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储油罐多相界面液位测控系统的研究

储油罐多相界面液位测控系统的研究

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摘要针对辽河油田原油稠油多(粘度大的特点)本文提出和设计了一种单平板分段阵列式电容传感器)利用不同界面物质的介电常数的跳变值实现对储油罐多项界面液位的准确测量)整个测控系统利用三维有限元法处理数据)并由主控计算机适时进行液面画面的显示(记录(存储*

关键词多相界面阵列式电极仿真及优化设计

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0引言

从油井中直接采出的原油里含有大量水(泥沙和天然气)通过三相分离器的分离)就会在储油罐中形成泥沙1水(水1油(天然气1油等几种界面#如图!所示’*为了测定储油罐中的原油量)就必须首先测量出储油罐内原油的上液位和下液位*显然)为了达到这个目的)需要设计一种多项界面测控系统*而传统的电容式液位测量系统仅能检测出单一界面位置)当同时检测多相界面的位置时)仅用一对电极是无法达到目的*为此)我们设计了一种单平板分段列式电容传感器*分段阵列式电极结构具有以下特点2#!’由于电容传感器设计为单极板式)因此结构简单可靠)安装方便)不易被粘稠原油堵塞3#"’电极数4与被测界面数4y应满足关系454y)实际上为了获得较高测量精度)一般设计为4664y3#7’每组电极分别由许多小电极组成激励和接收电极)这对提高检测灵敏度十分有利)并可保证检测误差不超过#G8~’*如图"*

图!原油在分离器中形成的界面

9设计原理

电容式传感器是将被测非电量转换成电容量变化的一种传感器*为研究方便)取其中一组电极作为研究对象)如图"所示*根据实际结构尺寸)作如下简化2 #!’由于!66G)~):)故在保证足够精度条件下将实

第";卷第;期增刊仪器仪表学报"&&7年

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’+(式中0G 为三角形单元面积&7H L 7J L 7A

为三角形顶点电位&#H L #J L #A L K H L K J L K A

为平均系数-一组电极电容量按下式计算0

C

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3’5)6(E ’5)6(P Q

7’O Q (?7’O P

(’=(

式中)O Q 为发射极表面函数&O P

为接收极表面函数-其离散表达式0

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34

3

’H (E 6’H (T %7’O "(?7’O #

(’<(

式中)3’H (为第H 单元内介电系数&E 6’H (为第H 单元6方向场强分量&T 为极板上剖分网格的最小单位长度&

S 为电极上最小单元总数-由上述分析可知)对于给定的一组电极结构参数)通过改变域中各单元介电系数)即可仿真各界面处于电极不同位置的变化情况)从而求出相应的电位分布及电容量-由于空气L 油L 水等介质介电数不同)同时其介电常数受温度U

湿度等的影响很容易发生变化)因此准确测量其介电常数是困难的-然而)空气L 油L 水等介质的介电常数相差很大’3空8*)3油8+;<)3水8:4()并且我们区分其分解面时所利用的原理也并不需要测量出空气L

油L 水的介电常数的准确值)所以即使其介电常数随温度L 湿度而变化)仍可利用不同界面物质的介电常数值的跳变来实现对原油上液面和下液面高度的准确测量-

V 结

储油罐多相界面液位测控系统是针对辽河油田现场条件和状况而研究和开发的)突破了以前同类技术的设计误区)

采用了全新的思维方式和设计思路)能够实现远程无人职守的L 全自动定时测量)从而适时L 准确地测量出储油罐的油U

水界面高度)保证联合站每日盘库的准确性和可靠性)填补油田在这方面的空白-

参考文献

*单成祥编著;

传感器的理论与设计基础及其应用;北京0国防工业出版社)*W W W ;

!王化祥)

尹武良;用于多相界面监测系统的阵列式容栅电容传感器的优化设计)仪器仪表学报)*W W X )*Y ’*(0:Z*+;

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:!仪器仪表学报

第!=

储油罐多相界面液位测控系统的研究

作者:王云松, 付玉红, 宋艳慧

作者单位:王云松,付玉红(中国石油大学,东营,257000), 宋艳慧(中油华北销售分公司,北京

,100101)

刊名:

仪器仪表学报

英文刊名:CHINESE JOURNAL OF SCIENTIFIC INSTRUMENT

年,卷(期):2003,24(z1)

被引用次数:1次

参考文献(2条)

1.单成祥传感器的理论与设计基础及其应用 1999

2.王化祥.尹武良用于多相界面监测系统的阵列式容栅电容传感器的优化设计 1996(01)

相似文献(1条)

1.会议论文王云松.付玉红.宋艳慧储油罐多相界面液位测控系统的研究2003

针对辽河油田原油稠油多、粘度大的特点,本文提出和设计了一种单平板分段阵列式电容传感器,利用不同界面物质的介电常数的跳变值实现对储油罐多项界面液位的准确测量,整个测控系统利用三维有限元方法处理数据,并由主控计算机适时进行液面画面的显示、记录、存储.

引证文献(1条)

1.林海军.滕召胜.杨圣洁.张洪川.迟海毛细管粘度计自适应液位检测方法研究[期刊论文]-仪器仪表学报

2009(3)

本文链接:https://www.doczj.com/doc/d61465740.html,/Periodical_yqyb2003z1092.aspx

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