新型智能液位計(jì)研制

東營(yíng)職業(yè)學(xué)院

王飛飛，劉 婧，洪佳琦，王華營(yíng)

1 作品介紹

當(dāng)前在用的機(jī)械式浮子液位監(jiān)測(cè)裝置存在三類(lèi)問(wèn)題：機(jī)械式浮子鋼絲力矩傳送不準(zhǔn)確、罐頂不密封造成油氣外溢、無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能化。針對(duì)上述問(wèn)題，研置了一種新型智能液位計(jì)。研制方箱式密封油密封裝置，提高裝置的承壓能力和密封性；在液位監(jiān)測(cè)裝置中安裝平衡阻尼器，穩(wěn)定液位處于正確位置；安裝云計(jì)算智能監(jiān)控器，通過(guò)與ZigBee 射頻模塊結(jié)合，使系統(tǒng)具有分散采集、分散處理、無(wú)線傳送、集中監(jiān)控等功能。配套物聯(lián)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、分析、巡察、報(bào)警、歸類(lèi)、地理位置定位、數(shù)據(jù)報(bào)表曲線下載，手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備APP 隨時(shí)隨地監(jiān)控報(bào)警等功能。該項(xiàng)目已累計(jì)穩(wěn)定運(yùn)行11 184 小時(shí)，節(jié)約油氣20 萬(wàn)噸，實(shí)現(xiàn)直接經(jīng)濟(jì)效益近億元。

2 技術(shù)原理

2.1 密封方箱研制

在裝置中安裝導(dǎo)向滑輪將鋼絲導(dǎo)向罐外，并在裝置中添加密封油進(jìn)行油氣密封。該裝置外形為方箱型，內(nèi)部通過(guò)兩個(gè)定滑輪對(duì)鋼絲繩進(jìn)行導(dǎo)向后由罐內(nèi)轉(zhuǎn)向罐外，中間箱內(nèi)加入密封油，對(duì)罐內(nèi)外進(jìn)行密封。將“U”型導(dǎo)向設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)改為容積式導(dǎo)向裝置，提高裝置承壓能力；優(yōu)選密度大、凝固點(diǎn)低、沸點(diǎn)高的不易揮發(fā)的液體介質(zhì)作為密封油，提高穩(wěn)定性；安裝密封油標(biāo)尺，隨時(shí)掌握密封油油位，防止缺油造成油氣外溢；安裝排污絲堵，便于更換密封油和冬季排污放水。

2.2 多功能檢測(cè)儀

根據(jù)液位罐的幾何形狀設(shè)計(jì)三個(gè)連接鋼帶導(dǎo)向滑輪，一個(gè)信息碼帶導(dǎo)向滑輪，均采用頂尖式，轉(zhuǎn)動(dòng)阻力小，耐腐蝕性強(qiáng)。在液位監(jiān)測(cè)裝置中安裝平衡阻尼器和浮子引導(dǎo)裝置，避免進(jìn)出料或攪拌時(shí)液位晃動(dòng)使浮子轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生偏差。

系統(tǒng)具有分散采集、分散處理、無(wú)線傳送、集中監(jiān)控等功能。采集模塊包含編碼器，轉(zhuǎn)動(dòng)柱轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將轉(zhuǎn)動(dòng)角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，同時(shí)對(duì)電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行編制，轉(zhuǎn)換為可進(jìn)行通信、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式；處理模塊包括CPU 處理器，其用于讀取編碼器發(fā)送的信號(hào)，對(duì)編碼器發(fā)送的信號(hào)譯碼并執(zhí)行指令，編碼器的輸出端和CPU 處理器的輸入端相連，CPU 處理器輸入端和伺服電機(jī)與液位監(jiān)測(cè)裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控表盤(pán)輸出端相連；執(zhí)行模塊包括伺服電機(jī)和液位監(jiān)測(cè)裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控表盤(pán)，伺服電機(jī)接收CPU處理器處理后的指令，將接收的指令轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以驅(qū)動(dòng)從齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，液位監(jiān)測(cè)裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控表盤(pán)接收CPU 處理器發(fā)送的指令，并在液位監(jiān)測(cè)裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控表盤(pán)顯示。

無(wú)線傳感器模塊體積小且可無(wú)線傳播數(shù)據(jù)，并且自身具有一定的數(shù)據(jù)處理能力，適用于低功耗運(yùn)作，配合獨(dú)立電源可在沒(méi)有外部電力的情況下采集、發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.3 智能終端

云平臺(tái)負(fù)責(zé)收集并保存?zhèn)鞲衅魃蟼鞯臄?shù)據(jù)，可處理一定的業(yè)務(wù)邏輯。云平臺(tái)可以為私有云、物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)以及第三方數(shù)據(jù)平臺(tái)。基于GPRS 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或NB-IoT 窄帶物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，選用全網(wǎng)通物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線芯片，其支持B1/B3/B8/B5/B20/B28頻段。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）改進(jìn)傳統(tǒng)靜壓式液位監(jiān)測(cè)裝置的工作、信號(hào)傳輸方式，與ZigBee 射頻模塊結(jié)合，使系統(tǒng)具有分散采集、分散處理等功能。NB-IoT 產(chǎn)品安裝位置有基站信號(hào)，費(fèi)用低流量少。（2）針對(duì)壓力傳感器受溫度影響產(chǎn)生的測(cè)量誤差，提出相應(yīng)的溫度補(bǔ)償方法。（3）傳統(tǒng)浮子式鋼帶液位監(jiān)測(cè)裝置存在較大安全隱患，故設(shè)計(jì)了測(cè)量模塊、液位測(cè)量模塊、控制模塊、密封模塊，提高裝置的承壓能力和密封性，穩(wěn)定浮子，使其低功耗運(yùn)行，節(jié)約資源。

4 發(fā)展前景

液位監(jiān)測(cè)裝置廣泛應(yīng)用于石油石化產(chǎn)業(yè)，目前國(guó)內(nèi)外缺少將機(jī)械式浮子液位監(jiān)測(cè)裝置的穩(wěn)定性與無(wú)線監(jiān)控的智能化相結(jié)合的研究，市場(chǎng)前景可觀；國(guó)內(nèi)能源企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型步伐加快，新一代信息技術(shù)融合傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)將助力能源企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。石油石化行業(yè)將“綠色低碳”作為企業(yè)戰(zhàn)略。