虚拟红外成像器件的模拟输出电路设计

虚拟红外成像器件的模拟输出电路设计红外成像器/拟输出电路/差校正1 引言近年来,一些高新技术已进入油罐计量领域,但是,大部分新型仪表只用于炼油厂、油库及成品油储罐,而在联合站原油储罐的液位、油水界面及含水率等参数的实时精确测量仍是检测技术中的难点之一。原因是联合站原油含水、含泥沙、粘度大,特别在寒冷地区,对于接触式测量仪表的测量精度及使用寿命有很大影响,一般的检测与控制系统设计方案无法满足现场工艺的要求。因此目前联合站有些过程参数的测量靠工人的经验来估算,往往记录数据误差大,很难实时地反映现场的生产状况,在一定程度上影响了各项生产措施的正确确定和实施。为实现联合站生产过程原油盘库系统的自动化和智能化,要对净油罐及外输油诸参数进行在线自动检测,并对动态油量和净油外输总量实时计量。2 联合站储罐的自动检测系统依据油田联合站生产工艺的现状,自动检测系统通常由三部分组成。即:沉降罐油水界面及原油含水率自动检测系统;缓冲罐油水界面、液面及原油含水率自动检测系统,净油罐液面自动检测系统;外输油量计量及含水率自动检测系统。当前,联合站储罐参数自动检测仍是原油集输过程的难题之一,特别是在寒冷地区、稠油产区,普通的测量仪表往往误差大,甚至不能正常工作。其主要原因是:稠油粘度大,容易将检测元件糊住,使其无法正常工作。此外,储罐内的油水界面、含水率都是随时间在变化的,罐内不同高度的油层含水率是不同的。因此,采用静止测量元件无法检测整个罐内原油的含水率。本研究采用智能检测装置和开发先进的系统管理软件,实现对油罐群参数的自动监测与管理。储罐油量静态自动检测装置,曾先后出现过如称重式计量系统、液位计计量系统、静压法计量系统。由于这些系统在实际应用中都存在一些问题,不能满足实际计量的要求12。如图 1 所示的油田联合站净油罐参数自动检测系统能有效的解决实际存在的问题,达到实际计量的要求和精度。雷达液位计用于检测罐内原油的液面,射频导纳界面仪用于检测油水界面,当油水界面超过设定值时,由计算机输出信号控制调节阀排放底水至与脱水器。油田集输工艺中的净油罐储量、炼油厂的成品油罐储量及油库区的油罐储量等通常可采用下式进行计量。对于立式金属圆柱形油罐储量计量公式为式中-油罐内储油量,kg;-油罐直径,m;-油罐的储油高度,m;-在温度时的原油密度,kg/m3;-原油含水质量百分率(简称原油含水率)。外输原油参数自动检测系统如图 2 所示。油含水分析仪用于检测外输原油的含水率,当含水率超标,即输出原油不合格时,通过计算机输出信号控制三通电磁阀,将外输总管原油输回净油罐。在原油长输管道中,通常采用流量计、密度计及含水率检测仪在线计量油量,其计算公式为式中-原油在空气中的净质量,kg ;-流量计累计流量值,m3;-原油的标准密度,kg/m3,根据测得视密度,查 GB1885石油视密度换算表;-流量系数;-原油体积压力修正系数;-原油体积温度修正系数,用以计量温度和原油标准密度值,查 GB1885石油体积系数表;-原油含水质量百分率(简称原油含水率)。在使用流量计结合密度计在线进行原油油量计量中,原油质量等于原油体积与密度及联合修正系数的乘积。对体积的测量采用流量计,而对密度的测量采用在线密度计,以及采用含水分析仪在线测量原油含水率。3 自动检测系统的误差分析原油动态计量是自动检测系统的核心工作,要做到准确计量就应尽量减少误差。根据误差理论对油量动态计量的误差进行了分析,得出在油量的动态计量中,密度、含水率、流量及温度等是油量计量的主要误差源。要减少油量计量误差,就必须提高密度计、含水仪、流量计及温度计等仪表的准确度。选择适应工艺要求的检测仪表,引入基于人工智能的“软测量”技术,实现工艺参数的在线、连续自动测量。由于原油的密度与温度呈直线关系(见 3 式),根据(1)式有3 个变量,由于它们在测量中相互独立,因此,根据间接测量的误差传播公式,则有式中为油量,分别为的标准偏差;分别为的误差传播系数。由此可见,要使油量计量比较准确,必需设法减少。综上所述,要提高自动检测系统的精度,首先减少测量仪表的示值误差。油量计量系统所涉及到的主要检测仪表有:超声波液位计、油水界面仪、含水分析仪、流量计、密度计、温度变送器以及压力变送器等。本研究重点讨论如何提高射频导纳界面仪的测量精度。在油田集输系统中,原油脱水是石油生产的重要环节,而界面的控制则是这些环节保证安全生产、提高效率、降低成本的一个重要方法。射频导纳界面仪名称中导纳的含义是电学中阻抗的倒数,它由电阻性成分、电容性成分、感性成分综合组成。而射频的含义即为高频无限电波谱,所以射频导纳可以理解为用高频无限电波测量导纳。用于测量油水界面时,主要是基于油与水导电性的差异,即油(或油包水)是绝缘或导电性差,水(或水包油)是良导电体或导电性好。采用射频导纳界面仪可以准确地测量乳化层中的导电特性发生较大变化的电界面,而不受任何其它因素的影响。实际上,只要上下层的介质导电性相差五倍以上时,便能进行准确测量。与传统的浮子式、差压式、电容式和微波式相比,射频导纳界面仪具有较明显的优势,它不受油、水及乳化层的密度的影响,也不受挂重油、挂腊等的影响。因此,使用寿命长。在仪表安装时,应充分了解罐内结构,仪表安装位置应尽量远离进出料口,搅拌及一切障碍物,以免探头受料流冲击发生晃动影响测量。探头距管壁或内部障碍物必须大于 0.2m,对于沉降罐,由于选用的是柔性探头,所以在一定范围内不应有障碍物或冲击。在一般情况下,仪表要求垂直安装,也可水平安装。插入长度应包括测量范围、非工作段及安装尺寸。对于硬杆式传感器下端一般不固定,而软缆式传感器须用重锤或底锚固定,特殊情况下可在下端或中部加固定支撑。外壳与罐保持良好接地,其典型安装如图 3 所示。4 结束语为实现联合站原油储量及净油输出总量的在线、实时自动计量,采用移动式传感器,实时检测沉降罐界面、液面、温度计不同高度油层的含水率,运用可变积分限和采样周期的近似方法计算储罐动态油量。采用射频导纳界面仪、超声波液位计检测缓冲罐、净油罐油水界面和原油液面以计算其原油储量,通过检测外输原油含水率、密度及流量以实时计算外输原油总量。从而解决油田联合站动态油量自动检测工作的难题。尹鑫