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        基于SCADA系統(tǒng)成品油油品界面監(jiān)測(cè)方法

        2019-05-15 09:56:08李朝偉
        設(shè)備管理與維修 2019年3期
        關(guān)鍵詞:聲速成品油油品

        李朝偉

        (中國(guó)石油西部管道公司,新疆鄯善 838202)

        1 光學(xué)界面儀工作原理

        光學(xué)界面儀在不同傳播介質(zhì)的交界面上會(huì)同時(shí)發(fā)生光的反射和折射現(xiàn)象,而反射光及折射光的比率與構(gòu)成交界面的兩種介質(zhì)的相對(duì)折射率有關(guān)。正是利用了臨界角雙反射原理檢測(cè)油品輸送過(guò)程中混油段介質(zhì)折射率的變化,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)油品界面檢測(cè)功能。

        2 超聲波流量計(jì)工作原理

        超聲波流量計(jì)是利用聲學(xué)原理通過(guò)對(duì)管道中流體的聲速測(cè)量從而獲得其流速值。目前原油及成品油管道多采用夾壁式超聲波流量計(jì),以時(shí)差法為測(cè)量原理,主要由超聲波換能器、信號(hào)處理電路及流量顯示系統(tǒng)等3部分組成。通過(guò)速度差測(cè)量流體的流速,且時(shí)間差與介質(zhì)速度成正比,介質(zhì)流速越快,時(shí)差值就越大。

        流量計(jì)通過(guò)對(duì)管道內(nèi)輸送介質(zhì)不同方向的超聲波傳播速度進(jìn)行測(cè)量,并經(jīng)流量計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,得出管道內(nèi)介質(zhì)的流速和流量。且不同的輸送介質(zhì)超聲波的傳播速度不一樣。

        3 超聲波流量計(jì)聲速檢測(cè)油品界面功能實(shí)現(xiàn)

        西部某成品油輸油站場(chǎng)進(jìn)站超聲波流量計(jì)可顯示聲速信號(hào),通過(guò)觀察汽油和柴油聲速值不一樣,采用超聲波流量計(jì)聲速作為油品界面監(jiān)測(cè)信號(hào),由于現(xiàn)場(chǎng)超聲波流量計(jì)只有一個(gè)輸出端口(4~20)mA,傳輸協(xié)議為 HART(Highway Addressable Remote Transducer,可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開(kāi)放通信協(xié)議)。而上位機(jī)需要顯示瞬時(shí)流量、累計(jì)流量和超聲波聲速3個(gè)主變量,因此選用了AB(Allen-Bradley)公司MVI156-HART第三方通信模塊,通過(guò)該模塊可以同時(shí)采集這3個(gè)信號(hào)。

        圖1 Port 0口通信配置參數(shù)

        HART模塊通信配置,Port 0口做主設(shè)備,讀取10個(gè)控制字,最大讀取現(xiàn)場(chǎng)6臺(tái)設(shè)備,Port 0口通信配置如圖1所示。Pork0口配置2條命令字,讀取內(nèi)部地址從400開(kāi)始,命令字如圖2所示。PLC程序如圖3所示,其中,B:16:I.Data數(shù)組類(lèi)型為INT,通過(guò)COP指令將數(shù)據(jù)入HART1.Auto_Poll浮點(diǎn)型數(shù)組中。在 B:16:I.Data[2]-B:16:I.Data[11]中存放第一條控制字讀取的主變量值,即HART1.Auto_Poll[1].PV中存放第一條控制字讀取的主變量值。

        圖2 Port 0口讀寫(xiě)命令參數(shù)

        圖3 PLC程序

        采用先進(jìn)的SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition,監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))技術(shù),將現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)通過(guò)第三方模塊采入PLC(Programmable Logic Controller,可編程式邏輯控制器),并上傳至人機(jī)圖形用戶界面。該SCADA系統(tǒng)由AB的PLC、通信服務(wù)器、操作員工作站、打印機(jī)、交換機(jī)、路由器和不間斷電源等設(shè)備組成,主要完成站內(nèi)工藝數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制等功能,并向調(diào)度中心傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),接受調(diào)度中心下達(dá)的任務(wù)。

        站場(chǎng)MMI(Man Machine Interface,人機(jī)界面)軟件采用Telvent的OASYS,Telvent公司的OASyS SCADA是一個(gè)具有開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng),PLC采用AB的ControlLogix系列產(chǎn)品。PLC、通信服務(wù)器、操作員工作站、打印機(jī)、路由器、通過(guò)交換機(jī)連接成局域網(wǎng)。PLC通過(guò)路由器將數(shù)據(jù)上報(bào)調(diào)度中心,通信服務(wù)器通過(guò)局域網(wǎng)從PLC獲得數(shù)據(jù),工作站從通信服務(wù)器獲得數(shù)據(jù)。當(dāng)冗余機(jī)架中任一個(gè)機(jī)架上的任一模塊出現(xiàn)問(wèn)題,都會(huì)自動(dòng)切到另一個(gè)機(jī)架上,CPU(Central Processing Unit,中央處理器)繼續(xù)工作,不會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)I/O點(diǎn)的采集和控制。

        4 2種監(jiān)測(cè)方法的比較

        通過(guò)近3個(gè)月的趨勢(shì)圖對(duì)比,以12月6日和12月8日為例,經(jīng)過(guò)2個(gè)批次的油品切割聲速與密度的變化保持一致,相比于光學(xué)界面儀穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性更高,通過(guò)調(diào)校光學(xué)界面檢測(cè)信號(hào)與密度基本保持一致,但也存在同一種油品中界面也會(huì)發(fā)生變化,有時(shí)油頭已過(guò)界面才發(fā)生變化的情況。

        根據(jù)一段時(shí)間采集的數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)汽油密度在(755~756)kg/m3變化時(shí),聲速在(1228~1238)m/s變化;柴油密度在(832~835)kg/m3變化時(shí),聲速在(1390~1420)m/s變化。12月22日,采集汽油推柴油數(shù)據(jù)(表1),發(fā)現(xiàn)超聲波聲速與密度變化一致,靈敏性高,信號(hào)穩(wěn)定,對(duì)于密度的微小變化能夠迅速反應(yīng)出來(lái),可以用于油品界面跟蹤。如果用超聲波流量計(jì)檢測(cè)油品界面,可以停用成品油密度撬座,可以徹底解決由于光學(xué)潔面儀失準(zhǔn)而無(wú)法有效跟蹤界面的問(wèn)題。不受時(shí)間天氣設(shè)備檢修的影響,實(shí)現(xiàn)24 h不間斷檢測(cè)。

        5 結(jié)論

        目前成品油輸油站場(chǎng)普遍采用的是光學(xué)界面儀監(jiān)測(cè)油品界面信號(hào),由于其對(duì)介質(zhì)的潔凈程度要求較高,而國(guó)內(nèi)成品油管道無(wú)法滿足這一要求,需要頻率很高的定期維護(hù)保養(yǎng)和調(diào)校,且穩(wěn)定性和可靠性較差,這是所有國(guó)內(nèi)管道上該設(shè)備的通病。

        表1 汽油推柴油采集數(shù)據(jù)

        利用超聲波流量計(jì)聲速檢測(cè)方法,不需要與介質(zhì)直接接觸,超聲波波長(zhǎng)短、衍射性能差、定向性能優(yōu)良,在不同的介質(zhì)中速度穩(wěn)定,通過(guò)實(shí)際應(yīng)用,穩(wěn)定性和可靠性也較好,可以在全國(guó)范圍內(nèi)推廣。對(duì)基層單位來(lái)講可以停用相應(yīng)設(shè)備,降低管理難度和維護(hù)的工作量,實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能。超聲波聲速監(jiān)測(cè)油品界面的準(zhǔn)確度、精度以及在不同環(huán)境溫度下的差異還需進(jìn)一步研究。

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