油中含水監測方法和監測儀的製作方法

2023-05-29 10:11:51

專利名稱：油中含水監測方法和監測儀的製作方法
油中含水監測方法和監測儀技術領域
本發明屬於石油儀表分析技術領域，涉及一種原油含水量的檢測，具體涉及一種基於電磁波方法檢測油中含水量的監測方法和監測儀。
背景技術：
原油含水率是石油化工行業一個重要參數，檢測原油含水率是原油開採脫水處理集輸計量儲運銷售及溼疣是由煉製等過程被普遍關注的問題。若原油含水率檢測不準，將直接影響油井及油層動態分析，破壞電脫水器重電場，降低脫水效果，給原油集輸造出很大能源浪費。因此原油含水率的檢測十分重要，歷來倍受關注，先後提出多種測量方法，設計出不同形式的含水率測試儀表，但由於原油含水率測量受到多種因素的影響，且與其影響因素具有複雜的非線性關係，始終缺乏一種既簡便快捷、又準確實用的預測模型。發明內容
本發明的目的是提供一種簡便快捷、又準確實用的油中含水的監測方法和監測儀。
本發明提供的油中含水監測方法為:將恆幅、穩頻的電磁波信號發射到含水的油中，利用油水的介電常數不同，引起阻抗變化，從而可以測得電磁波信號能量損失，進而得到油中的含水值。
優選地，所述電磁波信號振幅為土 12V，頻率為5-20MHZ。
油中的含水量與損失後的電磁波能量關係通過實際測量進行參數標定而預得。
優選地，方法根據溫度對介質界電常數的影響，進行了溫度補償。例如，用溫度傳感器PT1000進行溫度補償，將測量到的電阻信號轉換為4-20MA電流信號。
優選地，採用24位高精度轉換器AD7799和微處理器晶片STM32，通過RS485節點組網，基於前期對原油含水率的研究，利用監控中心的上位機的數據和軟體。
本發明提供的油中含水監測儀包括電磁波發射裝置、探測監測介質中電磁波能量的探測裝置、模數轉換器、處理器和操控裝置，所述探測裝置連接所述模數轉換器，所述電磁波發射裝置、所述模數轉換器、所述操控裝置都與所述處理器連接。
還可以包括都與所述處理器連接的電源模塊和顯示器。
優選地，所述模數轉換器為AD7799，所述處理器為STM32。
本發明提供的油中含水監測方法和監測儀既簡便快捷，又準確實用。該方法可廣泛地應用於油田原油脫水站、轉運站、計量站、卸油站、輸油管道及煉油廠等需要計量、監測油中含水量的部位。由於該監測儀的性能優異及其廣泛的應用性，給石油、石化工業準確迅速監測油中含水量提供了新的，有效的方法和手段，受到使用單位的好評。油中含水監測儀經實驗室例行試驗的嚴格考核，經油田、煉油廠多處現場歷時幾年全天候、具有爆炸性氣體、在線連續運行考驗，充分顯示出該儀器所具有的運行穩定可靠、測量準確迅速、安裝操作方便、安全防爆、不用維修、適應性強、體積小、重量輕、耗電少、不鏽蝕，對人體無害等獨具一格的優異性能。


圖1是本發明油中含水監測儀實施例的結構示意圖2是本發明油中含水監測儀結構示意圖3本發明油中含水監測儀表示意圖4本發明油中含水監測儀組成RS485網絡流程圖5本發明油中含水監測儀4_20Ma流程圖6本發明油中含水監測儀高精度AD7799流程圖。
圖7為本發明油中含水監測儀用PT1000經XTRlOl轉換模塊進行溫度信號採集的流程圖。
圖中:1_電磁波發射裝置、2-探測裝置、3-模數轉換器、4-處理器、5-操控裝置、6-顯示器、7-電源模塊。 具體實施方式
本發明主要涉及一種基於高頻(例如5—20M)電磁波產生和放大電路，應用高性能ARM處理器採集油水變化率信號，同時設計了溫度測量電路來消除溫度變化對測量結果造成的不利影響。
以10%為間隔點，對0-100%含水範圍內的油水混合液進行靜態分析，實驗結果表明，通過測量電磁波吸收的方法來測量原油含水率的方法是可行的。具體的處理算法例如為:以10%為間隔點，對0-100%含水範圍內的油水混合液進行靜態分析，需要11個標定數據。11個標定數據從小到大排列，首先測量純水採樣值和純油採樣值，然後再測量10%，每隔10%進行採樣值測量。假設AD採樣到一個不是在每隔10%的採樣值，這是就需要計算採樣在那個含水段，配合採樣得到的溫度值進行補償，就可以得到相對精確的含水採樣值。
本發明所採用的主要原理是:
以電磁波為工作頻率，通過發射裝置，將恆幅、穩頻的電磁波信號發射到含水原油中。由於油和水的介電常數差異較大，油水比例發生變化時導致電容的變化，從而會引起振蕩頻率的變化，通過測量振蕩頻率就可以測量管道中介質的含水值。根據油中含水量的不同，探測裝置將這個因原油含水量不同而引起吸收電能不同的信號傳送到儀表處理器。經處理、放大、線性校正後輸出一隨油中含水量而變化的標準電信號，該信號轉換為含水比例。
下面列舉一些本發明的油中含水監測儀可以採用的一些較佳的技術手段:
1.採用24位高精度轉器AD7799，AD7799為適合高精度測量應用的低功耗、低噪聲、完整模擬前端，內置一個低噪聲16位/24位Σ -Δ型ADC,其中含有3個差分模擬輸入，還集成了片內低噪聲儀表放大器，因而可直接輸入小信號。當增益設置為64、更新速率為4.17Hz時，AD7799的均方根(RMS)噪聲為27nV。AD7799採用2.7V至5.25V電源供電，AD7799的典型功耗為380 μ Α,並採用16引腳TSSOP封裝。
2.採用RS485技術，通過RS485節點方便地組網，實現了低成本、低耗電、網絡節點多、傳輸距離遠的網絡。
3.採用各種低功耗、超低功耗的傳感器和微處理器晶片STM32，大大降低了儀表的功耗；採用專門電源1C，為儀表提供穩定的電源，使得儀表可以連續、長期、穩定地在工作。
4.基於對前期對原油含水率的研究，監控中心的上位機軟體嵌入了多種智能算法，大大減小了數據的誤差，提高了數據的擬合精度；
該油中含水監測儀可以與電磁波傳感器連接到一起，也可以與電容傳感器連接到一起，同時多個儀表連接起來組成網絡進行RS485通信，監控中心和電源模塊，其中:電磁波傳感器用來採集油水變化信號，將採集到的4-20mA電流信號傳輸給本監測儀表。電源模塊，用於為儀表、電磁波傳感器以及RS485提供5V，3.3V，12V以及24V電源。採用低功耗高速運算處理器STM32，配合高精度AD轉換器，並用溫度傳感器PT1000進行溫度補償，將測量到的電阻信號轉換為4-20MA電流信號，測量精度高，這樣進行溫度補償的時候精度也高。
下面結合附圖，對本發明油中含水監測儀的具體實施方式
做進一步說明。
圖1所示，所述油中含水監測儀包括電磁波發射裝置1、探測監測介質中電磁波能量的探測裝置2、模數轉換器3、處理器4和操控裝置5，所述探測裝置2連接所述模數轉換器3，所述電磁波發射裝置1、所述模數轉換器3、所述操控裝置5都與所述處理器4連接。還包括都與所述處理器I連接的電源模塊7和顯示器6。
作為一個具體的實施例，可以包括安裝法蘭，傳感器導杆，傳感器，排汙閥，監測儀表，溫度傳感器。法蘭用來固定本監測儀表，溫度傳感器用來檢測溫度，放在傳感器內部，這樣可以準確探測液體溫度。排汙閥用來排放汙物，監測儀表用來測量信號進行處理然後進行RS485傳輸進行遠程監控。傳感器導杆用來保護傳感器，放在傳感器的外面，防止傳感器的噴塗處理被破壞。
圖2表示了油中含水監測儀更具體的實施例，主要有以下幾部分:
ARM處理器，開關量輸出，信號米集，RS485,電磁波發射，IXD12864顯不，電源模塊，4-20MA電流輸出，按鍵等等。
處理器採用ST公司的STM32F103RET6。STM32F系列屬於中等容量增強型，32位基於ARM核心的帶64或者128K字節快閃記憶體的微控制器USB，CAN, 7個定時器，2個ADC，9個通信接口
開關量輸出用於進行報警，一共2路。
按鍵可以進行各種參數的設置，包括整數，浮點數，系統時間等等。
地址設置可以用於進行RS485地址的設置，可以方便的知道本儀表地址。
液晶顯示器LCD12864採用ST7565R控制IC，ST7565是一款點陣液晶驅動晶片，它具有並行與串行(SPI)兩種接口，通過P/S引腳選取:P/S=1為並行，P/S=0為串行。
4-20MA電流輸出可以通過輸出數字量輸出任意4-20MA的電流。
圖3電源模塊採用WRD240512-3W，可以同時輸出5V和12V電壓，前端添加極性保護電路整流橋2W10，以及防止浪湧的TVS管和防止過流的自恢復保險絲。
圖4油中含水監測儀多臺可以組成網絡，然後通過RS485總線傳輸至監控中心，進行遠程監控。
圖5本油中含水監測儀通過測量含水測量然後轉換成相對應的4-20MA電流輸出。AD5421是一款完整的環路供電數字至4-20mA變送器，功耗比競爭產品低50%，面積節省55%。AD5421集成了可編程電壓調節電路，可以為智能變送器內的外設元件提供所需的低壓電源。通過節約系統功耗預算，AD5421DAC使系統工程師能夠選擇更精確、更高功率的傳感器電子電路，或者增加補充功能。
圖6進行信號採集用的是AD7799。AD7799均為適合高精度測量應用的低功耗、低噪聲、完整模擬前端，內置一個低噪聲16位/24位Σ -Δ型ADC,其中含有3個差分模擬輸入，還集成了片內低噪聲儀表放大器，因而可直接輸入小信號。當增益設置為64、更新速率為4.17Hz時，AD7799的均方根(RMS)噪聲為27nV。片內特性包括一個低端電源開關、基準電壓檢測、可編程數字輸出引腳、熔斷電流控制和一個內部時鐘振蕩器。輸出數據速率通過軟體編程設置，可在4.17Hz至470Hz的範圍內變化。AD7799採用2.7V至5.25V電源供電，典型功耗為380 μ A，採用16引腳TSSOP封裝。
測定實例
2011年通過若干次室內試驗後，於7月在長慶油田採油二廠進行現場試驗。取得試驗數據如下:
現場井口含水測試7月19日到7月22日數據如下:

權利要求
1.一種油中含水監測方法，其特徵在於，將恆幅、穩頻的電磁波信號發射到含水的油中，利用油水的介電常數不同，引起阻抗變化，從而測得電磁波信號能量損失，進而得到油中的含水值。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述電磁波信號振幅為±12V，頻率為5-20MHZ。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，油中的含水量與損失後的電磁波能量關係通過實際測量進行參數標定而預得。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法根據溫度對介質介電常數的影響，進行了溫度補償。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，用溫度傳感器PTlOOO進行溫度補償，將測量到的電阻信號轉換為4-20MA電流信號。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，採用24位高精度轉換器AD7799和微處理器晶片STM32，通過RS485節點組網，基於前期對原油含水率的研究，利用監控中心的上位機的數據和軟體。
7.一種油中含水監測儀，其特徵在於，包括電磁波發射裝置、探測監測介質中電磁波能量的探測裝置、模數轉換器、處理器和操控裝置，所述探測裝置連接所述模數轉換器，所述電磁波發射裝置、所述模數轉換器、所述操控裝置都與所述處理器連接。
8.根據權利要求7所述的一種油中含水監測儀，其特徵在於，還包括都與所述處理器連接的電源模塊和顯示器。
9.根據權利要求7所述的一種油中含水監測儀，其特徵在於，所述模數轉換器為AD7799，所述處理器為STM32。
全文摘要
本發明提供了一種油中含水的監測方法和監測儀。本發明提供的油中含水監測方法為將恆幅、穩頻的電磁波電能發射到含水的油中，利用油水的介電常數不同，引起阻抗變化，從而可以測得電磁波能量損失，進而得到油中的含水值。本發明提供的油中含水監測儀，包括電磁波發射裝置、探測監測介質中電磁波能量的探測裝置、模數轉換器、處理器和操控裝置，所述探測裝置連接所述模數轉換器，所述電磁波發射裝置、所述模數轉換器、所述操控裝置都與所述處理器連接。上述油中含水監測方法和監測儀既簡便快捷，又準確實用。可廣泛地應用於油田原油脫水站、轉運站、計量站、卸油站、輸油管道及煉油廠等需要計量、監測油中含水量的部位。
文檔編號G01N22/04GK103185732SQ201210530078
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者賀江林 申請人:北京乾達源科技有限公司