陳春，鐘東

(湖北科技學(xué)院，湖北咸寧437100)

水力除焦監(jiān)測系統(tǒng)在延遲焦化系統(tǒng)裝置中起著相當(dāng)重要的作用。水力除焦系統(tǒng)的基本原理是由高壓水泵輸送的高壓水，經(jīng)上水線，水龍帶，鉆桿到水力切焦器噴嘴，由切焦器噴嘴噴出的高壓水，形成高壓射流，利用高壓射流強(qiáng)大的沖擊力，將石油焦切割下來。鉆桿不斷地升降和轉(zhuǎn)動，直到把焦除完為止。當(dāng)前我國許多石化公司還是憑借工人師傅的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)來判斷焦炭塔內(nèi)的焦炭是否被清除干凈，易受諸多因素的影響，工人師傅有時不能及時準(zhǔn)確的判斷除焦的狀態(tài)，因此提高水力除焦監(jiān)測系統(tǒng)的自動化水平勢在必行。

光纖傳感技術(shù)作為一種研究光纖與外界環(huán)境變化的關(guān)系的一門新技術(shù)，是伴隨著光纖及光通信技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的，已經(jīng)成為現(xiàn)代信息科學(xué)的一個極為重要的組成部分。光纖傳感是以光波為信息載體，光纖為傳輸介質(zhì)，感知和傳輸外界被測量的新型傳感技術(shù)。由于光纖不僅可以作為光波的傳輸介質(zhì)，而且光波在光纖中傳播的特征參量(振幅、相位、偏振態(tài)、波長等)會因外界因素(如溫度、壓力、磁場等)的作用而發(fā)生變化，利用并分析這些變化就可以得外界作用的某些性質(zhì)，從而可以將光纖用作傳感器元件來探測各種物理量、化學(xué)量和生物量，這就是光纖傳感器的基本原理。通過中石化武漢分公司的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)研究表明將聲發(fā)射傳感器應(yīng)用到水力除焦監(jiān)測系統(tǒng)中，可以極大的提高水力除焦的自動化監(jiān)測能力，實(shí)時有效的進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)測。

一、聲發(fā)射傳感器及其在水力除焦監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

1．聲發(fā)射傳感器的基本原理

聲發(fā)射傳感器的基本原理是當(dāng)外界條件改變引起FP傳感器腔長變化，導(dǎo)致F－P腔反射或透射干涉光束的光程差改變，通過光電探測器所探測到的干涉光的透射或反射信號的變化便可得知外界的變化情況，如圖1所示:

圖1聲發(fā)射傳感器的原理圖

2．聲發(fā)射傳感系統(tǒng)在水力除焦監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

聲發(fā)射是由局域能量快速釋放而發(fā)射的瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象，常伴隨材料的變形、斷裂、流體泄露、磨擦、撞擊、放電等現(xiàn)象發(fā)生。聲發(fā)射傳感系統(tǒng)檢測:通過探測、記錄、分析缺陷或者故障本身的聲發(fā)射信號，實(shí)現(xiàn)水力除焦過程的實(shí)時監(jiān)測，并通過合理布置傳感器實(shí)現(xiàn)水力除焦的狀態(tài)。為了檢測水力除焦過程中的聲發(fā)射信號，我們采用如下檢測系統(tǒng)，設(shè)計制備了相應(yīng)光源驅(qū)動電路，光電轉(zhuǎn)換電路，配以相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集卡對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，搭建了如下圖所示的測量系統(tǒng)，并以此系統(tǒng)測試了鋼板的聲發(fā)射信號，結(jié)果表明，該系統(tǒng)可檢測到相應(yīng)的聲發(fā)射信號，如下圖2所示，給出了聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的監(jiān)測原理框圖。在武漢石化的實(shí)驗(yàn)中，如圖3所示，進(jìn)行水力除焦整個系統(tǒng)監(jiān)測方案:主要是通過在焦炭塔外壁高度方向上安裝的3－4個聲發(fā)射傳感器，獲取水力除焦過程中的聲音信號并送入示波器進(jìn)行分析，同時通過數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，通過采集的數(shù)據(jù)和信號，就可以判斷出水力除焦進(jìn)行的階段和狀態(tài)。圖4是現(xiàn)場采集到的信號。

圖2聲發(fā)射傳感監(jiān)測系統(tǒng)原理圖

圖3武漢石化焦炭塔實(shí)驗(yàn)安裝的聲發(fā)射傳感器圖

圖4現(xiàn)場采集的信號頻譜圖

二、水力除焦監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)分析

通過生發(fā)射傳感系統(tǒng)對水力除焦過程中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，由于在水力除焦過程中，鉆頭工作過程一般分為下降，上升，再下降幾個階段，循環(huán)往復(fù)直到焦炭除盡，因此為了便于分析可以將采集到的數(shù)據(jù)按照鉆頭進(jìn)焦前后進(jìn)行分析，然后編寫程序在MATLAB中對數(shù)據(jù)FFT處理，然后對比分析鉆頭進(jìn)焦前后的圖形，如圖5所示。

圖5鉆頭進(jìn)焦前聲信號的頻譜分析圖

從圖5來看，鉆頭在進(jìn)焦前后聲信號的頻率變化很大，進(jìn)焦前的頻率很高，超過了1000Hz，而進(jìn)焦后頻率最大值只有258Hz。說明隨著除焦過程中，聲傳感器可以探測除焦的行程，除焦的狀態(tài)，可有效的指導(dǎo)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)自動化除焦。

三、小結(jié)

本文采用的將聲發(fā)射傳感器應(yīng)用到水力除焦監(jiān)測系統(tǒng)中，能較好的實(shí)現(xiàn)除焦?fàn)顟B(tài)的實(shí)時控制，可以有效的實(shí)現(xiàn)水力除焦?fàn)顟B(tài)監(jiān)測的自動化。

［1］李鋒．水力除焦鉆具位移實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的研究［D］．大連:大連理工大學(xué)，2003．1～48．

［2］張仁輝，杜民．小波分析在信號去噪中的應(yīng)用［J］．計算機(jī)仿真，2005，22(8):69 ～72．

［3］沈功田，耿榮生，劉時風(fēng)．聲發(fā)射信號的參數(shù)分析方法［J］．無損檢測，2002，24(2):72～77．