间断供气、连续聚集成藏,所以页岩气藏即使遭受构造运动破坏,整个页岩气藏保持不间断持续供气、连续聚集,游离气散失,吸附气仍然可以保存下来,所以与常规油气藏相比,页岩气藏对保存条件要求较低。结论通过在现河采油厂的试验及应用中发现这种测量方式安全可靠,操作简单,能够直观反映大罐液位,具有双重高度计量,误差实时可校正,具有很好的实用性。(收稿日期:)()页岩气藏为自生自储型气藏,与常规气藏成藏条件不同。生烃条件、储集条件、保存条件相互影响,息息相关。()有
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