【《重力油水分离罐自动排水控制系统实验分析案例》5500字（论文）】

重力油水分离罐自动排水控制系统实验分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u5305重力油水分离罐自动排水控制系统实验分析案例 1190291.1引言 1244871.2实验系统的建立 17531.2.1实验装置——分离罐的总体设计 177481.2.2检测装置——双法兰压差变送器的选型 2286421.4实验步骤 5140031.5对照实验——不同高含水率混合液特性实验 7317271.6实验结果及研究 10146271.6.1压差测量值对油罐排水装置精度的影响 1033301.6.2自动排水控制系统的范围应用性 1162411.7小节 121.1引言本文的新型自动排水系统的设计依据、实验的理论过程、各种实验装置的硬件选型及安装、相关程序的设计和连接以及上载等内容和步骤，前几章已经对进行了详尽的描述。本章主要论述该系统的实验及检测装置的建立，验证前文所设计的自动排水控制系统的可行性和合理性等。1.2实验系统的建立1.2.1实验装置——分离罐的总体设计本实验室的场地标准为，分离罐的工作平台台面为1000mm×1000mm的正方形台面，分离罐安装在工作台面上。分离罐的材质是不锈钢（型号304），整体焊接的方式带来的优点就是结构稳定，不易损坏，整体形状是圆筒形，性质为常压容器，尺寸规格：上下圆形直径为1000mm，整体垂直高度为1200mm，壁厚大约3mm。高位法兰中心点距底高度600m，低位法兰中心点距底高度300m，出水孔中心距底高度100m。为方便直观观察罐内油水界面层，在罐体侧壁开设安装了观测视镜。分离罐二维示意图和实物图分别如下图5-1分离罐二维示意图图5-2分离罐实物图1.2.2检测装置——双法兰压差变送器的选型（1）双法兰差压变送器[48]其最主要的作用：将压力传感器检测到物理压力参数转换为标准直流电信号。称之为发射机。压差传感器与变送器通过远端密封装置相连接，成为如图所示的双法兰差压变送器。法兰膜盒、毛细管充液和毛细管组成遥控密封装置，运行期间，法兰膜盒上的隔离膜片因为被液体施加作用力而产生形变，通过毛细管中介质——补充液，将压差信号传递到变送器的敏感元器件上。经过转换后，双法兰差压变送器输出相应的信号。如图5-3即是差压变送器的工作原理：图5-3双法兰压差变送器工作原理如何正确的选择双法兰差压变送器的型号，需要重点考虑以下方面：量程、精度、电气[57-60]。1)发射机测量宽度。市面上常见的变送器都具固定的的测量范围，及量程，因此实验中的量程设置，最好是最大量程的1/4~3/4，这对于差压变送器来说更为重要[56,57]。根据沉降罐的整体设计,沉降槽的高度是1.2米,高位法兰中心距罐底的高度是0.6m，低位法兰中心距罐底的高度是0.3m，两个法兰的中心距是0.3米。当油水界面层的位置处于高法兰以上时，为2800Pa测量范围的上限。当油水界面层的位置处于低法兰以下时，为2585Pa量程下限。量程为25854Pa~2800Pa，即应该选择量程为5000Pa的发射机。2)差压变送器的精度。影响测量精度的主要是性能的误差，大多数情况下来自高低温、高低压、电源稳定性等因素，对于电容式双法兰压差变送器的测量精度影响最大的是环境温度因素，假设K1、K2、K3…KN为上述性能误差，综合衡量发射机整体性能的主要指标之一是总精度[58,59]，其基本包括了实际现场安装时，导致总体测量误差的所有主要因素。翻阅诸多相关资料和书籍可得，差压变送器总精度计算公式：√(K12+K22+K32+…+KN2)。理想条件下（大气压强，稳定室温）通过静压强原理计算可得1cm水柱为96.2Pa,1cm油柱为84.1Pa。分离罐高、低法兰两端液体的压差即水与油的压强差，则油水界面层位于高法兰以下、低位法兰以上时，罐体内界面层每下降1cm压差约降12.8Pa。即差压变送器的总精度误差12.8Pa以下，油水界面层位置的检测精度可控制在±1cm以内。3)压差变送器的电气因素。本实验中将检测到的法兰两端的静压差信号通过变送器转换成4~20mA的标准电流信号，并将标准电流信号传送至相对应的控制装置中，确定电气要求为输出信号:直流电4~20mA，供电范围:6~36V直流电。根据上述论证和选型要求，本实验选择了某品牌的国产电容式双法兰差压变送器，其型号为3351LT3S22M3B3。（2）产品技术参数：1）测量范围：0～8×103Pa；2）测量误差：常温差压状态下（室温25℃，大气压强）为±0.055%;总精度为正负0.1%；3）温度范围：-25℃～75℃；4）供电要求：24V直流电；5）输出电流信号范围：4～20mA；6）膜片型号：316LSST；7）毛细管：硅油(补液)；长度2m；侧面导出；（3）产品的特征1))安装简易便捷，操作难度低：微处理器的使用增加了变送器的灵活性，增强了相关性能；并且具备较强的自我检测和诊断技术。零点与量程的调节相互独立，互不影响。具备完善的远程遥控、局部设置和调节功能;采用两线单行制,可在使用过程中与终端进行通信;2)运行流畅，稳定性强：变送器在工作时运行流畅，稳定性良好，精度高，误差小，抵抗单向过载的能力强;无任何机械传动零件,维修工作量小,抗震能力强；3)偏移补偿方便使用:采取数字式偏移补偿底座来实现温度和静压补偿,如果变送器的法兰安装位置固定不变且确定零点位置，则偏移消除，无需补偿；膜片型号适用性强，接触介质的膜片材料多样性高，可24小时持续使用。1.3实验平台概况（整体结构图和现场图）完成本系统所有相关设备的硬件选型和软件设计后着手搭建实验平台，如图4-1，①是分离罐，用来储存混合液并进行油水分离的容器装置；②、③是分离罐的测量和控制系统部分，作用是对高低法兰两端的液体压差信号进行处理并实现自动排水的目的。①②③共同组成分离罐的自动排水控制系统实验平台。自动排水控制系统实验平台现场如图5-4所示。图5-4自动排水控制系统实验平台现场图1.4实验步骤（1）首先安装双法兰压差变送器，并注意法兰垫片的贴合。对分离罐进行水压试验和密闭性试验，注入清水至分离罐1.1m处，确认罐底排水管和侧面排水管无水流排出，并且高低法兰均无渗漏现象后，将水由排水管排出，重复3-5次后，均无渗漏现象，表明分离罐密封性良好，本实验系统的相关前提条件达标，且可承受较大水压。以下实验步骤操作温度均为室温约21℃。（2）测量实验用油的密度，于烧杯中取500ml实验用油，置于电子秤上测出其质量，计算出其密度。取不同体积的油如此反复测量计算5次，取平均值。（3）向分离罐内注水使其液面大约距罐底1.2m处，接通PLC，点击触摸屏上的“开始”按钮，系统将根据预先设计好的PLC程序进行实验，同时在人机交互界面上显示相关实时参数数据。以一次开阀和关停为单次周期，确保开阀、关阀、停止、报警、最长排水时间等相关内容的试验多次进行无误，确保设计的PLC和触摸屏程序可以满足系统的整体控制要求。（4）将实验用油与水混合，混合标准是按质量比来的，其中油为10%，水为90%，得到含水率90%的油水混合液，应将该混合液充分搅拌以模拟实际油田中刚开采出的原油混合液。将得到的高含水率混合液充分静置后，出现状态均匀，性质稳定的油水界面层且远高于高位法兰（开阀界面层高度、报警界面层高度和关阀界面层高度均定为高低法兰之间）。点击开始按钮开始排水实验，电磁阀开启的同时对排水时间进行计时。刚开始时通过观测孔（试镜）观测到油水界面层的实时高度远大于开阀高度，自动排水开始，位于分离罐下部的清水由侧面排水管排出（底部排水管始终关闭），此时实时界面层逐渐下降，直到达到报警界面层高度时，触摸屏报警，操作者即刻手动关停整体系统，重新加入油水混合液并点击开始按钮重复进行自动排水实验。（5）如果操作者没有及时关停系统，实时界面层仍保持持续下降状态直到达到关阀界面层高度，触摸屏报警，控制系统自动关停电磁阀，整体系统暂时止步，操作者即刻手动关停整体系统，重新加入油水混合液并点击开始按钮重复进行自动排水实验。（6）在整体系统的单次排水周期内，自动排水是实时计时的，若超过最长排水时间，触摸屏报警，控制系统自动关停电磁阀，整体系统暂时止步，操作者即刻手动关停整体系统，检查整体系统的故障并排除问题，按下开始按钮重复进行自动排水实验。（4）、（5）、（6）的步骤具体流程可参考图5-3。（7）进行对照实验——不同含水率混合液特性实验。按照油水质量比为2:8和3:7的比例混合油与水，将分别得到含水率80%与70%油水混合液，按以上流程分别将不同含水率的混合液重复实验。（8）上述实验步骤需随时记录所需实验数据，将数据进行适当修正并再次分别记录。（9）结束实验，关停整体系统，总阀断电。1.5对照实验——不同高含水率混合液特性实验记录并处理本次实验得到的诸多相关数据，确定不同高含水率油水混合液的压差与油水界面层高度曲线，分析其曲线和第二章通过推导和计算得出的理论高度预测曲线的异同；分析影响分离罐自动排水过程中测量装置的高度误差；分析系统中触摸屏和变送器的显示压差数值误差。为了研究不同油水混合物的影响与不同的高含水率对原油排水、隔油池的油水混合物是成比例的油与水的质量比,和油水混合物与水含量为90%,80%和70%的人选择排水试验。不同高含水率混合液压差与油水界面层的高度关联曲线如图5-5：图5-5不同高含水率混合液压差与油水界面层高度关联曲线由图推出，在自动排水实验中，不同高含水率油水混合液的压差与油水界面层高度曲线是与第二章推理得出的压差与界面层高度理论预测曲线在趋势上极为一致且数值误差极小。在油水界面层高度约60cm处，压差与界面层高度理论预测曲线最大偏差值约为0.995%。混合液含水率为70%时，其油水界面层差压和界面层高度曲线与第二章推导出的理论预测曲线吻合度较好。和理论预测曲线相比较，含水率为90%的混合液的油水界面层位于30cm处时，对应的压差与界面层高度曲线出现最大偏差，其值为0.957%。根据第二章的公式2-16可得油水混合液压差与界面层高度的理论预测关系曲线，通过实验和实时的测量、反馈、记录，我们可以得到不同高含水率油水混合液的差压与油水界面层高度关联曲线，并且通过由压差和界面层高度理论预测曲线中减去相应的曲线（图2-6；图5-5）可以得到不同高含水率油水混合液的高度误差。可得图5-6，当油水界面层位于两法兰之间，油水界面层高度为60cm时，油水混合物的高度误差最大。对于70%、80%和90%的混合，差异最大，分别为0.287、0.306cm和0.271cmcm。图5-6不同高含水率混合液的高度误差与油水界面层高度关联曲线图5-7：不同高含水率油水乳化层的油水界面层厚度与油水界面层高度曲线。混合液的含水率越低，原油乳化作用越强。图5-7不同高含水率混合液乳化层厚度与油水界面层高度曲线1.6实验结果及研究1.6.1压差测量值对油罐排水装置精度的影响测量装置的数据读取和处理精度主要由油水界面层的位置来决定。想要研究分离设备(即分离罐)在本系统中油水界面位置检测的准确性如何，最重要的就是研究不同的压差测量值对油水界面层位置检测精度的影响。压差测量值既显示在双法兰压差变送器上的压差上，也显示在触摸屏上的触摸屏压差上。触摸屏上显示的触摸屏压差是对系统自动排水过程的开启或关闭起决定性作用的关键数据。由图5-5和图5-6可以看出，含水率为90%的油水混合物高度误差较大。变送器压差测量值与触摸屏压差测量值，两者的差值绝对值在41.1Pa范围内小幅波动。持续缓慢的向罐内倒水的过程中，油水界面层位置逐渐上升，90%含水率的混合液压差与油水界面层高度曲线和理论预测曲线的吻合度也逐渐变大。此时可以得到的结论是：90%含水率的混合液的压差与油水界面层高度曲线和理论预测曲线的差值近似为常数固定值。图5-8含水率90%的混合液的两种类型压差测量值与油水界面层高度曲线使用高级二/三维图像与数据处理软件——Origin，导出图5-5中90%含水率混合液的压差与油水界面层高度曲线的具体函数，计算其与图5-8中的变送器压差和触摸屏压差值的差值可得：油水界面层高度误差最大的90%含水率的混合液的平均高度误差为-1.346cm，最小误差为-1.341cm，最大误差为-1.350cm。由此可得，自动排水控制系统在不同含水率油水混合液下的脱水精度控制在±1.35cm。1.6.2自动排水控制系统的范围应用性配制含水率60%~70%的油水混合液，重新调试整体系统后将其倒入分离罐静置并开始排水实验，催动自动排水控制系统进行多次单周期的排水实验，当电磁阀关闭，即单次排水流程结束时，从距罐底0.32m高度处的取样孔（多个取样口，注意选取相关具体高度处的取样口）进行液体取样，经由含水率测定仪测量可知取出的液体为近乎100%含油量的混合溶液，则可以证明该油水分离自动排水控制系统的适用范围比较广。本次实验的过程中其他的不同类型误差已经被充分地考虑到，诸如系统误差、随机误差和粗小误差等影响，以及实际工业应用生产中的常规误差影响，所以对于本实验的相关程序设计和输入量参数的设定，始终保有一定的余量。具体到本文的数据：触摸屏上开阀界面层高度为0.58m;报警界面层高度为0.34m；关阀界面层高度为0.32m。