1 光學界面儀工作原理

        光學界面儀在不同傳播介質(zhì)的交界面上會同時發(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)的相對折射率有關。正是利用了臨界角雙反射原理檢測油品輸送過程中混油段介質(zhì)折射率的變化，進而實現(xiàn)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原理通過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(tǒng)等 3 部分組成。通過速度差測量流體的流速，且時間差與介質(zhì)速度成正比，介質(zhì)流速越快，時差值就越大。流量計通過對管道內(nèi)輸送介質(zhì)不同方向的超聲波傳播速度進行測量，并經(jīng)流量計算機進行數(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 超聲波流量計聲速檢測油品界面功能實現(xiàn)

        西部某成品油輸油站場進站超聲波流量計可顯示聲速信號，通過觀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(jiān)測信號，由于現(xiàn)場超聲波流量計只有一個輸出端口（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放通信協(xié)議）。而上位機需要顯示瞬時流量、累計流量和超聲波聲速 3 個主變量，因此選用了 AB（Allen-Bradley）公司 MVI156-HART 第三方通信模塊，通過該模塊可以同時采集這 3 個信號。HART 模塊通信配置，Port 0 口做主設備，讀取 10 個控制字，#大讀取現(xiàn)場 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(nèi)部地址從 400 開始，命令字如圖 2 所示。PLC 程序如圖 3 所示，其中，B：16：I.Data 數(shù)組類型為INT，通過 COP 指令將數(shù)據(jù)入 HART1.Auto_Poll 浮點型數(shù)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(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）技術(shù)，將現(xiàn)場儀表信號通過第三方模塊采入 PLC（Programmable Logic Controller，可編程式邏輯控制器），并上傳至人機圖形用戶界面。該 SCADA 系統(tǒng)由 AB 的PLC、通信服務器、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(nèi)工藝數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制等功能，并向調(diào)度中心傳送實時數(shù)據(jù)，接受調(diào)度中心下達的任務。站場 MMI（Man Machine Interface，人機界面）軟件采用 Tel－vent 的 OASYS，Telvent 公司的 OASyS SCADA 是一個具有開放體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，PLC 采用 AB 的 ControlLogix 系列產(chǎn)品。PLC、通信服務器、操作員工作站、打印機、路由器、通過交換機連接成局域網(wǎng)。PLC 通過路由器將數(shù)據(jù)上報調(diào)度中心，通信服務器通過局域網(wǎng)從 PLC 獲得數(shù)據(jù)，工作站從通信服務器獲得數(shù)據(jù)。當冗余機架中任一個機架上的任一模塊出現(xiàn)問題，都會自動切到另一個機架上，CPU（Central Processing Unit，中央處理器）繼續(xù)工作，不會影響現(xiàn)場 I/O 點的采集和控制。

 

4 2 種監(jiān)測方法的比較

        通過近 3 個月的趨勢圖對比，以 12 月 6 日和 12 月 8 日為例，經(jīng)過 2 個批次的油品切割聲速與密度的變化保持一致，相比于光學界面儀穩(wěn)定性和準確性更高，通過調(diào)校光學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發(fā)生變化，有時油頭已過界面才發(fā)生變化的情況。

 

        根據(jù)一段時間采集的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)汽油密度在（755～756）kg/m3變化時，聲速在（1228～1238）m/s 變化；柴油密度在（832～835）kg/m3變化時，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，信號穩(wěn)定，對于密度的微小變化能夠迅速反應出來，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潔面儀失準而無法有效跟蹤界面的問題。不受時間天氣設備檢修的影響，實現(xiàn) 24 h 不間斷檢測。

 

5 結(jié)論

        目前成品油輸油站場普遍采用的是光學界面儀監(jiān)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(nèi)成品油管道無法滿足這一要求，需要頻率很高的定期維護保養(yǎng)和調(diào)校，且穩(wěn)定性和可靠性較差，這是所有國內(nèi)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，通過實際應用，穩(wěn)定性和可靠性也較好，可以在全國范圍內(nèi)推廣。對基層單位來講可以停用相應設備，降低管理難度和維護的工作量，實現(xiàn)一機多能。超聲波聲速監(jiān)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一步研究。