劉福祿

【摘要】針對反應罐、大型儲油罐液位實時動態(tài)測量的需要，探討了儲油罐液位測控系統(tǒng)的設計方法，著重闡述了系統(tǒng)的設計方案、系統(tǒng)功能和實現(xiàn)方法。利用該系統(tǒng)可實現(xiàn)對儲油罐進行連續(xù)液位、溫度、流量的監(jiān)控，提高系統(tǒng)的管理水平，保障其安全運行。本儲油罐液位測控系統(tǒng)由下位監(jiān)測系統(tǒng)和上位機組成，系統(tǒng)結構簡單，便于實現(xiàn)自動監(jiān)控，軟件系統(tǒng)界面友好、操作簡便。

【關鍵詞】儲油罐 液位 監(jiān)控 系統(tǒng)設計

引言

我國石油資源豐富，采油煉油企業(yè)眾多，儲油罐是儲存油品的重要設備，儲油罐液位的精確計量對生產(chǎn)廠庫存管理及經(jīng)濟運行影響很大。但國內(nèi)許多反應罐、大型儲油罐的液位計量仍采用人工檢尺和分析化驗的方法，其他參數(shù)的測定也沒有實行實時動態(tài)測量，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確的依據(jù)。采用計算機自動監(jiān)測技術，實時監(jiān)測儲油罐液位、溫度等參數(shù)，可以方便了解生產(chǎn)狀況，及時監(jiān)視、控制容器液位及溫度等，保障安全平穩(wěn)生產(chǎn)。本文針對某原油儲油罐（圓柱體型，300m3），探討設計該儲油罐液位測控系統(tǒng)，可以連續(xù)進行液位、溫度、流量的監(jiān)測，保護整個系統(tǒng)處在較高的安全水平。

1.系統(tǒng)總體設計方案

儲油罐液位測控系統(tǒng)由下位監(jiān)測系統(tǒng)和上位機組成，下位監(jiān)測系統(tǒng)包括溫度測量單元、含水率測量單元、流量測量單元、液位測量單元、測量電路、單片機系統(tǒng)和現(xiàn)場控制裝置，上位機系統(tǒng)主要由通信接口、微型計算機和報警裝置組成。

2.系統(tǒng)硬件設計

2.1各傳感元件的選型

溫度測定：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中心波長移動量來檢測溫度值，測溫精度及分辨率不受光源波動及傳輸線路彎曲損耗的影響，可直接通過光纖進行信號遠程傳輸（超過40Km），監(jiān)測現(xiàn)場無需供電。

含水率測定：低含水原油的含水率測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)與含水率有關的原理來實現(xiàn)對原油含水率的測量當油樣中的含水量變化時，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。

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

液位測定：液位測量采用伺服式浮子液位計，伺服式液位計基于浮力平衡的原理，由微伺服電動機驅動體積較小的浮子，能精確地測出液位等參數(shù)。其工作原理是：繞在鼓輪上的測長鋼絲繩的前端系有小型平衡浮子，這個平衡浮子受到浮力的同時還受到測長鋼絲繩一定的張力，兩者之和與浮子重量平衡時浮子停止在液面上。當液面高度變化時，浮力變化，測長鋼絲繩的張力也發(fā)生變化，測量張力的測力傳感器的測量值偏離平衡基準值，這偏差值控制平衡步進電機向減小偏差方向旋轉。電機通過機械傳動機構使鋼絲繩鼓輪旋轉，帶動浮子追蹤液面變化，并將這液面變化轉換成液位數(shù)據(jù)輸出。

2.2單片機系統(tǒng)的設計

單片機系統(tǒng)：本測量系統(tǒng)采用8031單片機組成現(xiàn)場測量儀。8031內(nèi)含128B的RAM，4個8位并行口，一個全雙工串行口，兩個16位定時，計數(shù)器，片內(nèi)時鐘振蕩器，兩種優(yōu)先級的五個中斷源的中斷結構。單片機系統(tǒng)擬實現(xiàn)對信號調(diào)制電路的輸出脈沖進行雙向計數(shù)、計算下位監(jiān)測系統(tǒng)測量儀的各項參數(shù)、與上位機進行通信等功能。

人機對話部件：采用鍵盤，它實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能。

通信接口設計：MCS51內(nèi)部有一個功能很強的全雙工串行口，該串行口有4種工作方式，波特率可用軟件設置，由片內(nèi)定時/計數(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，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構，以保證了線路的可靠和油罐的安全。建立一個中心監(jiān)控室，距離油罐30m。

3.系統(tǒng)軟件設計

整個上位機軟件采用模塊化結構設計，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。

結束語

本儲油罐的液位測控系統(tǒng)結構簡單，便于實現(xiàn)自動監(jiān)控，軟件系統(tǒng)界面友好、操作簡便?，F(xiàn)場應用該系統(tǒng)，可以減輕工人的勞動強度，提高儲油罐系統(tǒng)的管理水平，保障其安全運行，減少了對環(huán)境的污染。endprint