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炼油厂换热器泄漏监测系统的研究情况点击：1749 日期：[ 2014-04-26 21:13:56 ] |
| 炼油厂换热器泄漏监测系统的研究情况 刘 雷1,党 建2,任润宝1 (1.土哈油田公司技术监测中心,新疆鄯善838202;2.中石油华北石化公司) 摘要：换热器是石化生产装置的重要设备,一旦泄漏,不但影响正常生产,造成经济损失,而且泄漏的油料还会污染环境、腐蚀设备。因此,及时、快速、准确地监测油料泄漏可以最大限度地减少经济损失和减轻环境污染。本文介绍了一种简便的换热器泄漏监测方法,能够及时、快速、准确地检测油料泄漏。该方法是对电信号进行相关处理,实现水冷器泄漏的监测与定位,无需建立管道的数学模型,使用设备少,可实现实时监测,且监测速度快、灵敏度高。 关键词：换热器;检测系统;单片机;电位法 中图分类号：TE22 文献标识码：A 文章编号：1671-1041(2009)02-0002-03 0 引言 换热器是石化装置的重要设备之一。在石化装置中常常采用循环水作冷却介质,以水为换热介质的换热器称为水冷器。水冷器泄漏在石化企业中是一个普遍存在的问题,也是长期以来困扰企业的一大难题。对于一套有上百台水冷器的装置,若仅有一个循环水入口和一个循环水出口,即使测出了出口的水中油浓度,也很难快速查出泄漏的源头。因此需要在泄漏量很低时就能快速准确地发现,并且能判断出发生泄漏的位置。所以,检测方法的准确度和灵敏度以及实用性对问题的解决起着重要作用[1]。本文提出了用电化学原理进行在线监测的方法,研究一种结构简单、价格低廉、性能可靠的水冷器泄漏在线监测系统。 1 电位分析法基本原理 电位分析法是在通过电池的电流为零的条件下测定电池的电动势或电极电位,从而利用电极电位与浓度的关系来测定物质浓度的一种电化学分析方法。直接电位法是电位分析法的主要类型。在直接电位法中,电极电位是在零电流下(即通过指示电极的电流为零)测得的平衡电位,此时,电极上的电极过程处于平衡状态。在此状态下,电极电位与溶液中参与电极过程的物质的活度之间的关系服从能斯特方程,这是电位分析法的理论基础[2]。 直接电位法利用一支指示电极与另一支合适的参比电极构成一个测量电池,如图1所示[3]。 原则上讲,测量出电极电位就可以根据能斯特方程求出离子活度,但事实上,单支指示电极的电位是无法测量的,必须有另一支电位恒定的所谓参比电极一同插入待测试液中组成化学电池,通过测量电池的电动势来间接测量指示电极的电位,用能斯特方程得出被测溶液的活度(或浓度)值。 在测量电路中,指示电极与参比电极组成的测量电池可表示为: 指示电极|待测离子溶液a|参比电极上述电池电动势与待测离子活度的关系为: E电池=φ参-φ指+φ液界(1) 电位法是在溶液平衡体系不发生变化的条件下来测量的,测的是物质游离离子的量[4]。 2 换热器泄漏监测仪硬件设计 在线监测仪的结构如图2所示。 控制器是以AT89C51单片机为核心,以输入、输出、键盘/显示及其它辅助电路构成[5]。 四个传感器的输出信号作为该控制器的输入信号,用于监测换热器是否发生泄漏。根据用户需要,还可进行扩展。由两电极构成的传感器相当于原电池,其内阻很大,输出信号很微弱。为了减小信号在传感器内阻上的消耗,提高测量精度,在传感器与A/D转换器之间增加了电压跟随器进行阻抗变换。经过阻抗变换后的电压信号送入A/D转换器进行模/数转换,转换后的数字量送入AT89C51单片机中进行数字处理,确认是否需要报警。四位LED显示器用于显示换热器出口循环水中的含硫量。键盘用于修改含硫量的上限报警值等参数。本系统的设计原则是高效、实用、方便。所谓高效,主要是指监测效率高,较快的速度、较高的质量完成监测功能;所谓实用,是指尽可能地增加系统的可扩展性、灵活性,功能尽量完善,尽可能提高监测精度;所谓方便是指操作、维护、使用、调试尽可能地简单方便。 2 . 1 单片机89C51 单片机具有较强的管理功能,由它对系统各部分进行管理和控制,使得整个系统体积小、智能化、功能强、使用电子元件较少、内部配线少、成本低、调试及维修方便。本监测系统采用89系列单片机中的AT89C51作为核心部件。 2. 2 信号处理 由两电极构成的传感器相当于原电池,其内阻很大,输出信号很微弱。为了减小信号在传感器内阻上的消耗,提高测量精度,在传感器与A/D转换器之间增加了电压跟随器进行阻抗变换。电压跟随器由高输入阻抗的放大器和电阻电容构成[6]。其输出电压为: V0=Ei (2) 2. 3 A /D转换部分 A/D转换部分电路如图3所示。 AD77OS是三线(时钟线SCLK、数据输入线DIN和数据输出线DOUT)串行接口芯片。由于数据输入和数据输出是分时传输的,故两条数据可连接在一起(芯片说明书建议的)与89C51的P3. 0相连进行数据通信;时钟SCLK与89C51的P3.1相连,由P3. 1提供时钟信号; P2. 6作为片选信号; P2. 5与AD77OS的逻辑输出端相连用于判断AD77OS的输出状态。为了提高A/D转换的精度,用MC14O3输出的2. 5v基准电压作为AD7705的参考电压。P2. 7与AD7705的复位端RESET相连提供复位信号。P2. 3和P2. 4用于通道选择[7]。 2. 4 显示/键盘接口电路 键盘和显示是操作人员与监测仪之间交换信息的窗口。一个安全可靠的监测系统必须具有方便灵活的交互功能。它既可及时地反映系统的工作状态,又可在必要时进行参数设定。由于常规的键盘和显示方式所占用的I/O口线较多,故在本系统中采用扩展的串行口进行键盘和显示操作。 2. 5 时钟、外部数据存储器及CPU监控电路 外部数据存储器及监控电路如图4所示。 在本系统中采用的是时钟及数据存储器电路, CUP是以串行通信的方式与它们进行通信。时钟电路选择PHILIP,公司的时钟芯片8583,它内部集成了可编程Watch-Dog-Timer、512byte的RAM。这种组合降低了系统的成本并减少了电路板的面积。 2. 6 输出报警电路 压电蜂鸣器接口电路如图5所示。当循环水中的硫离子含量超过报警上限时,就会使PI. 5输出为高电平, 7406输出为低电平,蜂鸣器中有电流通过,从而使蜂鸣器鸣音报警。 3 结论 本系统结构简单、成本低廉,监测系统可对循环水中硫离子含量进行监测,并通过显示器显示循环水中的硫离子含量。当硫离子含量超过报警限时,监测系统以声音的形式报警,提示操作人员循环水中硫离子含量已超标,即表明水冷器内部己发生泄漏。经实验室试验,该监测系统性能可靠、灵敏度较高、报警及时准确。 参考文献 [1]李本高,王征,李亚红.石油化工装置泄漏物料对循环水处理的危害[J].石油炼制与化工, 2001, (2): 16-18. [2]苏兴冶,李志义,金艳.基于电化学传感器的循环水系统油料泄漏实时监测系统的设计[ J].农机化研究, 2006 (5):44-47. [3]郑淳之,梅建.水处理剂和工业循环冷却水系统分析方法[M].北京:化学工业出版社, 2000: 381. [4]方宇翘.离子浮选一分光光度法测定水中痕量化合物分析[J].上海环境科学, 1990, 9(1): 19-20. [5]陈华波,涂亚庆.输油管道泄漏检测方法综述[J].管道技术与设备, 2000, (1): 38-41. [6]张友汉.电子线路设计应用手册[M].福建科学技术出版社,2002: 158-178. [7]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京:北京航空航大大学出版社, 2001: 182-215.作者简介:刘雷(1981-),男,助理工程师,研究方向:油田测控系统;党建,男,助理工程师,研究方向:油田化学。 |
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