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象，而反射光及折射光的比率與構成交界面的兩種介質(zhì)的相對折射率有關(guān)。正是利用了臨界角雙反射原理檢測油品輸送過(guò)程中混油段介質(zhì)折射率的變化，進(jìn)而實(shí)現油品界面檢測功能。

 

2 超聲波流量計工作原理

        超聲波流量計是利用聲學(xué)原理通過(guò)對管道中流體的聲速測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，以時(shí)差法為測量原理，主要由超聲波換能器、信號處理電路及流量顯示系統等 3 部分組成。通過(guò)速度差測量流體的流速，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。流量計通過(guò)對管道內輸送介質(zhì)不同方向的超聲波傳播速度進(jìn)行測量，并經(jīng)流量計算機進(jìn)行數據處理，得出管道內介質(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 超聲波流量計聲速檢測油品界面功能實(shí)現

        西部某成品油輸油站場(chǎng)進(jìn)站超聲波流量計可顯示聲速信號，通過(guò)觀(guān)察汽油和柴油聲速值不一樣，采用超聲波流量計聲速作為油品界面監測信號，由于現場(chǎng)超聲波流量計只有一個(gè)輸出端口（4～20）mA，傳輸協(xié)議為 HART（Highway Addressable Re－mote Transducer，可尋址遠程傳感器高速通道的開(kāi)放通信協(xié)議）。而上位機需要顯示瞬時(shí)流量、累計流量和超聲波聲速 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。HART 模塊通信配置，Port 0 口做主設備，讀取 10 個(gè)控制字，#大讀取現場(chǎng) 6 臺設備，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 數組類(lèi)型為INT，通過(guò) COP 指令將數據入 HART1.Auto_Poll 浮點(diǎn)型數組中。

        在 B：16：I.Data[2]-B：16：I.Data[11]中存放地衣條控制字讀取的主變量值，即 HART1.Auto_Poll[1].PV 中存放地衣條控制字讀取的主變量值。

 

        采用先金的 SCADA（Supervisory Control And Data Acquisi－tion，監視控制與數據采集系統）技術(shù)，將現場(chǎng)儀表信號通過(guò)第三方模塊采入 PLC（Programmable Logic Controller，可編程式邏輯控制器），并上傳至人機圖形用戶(hù)界面。該 SCADA 系統由 AB 的PLC、通信服務(wù)器、操作員工作站、打印機、交換機、路由器和不間斷電源等設備組成，主要完成站內工藝數據采集、監視、控制等功能，并向調度中心傳送實(shí)時(shí)數據，接受調度中心下達的任務(wù)。站場(chǎng) MMI（Man Machine Interface，人機界面）軟件采用 Tel－vent 的 OASYS，Telvent 公司的 OASyS SCADA 是一個(gè)具有開(kāi)放體系結構的系統，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、路由器、通過(guò)交換機連接成局域網(wǎng)。PLC 通過(guò)路由器將數據上報調度中心，通信服務(wù)器通過(guò)局域網(wǎng)從 PLC 獲得數據，工作站從通信服務(wù)器獲得數據。當冗余機架中任一個(gè)機架上的任一模塊出現問(wèn)題，都會(huì )自動(dòng)切到另一個(gè)機架上，CPU（Central Processing Unit，中央處理器）繼續工作，不會(huì )影響現場(chǎng) I/O 點(diǎn)的采集和控制。

 

4 2 種監測方法的比較

        通過(guò)近 3 個(gè)月的趨勢圖對比，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)界面儀穩定性和準確性更高，通過(guò)調校光學(xué)界面檢測信號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。

 

        根據一段時(shí)間采集的數據，發(fā)現汽油密度在（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，采集汽油推柴油數據（表 1），發(fā)現超聲波聲速與密度變化一致，靈敏性高，信號穩定，對于密度的微小變化能夠迅速反應出來(lái)，可以用于油品界面跟蹤。如果用超聲波流量計檢測油品界面，可以停用成品油密度撬座，可以徹底解決由于光學(xué)潔面儀失準而無(wú)法有效跟蹤界面的問(wèn)題。不受時(shí)間天氣設備檢修的影響，實(shí)現 24 h 不間斷檢測。

 

5 結論

        目前成品油輸油站場(chǎng)普遍采用的是光學(xué)界面儀監測油品界面信號，由于其對介質(zhì)的潔凈程度要求較高，而國內成品油管道無(wú)法滿(mǎn)足這一要求，需要頻率很高的定期維護保養和調校，且穩定性和可靠性較差，這是所有國內管道上該設備的通病。利用超聲波流量計聲速檢測方法，不需要與介質(zhì)直接接觸，超聲波波長(cháng)短、衍射性能差、定向性能優(yōu)良，在不同的介質(zhì)中速度穩定，通過(guò)實(shí)際應用，穩定性和可靠性也較好，可以在全國范圍內推廣。對基層單位來(lái)講可以停用相應設備，降低管理難度和維護的工作量，實(shí)現一機多能。超聲波聲速監測油品界面的準確度、精度以及在不同環(huán)境溫度下的差異還需進(jìn)一步研究。