東營職業(yè)學(xué)院

王飛飛，劉 婧，洪佳琦，王華營

1 作品介紹

當(dāng)前在用的機械式浮子液位監(jiān)測裝置存在三類問題：機械式浮子鋼絲力矩傳送不準(zhǔn)確、罐頂不密封造成油氣外溢、無法實現(xiàn)智能化。針對上述問題，研置了一種新型智能液位計。研制方箱式密封油密封裝置，提高裝置的承壓能力和密封性；在液位監(jiān)測裝置中安裝平衡阻尼器，穩(wěn)定液位處于正確位置；安裝云計算智能監(jiān)控器，通過與ZigBee 射頻模塊結(jié)合，使系統(tǒng)具有分散采集、分散處理、無線傳送、集中監(jiān)控等功能。配套物聯(lián)云平臺實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、分析、巡察、報警、歸類、地理位置定位、數(shù)據(jù)報表曲線下載，手機等移動設(shè)備APP 隨時隨地監(jiān)控報警等功能。該項目已累計穩(wěn)定運行11 184 小時，節(jié)約油氣20 萬噸，實現(xiàn)直接經(jīng)濟(jì)效益近億元。

2 技術(shù)原理

2.1 密封方箱研制

在裝置中安裝導(dǎo)向滑輪將鋼絲導(dǎo)向罐外，并在裝置中添加密封油進(jìn)行油氣密封。該裝置外形為方箱型，內(nèi)部通過兩個定滑輪對鋼絲繩進(jìn)行導(dǎo)向后由罐內(nèi)轉(zhuǎn)向罐外，中間箱內(nèi)加入密封油，對罐內(nèi)外進(jìn)行密封。將“U”型導(dǎo)向設(shè)計結(jié)構(gòu)改為容積式導(dǎo)向裝置，提高裝置承壓能力；優(yōu)選密度大、凝固點低、沸點高的不易揮發(fā)的液體介質(zhì)作為密封油，提高穩(wěn)定性；安裝密封油標(biāo)尺，隨時掌握密封油油位，防止缺油造成油氣外溢；安裝排污絲堵，便于更換密封油和冬季排污放水。

2.2 多功能檢測儀

根據(jù)液位罐的幾何形狀設(shè)計三個連接鋼帶導(dǎo)向滑輪，一個信息碼帶導(dǎo)向滑輪，均采用頂尖式，轉(zhuǎn)動阻力小，耐腐蝕性強。在液位監(jiān)測裝置中安裝平衡阻尼器和浮子引導(dǎo)裝置，避免進(jìn)出料或攪拌時液位晃動使浮子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生偏差。

系統(tǒng)具有分散采集、分散處理、無線傳送、集中監(jiān)控等功能。采集模塊包含編碼器，轉(zhuǎn)動柱轉(zhuǎn)動時帶動編碼器轉(zhuǎn)動，編碼器轉(zhuǎn)動時將轉(zhuǎn)動角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號，同時對電信號數(shù)據(jù)進(jìn)行編制，轉(zhuǎn)換為可進(jìn)行通信、傳輸和存儲的信號形式；處理模塊包括CPU 處理器，其用于讀取編碼器發(fā)送的信號，對編碼器發(fā)送的信號譯碼并執(zhí)行指令，編碼器的輸出端和CPU 處理器的輸入端相連，CPU 處理器輸入端和伺服電機與液位監(jiān)測裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控表盤輸出端相連；執(zhí)行模塊包括伺服電機和液位監(jiān)測裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控表盤，伺服電機接收CPU處理器處理后的指令，將接收的指令轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以驅(qū)動從齒輪轉(zhuǎn)動，液位監(jiān)測裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控表盤接收CPU 處理器發(fā)送的指令，并在液位監(jiān)測裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控表盤顯示。

無線傳感器模塊體積小且可無線傳播數(shù)據(jù)，并且自身具有一定的數(shù)據(jù)處理能力，適用于低功耗運作，配合獨立電源可在沒有外部電力的情況下采集、發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.3 智能終端

云平臺負(fù)責(zé)收集并保存?zhèn)鞲衅魃蟼鞯臄?shù)據(jù)，可處理一定的業(yè)務(wù)邏輯。云平臺可以為私有云、物聯(lián)網(wǎng)云平臺以及第三方數(shù)據(jù)平臺?；贕PRS 移動網(wǎng)絡(luò)或NB-IoT 窄帶物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，選用全網(wǎng)通物聯(lián)網(wǎng)無線芯片，其支持B1/B3/B8/B5/B20/B28頻段。

3 創(chuàng)新點

（1）改進(jìn)傳統(tǒng)靜壓式液位監(jiān)測裝置的工作、信號傳輸方式，與ZigBee 射頻模塊結(jié)合，使系統(tǒng)具有分散采集、分散處理等功能。NB-IoT 產(chǎn)品安裝位置有基站信號，費用低流量少。（2）針對壓力傳感器受溫度影響產(chǎn)生的測量誤差，提出相應(yīng)的溫度補償方法。（3）傳統(tǒng)浮子式鋼帶液位監(jiān)測裝置存在較大安全隱患，故設(shè)計了測量模塊、液位測量模塊、控制模塊、密封模塊，提高裝置的承壓能力和密封性，穩(wěn)定浮子，使其低功耗運行，節(jié)約資源。

4 發(fā)展前景

液位監(jiān)測裝置廣泛應(yīng)用于石油石化產(chǎn)業(yè)，目前國內(nèi)外缺少將機械式浮子液位監(jiān)測裝置的穩(wěn)定性與無線監(jiān)控的智能化相結(jié)合的研究，市場前景可觀；國內(nèi)能源企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型步伐加快，新一代信息技術(shù)融合傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)將助力能源企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。石油石化行業(yè)將“綠色低碳”作為企業(yè)戰(zhàn)略。