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光纤传感器

来源：宝玛科技网

第24卷　第4期

2002年4月

武　汉　理　工　大　学　学　报

JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

Vol.24　No.4　Apr.2002

文章编号:167124431(2002)0420087204

光纤传感应用于油田联合站安全检测与监控3

赵　愚

(武汉理工大学)

唐大鹏

(中石化集团公司河南石油勘探局)　姜德生(武汉理工大学)

　摘　要:　将光纤传感技术引入油田联合站,解决原油储罐液位检测和报警、储罐负压检测和报警、原油流量检测和信号远传,解决三相分离器油、水液位检测与信号远传。满足国内油田联合站生产过程中多参数安全检测与监控迫切需要,提高国内油田生产与安全管理水平,开发应用适合于油田联合站安全监控和远程传输的光纤传感实时系统。关键词:　光纤传感技术;　光纤传感器;　控制技术;　安全监控系统;　油田联合站中图分类号:　TH137.9

文献标识码:　A

油田联合站是原油生产过程中重要的环节之一,是集原油脱水、原油稳定、污水处理、高压注水、油井掺水拌热、原油储运等工艺于一体综合生产厂点,是“一级防火,甲级防爆”连续生产的要害单位,其生产过程的

检测与监控不仅直接关系到成品原油的产品质量、关系到设备的能耗大小,更重要是决定着生产过程的安全平稳运行及原油生产的经济效益。魏岗联合站是河南油田原油外输的咽喉要道。它担负着魏岗油田的原油脱水、原油稳定、污水处理、高压注水、油井掺水拌热、原油储运等项工作,其中处理原油350t󰃗d,污水处理

5000m3󰃗d,注水2000m󰃗d。还担负着我东部油田外输原油4000t󰃗d生产任务,全站共有各类储罐18座,压力容器14台,机泵53台。目前该站存在着如下主要问题:①工艺技术落后,设备老化,检测手段落后,工人劳动强度大,工作效率低;②建站初期,各项工艺配套技术在设计上受到传统观念制约,没有建立起全站整体的生产协调运行,设备不是在高效经济状态下运行,能耗高。同时过多强调以人为本,而不是依靠先进技术和先进生产力来解决生产中的管理、安全和技术问题;③原油储罐采取人工上罐检尺,由于检测手段落后不能有效消除因计量操作环节复杂引发的一系列事故隐患,且发生过冬季因空气湿度大,输油罐湿空气结冰堵塞大罐呼吸阀,连续输油造成负压瘪罐事故发生,近4年就发生过2起5000m3原油罐瘪罐事故;④原油罐区缺少安全监控系统,与现代集输系统安全管理存在较大差距;⑤原油稳定和脱水装置采用传统的气动控制仪表,气信号在传输过程中存在堵、漏、冻现象,灵敏性差、稳定性差使系统运行过程中各类事故频发,据生产报表统计,仅2000年在联合站原油稳定塔和脱水器共发生冲塔、天然气管线串油事故19起,严重的影响了联合站的正常生产运行秩序。

1　技术方案与解决途径

(1)将光纤传感技术引入联合站,运用光纤传感技术具有:实现非电检测,真正本质安全、防爆;实现非接

触式检测,无污染、高绝缘性、抗电磁干扰能力强、检测精度高等特点,解决原油储罐液位检测和报警,解决储罐负压检测和报警,解决原油流量检测和信号远传,解决三相分离器油、水液位检测与信号远传(1～4)。

(2)由于光纤传感产品进入油田联合站很晚,目前还谈不上规模化应用,因此现在成熟光纤传感器无法

全面满足联合站检测的需要。要完成项目研究的技术内容,实现项目的总目标,就必须结合联合站工艺过程检测具体工况,研制和开发相应的光纤传感器。

收稿日期:2001212216.

作者简介:赵　愚(19612),男,副教授;武汉,武汉理工大学光纤中心(430070).3国家光纤传感器产业化示范工程项目(200022327).

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(3)开发用于油、气、水三相分离器油、水液位检测的光纤浮球液位变送器,用以替代现在用的气动仪表,

解决传统气动信号在传输过程中堵、漏、冻现象,提高控制的快速性、检测和控制的可靠性。

(4)开发光纤流量计量仪,应用容积式流量检测原理采用光纤转换和传送方式实现原油流量检测与远传,解决传统电动仪表因传送距离长抗干扰能力低的问题,避免强干扰下,检测系统的误操作。

(5)开发储罐光纤负压报警器,解决原油储罐负压检测与报警问题,可有效预防因呼吸阀堵塞,造成负压瘪罐事故的发生。

(6)油井掺水系统自动控制和原油外输平稳输油自动控制,运用变频器与压力检测构成闭环回路,确保机泵在高效经济区运行,实现节能降耗,降低设备维护率,提高设备使用寿命。

(7)采用目前国际上非常流行的分布式控制技术和现代网络技术组成先进的生产过程控制系统和安全监控系统,实现联合站生产、安全实时监控与管理,并将联合站实时的生产和安全信息联入油田开发网和安全信息网,为油田经营管理层的决策工作提供及时、全面、准确的信息资源。2　一类新型光纤传感器2.1　GY-󰂪、󰂫系列光纤液位计光纤传感器、光电变送器、二次GY系列光纤液位计利用力平衡原理实现液位的检测,系统由测量单元、

仪表、电源和计算机以及光缆组成。由被测介质液面变化引起测量浮球上下移动,测量钢丝绳带动光纤传感器内光码盘转动,同时光纤传感器内两组光学探头输出两组光脉冲信号,经光缆传输到光电变送器,光电变送器将该两组带有液位变化信息的光脉冲信号转变为电脉冲信号,并进行放大整形,传送给二次仪表,经二次仪表判向计数后,显示出储罐内液位值,同时输出信号给计算机,实现罐区内液位自动检测。GY系列光纤液位计的测量单元和光纤传感器安装在罐区现场,光电变送器、二次仪表、电源和计算机系统安装在仪表操作室,两者之间通过光缆连接,完全做到罐区无电检测,本质安全防爆。2.2　GYJ系列液位变送器

光纤液位变送器主要由光纤传感器、光电转换器和二次仪表三部分组成。当浮球随着液位的变化而上升下降时,带动传感器的主轴旋转,通过光学编码器,将旋转的角运动转变为光脉冲信号,经光缆传输到操作室内的光电转换器,由之转变成为电信号输入二次仪表。2.3　GLF-󰂪光纤流量发讯器

光纤流量发讯器由转数传感器和光电转换器组成,其工作原理,转数传感器通过专用联轴器与被测流量计转轴联接,传感器用的光学编码器将被测轴的转动转变成光脉冲信号,经光缆传送到操作室内的光电转换器,转变成方波电脉冲信号,再进入其他二次仪表。2.4　YGQ-󰂪光纤负压报警器

光纤负压报警器的测量元件由灵敏度极高的精密金属膜盒、运动方向转换机构、挡光板等组成。当大罐压力发生变化时,金属膜盒产生形变,并带动方向转换机构作旋转运动,挡光板也随之旋转,在-1961.33Pa压力下,挡光板将行至某一确定位置,切断传感器光路,由此产生报警信号。

3　整体应用解决方案

3.1　系统组成及特点

在系统组成上,现场一次仪表采用光纤传感器、本安型压力变送器和温度传感器,控制系统运用当今较为先进的“整体解决方案”技术,为了进一步增加系统全面性、可靠性、稳定性和安全性,在软件设计上运用国际上流行的MVC技术,即将表示层、控制层、及数据层相分离,三层相辅相成,在使用上很直观地体现出了现场级、监控级、工程师及操作员级、企业管理级多级工作方式,实现真正的工厂综合自动化理想平台、真正的流程工业生产过程的先进控制,优化调度和管理模式。3.1.1　系统的组成

系统由外输控制站、内输控制站(三相分离和稳定控制站)、总控站、原油罐区安全监控系统、事故预案管理等几部分组成,其中外输控制系统、内输控制系统与总控部分以及原油罐区安全监控系统具有相对的性,又有着密切的联系构成一个有机整体。系统构成见图1。

第24卷　第4期　　　　　　　赵　愚等:光纤传感应用于油田联合站安全检测与监控　　　　　　　　　　　　

图1　系统构成图

事故预案管理在结合全站安全管理规定和以往处理事故的一些经验做法的基础上,以文本文件形式将其安装在系统画面中,用来指导和帮助操作工人在紧急状态下快速准确操作处理。3.1.2　系统特点

①高精度测量,本安防爆;②开放的体系结构,可以提供多层的开放数据接口;③有较高的可靠性、稳定性、安全性,维修方便、工艺先进;④丰富的全汉字图形,复杂漂亮的界面,运用了动画技术、图形缩放技术、多级窗口技术、各种数据、曲线、棒图等的实时显示;⑤支持各种生产报表和图形打印功能;⑥丰富的历史记录、报警记录和事故追忆分析功能;⑦强大的系统逐级自诊断功能与故障报警功能;⑧在管理层采用标准的100

安全信息网直接相连。Mbps以太网(TCP󰃗IP协议),应用局域网将联合站与油田的开发网、

4　结　论

生产工艺水平出发,适应现代化工业生产的网络化、信息化的需求,采用a.从提高油田联合站安全技术、

以光纤传感及传输技术为主导的高新技术,在国内首次研究成功用于联合站内各种常规参量(液位、温度、压力、流量、设备运行状态等)的远程检测监控系统,具有典型的行业特点。

压力、液位、流量四大类参数检测技术,除温度、压力参量检测采b.所研究在联合站起主导作用的温度、

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用电动压力变送器和热电阻温度计之外,液位、流量、储罐负压检测全部采用光纤传感器规模之大,技术难度之大,在国内油田联合站属首家。

c.基于监测监控目标,采用光纤传感技术解决储罐的负压瘪罐问题,提出了光纤负压检测技术,成功研制光纤负压报警器,实现了信号远传和联网。

本质安全和传输距d.基于远程监控系统的需要,应用光纤传感技术,解决常规电气仪表在抗干扰能力、离的不足,形成了一种新型的光纤流量检测技术和相关产品,实现了现场的本质防爆,避免了电磁干扰、雷电

干扰进入检测系统。

漏、冻现象,e.应用光纤传感技术,实现了油水三相分离器的检测,解决了传统气信号在传输过程中堵、

提高了检测精度和可靠性。

该技术旨在f.基于联合站生产的连续性和安全性,提出了生产过程中的光纤传感器的安装工艺和技术。联合站所有工艺设备不停产,在线设计和安装检测设备,避免了因停产或停车安装给企业造成的经济损失,

具有很高的实用性和可靠性,值得推广应用。

网络技术和MVC模式的软件编g.在联合站生产过程控制上采用的技术融合了多级分布式控制技术、

程技术等,都是当今国内外在控制工程设计上流行的先进技术,由这些技术的组合完成的功能强大、系统全面、可靠性高的生产过程控制系统,在油田联合站也属首家。将企业的生产情况与计划调度、管理决策一起构成了企业内部的信息集成,为油田管理者的决策工作提供了及时、全面、准确的信息资源,真正实现实时决策。

参考文献

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(2):53～58.

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ApplicationsoftheFiberOpticSensingTechnologyin

theSafetySupervisorySystemoftheOilFieldUniteStation

ZhaoYu　TangDapeng　JiangDesheng

Abstract:　Thefiberopticsensingtechnologyandsafetysupervisorysystemwereusedintheoilfieldunitestation.These2

riesfiberopticsensingproducts(fiberopticliquidlevelmeter,fiberopticnegativepressurewarningdevice,fiberopticfluxtransport,fiberopticliquidleveltransport)anditsmeasuringcontrollingsystemandthefiberopticsafetysupervisorysystemwereappliedtotheindustriesofpetroleum,andtheyhavesolvedathoroughgoingwaythesafetydetectingofthedangeroushazardcircumstanceforeasy2burning,easy2explosivegoodsoftheoilfieldunitestation.

Keywords:　fiberopticsensingtechnology;　fiberopticsensor;　controltechnology;　theoilfieldunitestation;　safety

supervisory

ZhaoYu:　Assoc.Prof.,FiberOpticalSensingTechnologyCenter,WUT,Wuhan430070,China.

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