儲(chǔ)油罐液位測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉福祿

【摘要】針對(duì)反應(yīng)罐、大型儲(chǔ)油罐液位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的需要，探討了儲(chǔ)油罐液位測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，著重闡述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、系統(tǒng)功能和實(shí)現(xiàn)方法。利用該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)油罐進(jìn)行連續(xù)液位、溫度、流量的監(jiān)控，提高系統(tǒng)的管理水平，保障其安全運(yùn)行。本儲(chǔ)油罐液位測(cè)控系統(tǒng)由下位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和上位機(jī)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控，軟件系統(tǒng)界面友好、操作簡(jiǎn)便。

【關(guān)鍵詞】?jī)?chǔ)油罐 液位 監(jiān)控 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

我國(guó)石油資源豐富，采油煉油企業(yè)眾多，儲(chǔ)油罐是儲(chǔ)存油品的重要設(shè)備，儲(chǔ)油罐液位的精確計(jì)量對(duì)生產(chǎn)廠庫存管理及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響很大。但國(guó)內(nèi)許多反應(yīng)罐、大型儲(chǔ)油罐的液位計(jì)量仍采用人工檢尺和分析化驗(yàn)的方法，其他參數(shù)的測(cè)定也沒有實(shí)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量，這樣易引發(fā)安全事故，無法為生產(chǎn)操作和管理決策提供準(zhǔn)確的依據(jù)。采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)油罐液位、溫度等參數(shù)，可以方便了解生產(chǎn)狀況，及時(shí)監(jiān)視、控制容器液位及溫度等，保障安全平穩(wěn)生產(chǎn)。本文針對(duì)某原油儲(chǔ)油罐（圓柱體型，300m3），探討設(shè)計(jì)該儲(chǔ)油罐液位測(cè)控系統(tǒng)，可以連續(xù)進(jìn)行液位、溫度、流量的監(jiān)測(cè)，保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)處在較高的安全水平。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

儲(chǔ)油罐液位測(cè)控系統(tǒng)由下位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和上位機(jī)組成，下位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括溫度測(cè)量單元、含水率測(cè)量單元、流量測(cè)量單元、液位測(cè)量單元、測(cè)量電路、單片機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)控制裝置，上位機(jī)系統(tǒng)主要由通信接口、微型計(jì)算機(jī)和報(bào)警裝置組成。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1各傳感元件的選型

溫度測(cè)定：溫度傳感器采用埋入式光纖光柵溫度傳感器，這種傳感器通過內(nèi)部敏感元件光纖光柵所反射的光信號(hào)中心波長(zhǎng)移動(dòng)量來檢測(cè)溫度值，測(cè)溫精度及分辨率不受光源波動(dòng)及傳輸線路彎曲損耗的影響，可直接通過光纖進(jìn)行信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸（超過40Km），監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)無需供電。

含水率測(cè)定：低含水原油的含水率測(cè)量多采用同軸桶形電容傳感器，利用原油乳化液的介電常數(shù)與含水率有關(guān)的原理來實(shí)現(xiàn)對(duì)原油含水率的測(cè)量當(dāng)油樣中的含水量變化時(shí)，其介電系數(shù)也隨即變化，使電容二極間電壓產(chǎn)生變化，由此可得到原油中的含水率。

流量測(cè)定：選用彎管Ω型流量傳感器。流體流經(jīng)彎管時(shí)，由于流體的慣性作用，外彎管壁面的壓強(qiáng)大于內(nèi)彎管壁面壓強(qiáng)，壓強(qiáng)差的大小，與流體經(jīng)彎管的平均流速成函數(shù)關(guān)系，測(cè)出此差壓的大小，即可確定流體流經(jīng)彎管的流量。

液位測(cè)定：液位測(cè)量采用伺服式浮子液位計(jì)，伺服式液位計(jì)基于浮力平衡的原理，由微伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)體積較小的浮子，能精確地測(cè)出液位等參數(shù)。其工作原理是：繞在鼓輪上的測(cè)長(zhǎng)鋼絲繩的前端系有小型平衡浮子，這個(gè)平衡浮子受到浮力的同時(shí)還受到測(cè)長(zhǎng)鋼絲繩一定的張力，兩者之和與浮子重量平衡時(shí)浮子停止在液面上。當(dāng)液面高度變化時(shí)，浮力變化，測(cè)長(zhǎng)鋼絲繩的張力也發(fā)生變化，測(cè)量張力的測(cè)力傳感器的測(cè)量值偏離平衡基準(zhǔn)值，這偏差值控制平衡步進(jìn)電機(jī)向減小偏差方向旋轉(zhuǎn)。電機(jī)通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使鋼絲繩鼓輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)浮子追蹤液面變化，并將這液面變化轉(zhuǎn)換成液位數(shù)據(jù)輸出。

2.2單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

單片機(jī)系統(tǒng)：本測(cè)量系統(tǒng)采用8031單片機(jī)組成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x。8031內(nèi)含128B的RAM，4個(gè)8位并行口，一個(gè)全雙工串行口，兩個(gè)16位定時(shí)，計(jì)數(shù)器，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器，兩種優(yōu)先級(jí)的五個(gè)中斷源的中斷結(jié)構(gòu)。單片機(jī)系統(tǒng)擬實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)調(diào)制電路的輸出脈沖進(jìn)行雙向計(jì)數(shù)、計(jì)算下位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量?jī)x的各項(xiàng)參數(shù)、與上位機(jī)進(jìn)行通信等功能。

人機(jī)對(duì)話部件：采用鍵盤，它實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能。

通信接口設(shè)計(jì)：MCS51內(nèi)部有一個(gè)功能很強(qiáng)的全雙工串行口，該串行口有4種工作方式，波特率可用軟件設(shè)置，由片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生，接收發(fā)送均可觸發(fā)中斷系統(tǒng)，使用方便。此串行口可用于數(shù)據(jù)通信，通信采用主從方式，單片機(jī)串行接口工作在方式。

系統(tǒng)所用電線電纜采用鋁塑管防護(hù)，要求鋁塑管耐低溫、耐腐蝕、防電磁干擾，在傳感器與油罐相接部分采用全部密封結(jié)構(gòu)，以保證了線路的可靠和油罐的安全。建立一個(gè)中心監(jiān)控室，距離油罐30m。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)上位機(jī)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軟件功能模塊主要有：文檔功能模塊、通信初始化模塊、液位監(jiān)控及處理模塊、溫度監(jiān)控及處理模塊、水含監(jiān)控及處理模塊、流量監(jiān)控及處理模塊、幫助文件模塊。

結(jié)束語

本儲(chǔ)油罐的液位測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控，軟件系統(tǒng)界面友好、操作簡(jiǎn)便。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用該系統(tǒng)，可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高儲(chǔ)油罐系統(tǒng)的管理水平，保障其安全運(yùn)行，減少了對(duì)環(huán)境的污染。endprint