摘 要:通過對成品油油品界面兩種監(jiān)測方法的比較,結(jié)合現(xiàn)場實際應(yīng)用效果,分析優(yōu)缺點,利用先金的長輸管道 SCADA 技術(shù)采集信號,實現(xiàn)油品界面信號的實時在線監(jiān)控功能。WsB壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
1 光學(xué)界面儀工作原理
光學(xué)界面儀在不同傳播介質(zhì)的交界面上會同時發(fā)生光的反射和折射現(xiàn)象,而反射光及折射光的比率與構(gòu)成交界面的兩種介質(zhì)的相對折射率有關(guān)。正是利用了臨界角雙反射原理檢測油品輸送過程中混油段介質(zhì)折射率的變化,進而實現(xiàn)油品界面檢測功能。
2 超聲波流量計工作原理
超聲波流量計是利用聲學(xué)原理通過對管道中流體的聲速測量從而獲得其流速值。目前原油及成品油管道多采用夾壁式超聲波流量計,以時差法為測量原理,主要由超聲波換能器、信號處理電路及流量顯示系統(tǒng)等 3 部分組成。通過速度差測量流體的流速,且時間差與介質(zhì)速度成正比,介質(zhì)流速越快,時差值就越大。流量計通過對管道內(nèi)輸送介質(zhì)不同方向的超聲波傳播速度進行測量,并經(jīng)流量計算機進行數(shù)據(jù)處理,得出管道內(nèi)介質(zhì)的流速和流量。且不同的輸送介質(zhì)超聲波的傳播速度不一樣。
3 超聲波流量計聲速檢測油品界面功能實現(xiàn)
西部某成品油輸油站場進站超聲波流量計可顯示聲速信號,通過觀察汽油和柴油聲速值不一樣,采用超聲波流量計聲速作為油品界面監(jiān)測信號,由于現(xiàn)場超聲波流量計只有一個輸出端口(4~20)mA,傳輸協(xié)議為 HART(Highway Addressable Re-mote Transducer,可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議)。而上位機需要顯示瞬時流量、累計流量和超聲波聲速 3 個主變量,因此選用了 AB(Allen-Bradley)公司 MVI156-HART 第三方通信模塊,通過該模塊可以同時采集這 3 個信號。HART 模塊通信配置,Port 0 口做主設(shè)備,讀取 10 個控制字,#大讀取現(xiàn)場 6 臺設(shè)備,Port 0 口通信配置如圖 1 所示。Pork0 口配置 2 條命令字,讀取內(nèi)部地址從 400 開始,命令字如圖 2 所示。PLC 程序如圖 3 所示,其中,B:16:I.Data 數(shù)組類型為INT,通過 COP 指令將數(shù)據(jù)入 HART1.Auto_Poll 浮點型數(shù)組中。
在 B:16:I.Data[2]-B:16:I.Data[11]中存放地衣條控制字讀取的主變量值,即 HART1.Auto_Poll[1].PV 中存放地衣條控制字讀取的主變量值。
采用先金的 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisi-tion,監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))技術(shù),將現(xiàn)場儀表信號通過第三方模塊采入 PLC(Programmable Logic Controller,可編程式邏輯控制器),并上傳至人機圖形用戶界面。該 SCADA 系統(tǒng)由 AB 的PLC、通信服務(wù)器、操作員工作站、打印機、交換機、路由器和不間斷電源等設(shè)備組成,主要完成站內(nèi)工藝數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制等功能,并向調(diào)度中心傳送實時數(shù)據(jù),接受調(diào)度中心下達的任務(wù)。站場 MMI(Man Machine Interface,人機界面)軟件采用 Tel-vent 的 OASYS,Telvent 公司的 OASyS SCADA 是一個具有開放體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng),PLC 采用 AB 的 ControlLogix 系列產(chǎn)品。PLC、通信服務(wù)器、操作員工作站、打印機、路由器、通過交換機連接成局域網(wǎng)。PLC 通過路由器將數(shù)據(jù)上報調(diào)度中心,通信服務(wù)器通過局域網(wǎng)從 PLC 獲得數(shù)據(jù),工作站從通信服務(wù)器獲得數(shù)據(jù)。當(dāng)冗余機架中任一個機架上的任一模塊出現(xiàn)問題,都會自動切到另一個機架上,CPU(Central Processing Unit,中央處理器)繼續(xù)工作,不會影響現(xiàn)場 I/O 點的采集和控制。
4 2 種監(jiān)測方法的比較
通過近 3 個月的趨勢圖對比,以 12 月 6 日和 12 月 8 日為例,經(jīng)過 2 個批次的油品切割聲速與密度的變化保持一致,相比于光學(xué)界面儀穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性更高,通過調(diào)校光學(xué)界面檢測信號與密度基本保持一致,但也存在同一種油品中界面也會發(fā)生變化,有時油頭已過界面才發(fā)生變化的情況。
根據(jù)一段時間采集的數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)汽油密度在(755~756)kg/m3變化時,聲速在(1228~1238)m/s 變化;柴油密度在(832~835)kg/m3變化時,聲速在(1390~1420)m/s 變化。12 月 22 日,采集汽油推柴油數(shù)據(jù)(表 1),發(fā)現(xiàn)超聲波聲速與密度變化一致,靈敏性高,信號穩(wěn)定,對于密度的微小變化能夠迅速反應(yīng)出來,可以用于油品界面跟蹤。如果用超聲波流量計檢測油品界面,可以停用成品油密度撬座,可以徹底解決由于光學(xué)潔面儀失準(zhǔn)而無法有效跟蹤界面的問題。不受時間天氣設(shè)備檢修的影響,實現(xiàn) 24 h 不間斷檢測。
5 結(jié)論
目前成品油輸油站場普遍采用的是光學(xué)界面儀監(jiān)測油品界面信號,由于其對介質(zhì)的潔凈程度要求較高,而國內(nèi)成品油管道無法滿足這一要求,需要頻率很高的定期維護保養(yǎng)和調(diào)校,且穩(wěn)定性和可靠性較差,這是所有國內(nèi)管道上該設(shè)備的通病。利用超聲波流量計聲速檢測方法,不需要與介質(zhì)直接接觸,超聲波波長短、衍射性能差、定向性能優(yōu)良,在不同的介質(zhì)中速度穩(wěn)定,通過實際應(yīng)用,穩(wěn)定性和可靠性也較好,可以在全國范圍內(nèi)推廣。對基層單位來講可以停用相應(yīng)設(shè)備,降低管理難度和維護的工作量,實現(xiàn)一機多能。超聲波聲速監(jiān)測油品界面的準(zhǔn)確度、精度以及在不同環(huán)境溫度下的差異還需進一步研究。
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