伺服式液位計(jì)在油水界面測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用分析
長(zhǎng)期以來(lái)，油田的油水界面測(cè)量一直是工業(yè)過(guò)程測(cè)量領(lǐng)域的一個(gè)難題，而油水界面這一參數(shù)對(duì)于每一個(gè)采油廠都是非常重要的，其中涉及到了財(cái)務(wù)結(jié)算等關(guān)鍵性的問(wèn)題，所以急待解決。基于這種背景，我們對(duì)這一課題進(jìn)行了攻關(guān)，經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)踐、摸索，終于成功地利用伺服式液位計(jì)解決了這一難題。
伺服式液位計(jì)一直被廣泛地用于儲(chǔ)罐液位的高精確度測(cè)量，因?yàn)樗且环N多功能儀表，既可以測(cè)量液位也可以測(cè)量界面、密度和罐底等參數(shù)。
伺服式液位計(jì)基于浮力平衡的原理，由微伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)體積較小的浮子，能精確地測(cè)出液位等參數(shù)。如圖1所示，浮子用測(cè)量鋼絲懸掛在儀表外殼內(nèi)，而測(cè)量鋼絲纏繞在精密加工過(guò)的外輪鼓上；外磁鐵被固定在外輪鼓內(nèi)，并與固定在內(nèi)輪鼓的內(nèi)磁鐵耦合在一起。
當(dāng)液位計(jì)工作時(shí)，浮子作用于細(xì)鋼絲上的重力在外輪鼓的磁鐵上產(chǎn)生力矩，從而引起磁通量的變化。輪鼓組件間的磁通量變化導(dǎo)致內(nèi)磁鐵上的電磁傳感器(霍爾元件)的輸出電壓信號(hào)發(fā)生變化。其電壓值與儲(chǔ)存于CPU中的參考電壓相比較。當(dāng)浮子的位置平衡時(shí)，其差值為零。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)液位變化時(shí)，使得浮子浮力發(fā)生改變。其結(jié)果是磁耦力矩被改變，使得帶有溫度補(bǔ)償?shù)幕魻栐妮敵鲭妷喊l(fā)生變化。該電壓值與CPU中的參考電壓的差值驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整浮子上下移動(dòng)重新達(dá)到平衡點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)反饋回路，其精確度可達(dá)±0.7mm，而且，其自身帶有的掛料補(bǔ)償功能，能夠補(bǔ)償由于鋼絲或浮子上附著被測(cè)介質(zhì)導(dǎo)致的鋼絲張力的改變。
測(cè)量界面的原理與伺服式液位計(jì)基本相同，即根據(jù)原油與水兩種介質(zhì)密度的不同導(dǎo)致所受浮力的不同而進(jìn)行精確的界面測(cè)量。
當(dāng)今，世界自動(dòng)化儀表行業(yè)有很多種儀表可以進(jìn)行界面測(cè)量，而為什么在油田的油水界面測(cè)量方面又幾乎是一個(gè)空白呢？這主要是由于這一場(chǎng)合不同于其他界面測(cè)量，工藝條件極其復(fù)雜。
原油從油井里被打出來(lái)后，經(jīng)過(guò)加熱，送到采油站進(jìn)行計(jì)量，再經(jīng)過(guò)中轉(zhuǎn)站進(jìn)行分離后進(jìn)入聯(lián)合站。在聯(lián)合站，首先經(jīng)過(guò)計(jì)量、加熱，而后將原油送至一級(jí)沉降罐(在一級(jí)沉降罐內(nèi)原油一般常年保持在60℃左右)，經(jīng)過(guò)沉降分離送至中間罐，然后經(jīng)過(guò)脫水泵脫水，再經(jīng)過(guò)二次加熱進(jìn)入二級(jí)沉降罐(在二級(jí)沉降罐內(nèi)原油一般常年保持在80℃左右)，最后送到成品罐，需要進(jìn)行油水界面測(cè)量的是一級(jí)沉降罐和二級(jí)沉降罐。一級(jí)沉降罐和二級(jí)沉降罐的罐高一般在13m左右，罐底設(shè)有一個(gè)排水孔，罐上部大約在11m左右的位置設(shè)有一個(gè)溢流孔，原油進(jìn)料口一般從底部伸到罐的中部，大約在7m左右的位置。當(dāng)原油從7m左右的位置進(jìn)入到罐中時(shí)，由于破乳劑及重力和浮力等因素的影響，密度較小的原油會(huì)向上升，密度較大的水會(huì)向下沉降，從理論上講，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的沉降可以得到一個(gè)清晰的原油與水的分界面。
伺服式液位計(jì)一直被廣泛地用于儲(chǔ)罐液位的高精確度測(cè)量，因?yàn)樗且环N多功能儀表，既可以測(cè)量液位也可以測(cè)量界面、密度和罐底等參數(shù)。
伺服式液位計(jì)基于浮力平衡的原理，由微伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)體積較小的浮子，能精確地測(cè)出液位等參數(shù)。如圖1所示，浮子用測(cè)量鋼絲懸掛在儀表外殼內(nèi)，而測(cè)量鋼絲纏繞在精密加工過(guò)的外輪鼓上；外磁鐵被固定在外輪鼓內(nèi)，并與固定在內(nèi)輪鼓的內(nèi)磁鐵耦合在一起。
當(dāng)液位計(jì)工作時(shí)，浮子作用于細(xì)鋼絲上的重力在外輪鼓的磁鐵上產(chǎn)生力矩，從而引起磁通量的變化。輪鼓組件間的磁通量變化導(dǎo)致內(nèi)磁鐵上的電磁傳感器(霍爾元件)的輸出電壓信號(hào)發(fā)生變化。其電壓值與儲(chǔ)存于CPU中的參考電壓相比較。當(dāng)浮子的位置平衡時(shí)，其差值為零。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)液位變化時(shí)，使得浮子浮力發(fā)生改變。其結(jié)果是磁耦力矩被改變，使得帶有溫度補(bǔ)償?shù)幕魻栐妮敵鲭妷喊l(fā)生變化。該電壓值與CPU中的參考電壓的差值驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整浮子上下移動(dòng)重新達(dá)到平衡點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)反饋回路，其精確度可達(dá)±0.7mm，而且，其自身帶有的掛料補(bǔ)償功能，能夠補(bǔ)償由于鋼絲或浮子上附著被測(cè)介質(zhì)導(dǎo)致的鋼絲張力的改變。
測(cè)量界面的原理與伺服式液位計(jì)基本相同，即根據(jù)原油與水兩種介質(zhì)密度的不同導(dǎo)致所受浮力的不同而進(jìn)行精確的界面測(cè)量。
當(dāng)今，世界自動(dòng)化儀表行業(yè)有很多種儀表可以進(jìn)行界面測(cè)量，而為什么在油田的油水界面測(cè)量方面又幾乎是一個(gè)空白呢？這主要是由于這一場(chǎng)合不同于其他界面測(cè)量，工藝條件極其復(fù)雜。
原油從油井里被打出來(lái)后，經(jīng)過(guò)加熱，送到采油站進(jìn)行計(jì)量，再經(jīng)過(guò)中轉(zhuǎn)站進(jìn)行分離后進(jìn)入聯(lián)合站。在聯(lián)合站，首先經(jīng)過(guò)計(jì)量、加熱，而后將原油送至一級(jí)沉降罐(在一級(jí)沉降罐內(nèi)原油一般常年保持在60℃左右)，經(jīng)過(guò)沉降分離送至中間罐，然后經(jīng)過(guò)脫水泵脫水，再經(jīng)過(guò)二次加熱進(jìn)入二級(jí)沉降罐(在二級(jí)沉降罐內(nèi)原油一般常年保持在80℃左右)，最后送到成品罐，需要進(jìn)行油水界面測(cè)量的是一級(jí)沉降罐和二級(jí)沉降罐。一級(jí)沉降罐和二級(jí)沉降罐的罐高一般在13m左右，罐底設(shè)有一個(gè)排水孔，罐上部大約在11m左右的位置設(shè)有一個(gè)溢流孔，原油進(jìn)料口一般從底部伸到罐的中部，大約在7m左右的位置。當(dāng)原油從7m左右的位置進(jìn)入到罐中時(shí)，由于破乳劑及重力和浮力等因素的影響，密度較小的原油會(huì)向上升，密度較大的水會(huì)向下沉降，從理論上講，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的沉降可以得到一個(gè)清晰的原油與水的分界面。
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