吳湘頻，張少華

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管道式油類含水檢測及計量系統(tǒng)

吳湘頻，張少華

(武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064)

本文描述了管道式油類含水檢測及計量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，介紹了系統(tǒng)的工作原理，設計思想，檢測程序，以及微波測量技術(shù)在油品含水量測試中的開發(fā)和應用。

含水檢測 油品 微波技術(shù)

0 引言

含水量是石油、石油產(chǎn)品、食用油和各種工業(yè)用油在生產(chǎn)、運輸、存儲和計量過程中，經(jīng)常使用的重要參數(shù)之一，它的準確測量關(guān)系到各種油品的質(zhì)量、產(chǎn)量、生產(chǎn)安全和出口時的國際聲譽，具有重大的經(jīng)濟意義。管道式油類含水檢測及計量系統(tǒng)，可以實時在線顯示各參數(shù)、計量顯示、存儲記錄、超標報警、打印報表，完成實時檢測和計量的全部工作。

微波水分測量技術(shù)，采用非接觸式結(jié)構(gòu)，利用微波通過被測油品時的幅度、頻率和相位變化來測定油品含水量的，與經(jīng)典人工化驗法比較，具有瞬時、連續(xù)、精確，不破壞樣品等特點，適合于油品生產(chǎn)過程的控制，油品產(chǎn)品的質(zhì)量控制，油品存儲和外輸時的計量和統(tǒng)計。

設備是采用微波技術(shù)測量水分的精密測量儀器，測量范圍0-10%，分辨率為0.002%，測量誤差小于等于≤±10%被測量值，由顯示器直接顯示含水量、油溫、油壓、油品產(chǎn)量、油品質(zhì)量等相關(guān)參數(shù)。同時也可以輸出4-20毫安或1-5 V，供后續(xù)設備檢測和控制需要。整個設備由一次表、二次表和安全柵單元組成，一、二次表采用積木結(jié)構(gòu)，可分可合使用方便，也便于系統(tǒng)擴展和維護，在集控室可以直接顯示和打印各種油品參數(shù)。

1 電路單元工作原理

1.1 一次表工作原理

一次表即微波主機，其結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 一次表（微波主機）工作原理框圖

其主要安裝在油品傳輸?shù)墓艿郎希诠艿狼凹売幸唤M或者多組混合攪拌器，利用油品在管道中流動，通過旋轉(zhuǎn)混合攪拌器，自然旋轉(zhuǎn)混合，使油品充分混合均勻。一次表安裝結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 一次表安裝框圖

由微波信號源產(chǎn)生9.37 GC左右的微波功率，通過單向傳輸?shù)母綦x器（用以保證信號源的工作穩(wěn)定），然后進入魔T之中，測量臂中被測油水乳化液，介電常數(shù)的變化必然引起微波相位的變化，不同種類的油品，不同含水量的油品其相位變化不同，功率探頭接收微波功率變化，使得熱敏電阻阻值發(fā)生變化，通過自動平衡橋電路，轉(zhuǎn)換成相應的直流信號，為了消除環(huán)境溫度對波導中的熱敏電阻的影響，在波導內(nèi)增加一熱敏電阻來檢測環(huán)境溫度，兩量相減后送給下一級電路。

1.2 二次表工作原理

包括檢測放大及補償電路，數(shù)據(jù)處理單元，中央控制單元，存儲單元，系統(tǒng)電源及保護單元，系統(tǒng)網(wǎng)絡和通訊控制單元，輸出控制和驅(qū)動單元，輸出打印和顯示單元。其工作原理如圖3。

圖3 二次表工作原理框圖

1.3. 安全柵單元設計

本設備為了滿足石油化工生產(chǎn)易燃易爆危險場所自動化要求，專門設計安全火花型（即本質(zhì)安全型）防爆系統(tǒng)。儀器一次表處于危險場所，而二次表置于安全場所，根據(jù)系統(tǒng)防爆要求，在一次表輸出的檢測信號輸入到二次表檢測端時，采用檢測安全柵（齊納安全柵），以限制安全場所的大電流電壓信號串入危險場所，完成信號的隔離。由于微波信號源需要11 V直流電壓供電，所以采用專門防爆電源設計，電壓過壓和電流過流保護電路，防爆變壓器設計。防爆安全柵單元工作原理如圖4。

圖4 防爆安全柵單元工作原理框圖

2 程序設計

圖5 檢測程序

程序設計采用功能模塊化便于設計和修改，系統(tǒng)故障采用中斷處理便于即時實時處理，并根據(jù)分級采取不同的處理方法，系統(tǒng)開機自檢自動運行便于排除設備基本故障，組建以太網(wǎng)絡便于數(shù)據(jù)的傳輸和控制。

3 結(jié)束語

該系統(tǒng)在海運油船，黑龍江大慶油田，山東勝利油田，甘肅長慶油田，廣東茂名煉油廠和湖北荊門煉油廠等單位使用，深受用戶好評，極大的滿足了在生產(chǎn)過程中控制的要求，產(chǎn)品輸出儲運計量要求。

理論和實踐證明該系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，測量精度高，適用各類油品應用范圍廣泛，實時監(jiān)測運行，能有效控制產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，適用于各種惡劣環(huán)境，系統(tǒng)還具有防爆功能，也適用與易燃易爆的危險場所，同時用于計量統(tǒng)計。該系統(tǒng)作為在線監(jiān)測系統(tǒng)，用于油船、油田、煉油廠、計量站、油庫、化工廠、食用油加工廠等需要連續(xù)測量油品含水量的場所。

[1] 沈致遠. 微波技術(shù), 1998.

[2] 趙克玉等. 微波相移法在測濕中的應用. 蘭州大學, 1999.

[3] 張福學. 傳感器應用及其電路精選. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2001.

[4] 李臘元, 李春林. 計算機網(wǎng)絡技術(shù). 北京: 國防工業(yè)出版社, 2002.

[5] 陳曾漢. 工業(yè)PC及測控系統(tǒng). 北京: 機械工業(yè)出版社, 2004 .

[6] 潘新民, 王燕芳. 微型計算機技術(shù). 北京: 電子工業(yè)出版社, 2003.

Detecting and Metering System of Pipeline Oil Moisture Content

Wu Xiangpin, Zhang Shaohua

（Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China）

2013-04-28

吳湘頻(1962-),男，工程師。研究方向: 電子技術(shù)與計算機應用技術(shù)。

TE135

A

1003-4862（2014）04-0037-02