[发明专利]一种用于汽柴油加氢装置油水界面检测的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于汽柴油加氢装置的中间环节，组分分离罐等罐体的油水界面检测的装置，属于自动测量技术领域。

背景技术

汽柴油加氢主要是对汽柴油加氢脱硫，以减少辛烷值的损失，是汽柴油炼化过程的必要环节。由于工艺需求，在该过程中会注入脱氧水；而加氢装置的原料原本也含有水分。这些水分需要在合适的位置被排放出加氢装置，或者指示水分含量，以指导工艺操作。

对于汽柴油加氢装置，需要知道水量的位置分别有原料罐、高压分离器、低压分离器，在这几个容器的位置，油料的流速相对缓慢，有充分的空间和时间能够使得油和水分离分层。因此通过检测油水界面即能得到油料中水分含量信息。

本发明提供一种基于声学的检测技术方案，并给出基于此方案的一种装置实现。

发明内容

本装置基于声学原理进行油水界面检测。基本原理为：超声波在介质中传播，当穿过不同的介质时，介质的声速不同，会导致超声波在介质分界面发生折射和反射。本发明基于此规律，检测出油水界面的反射超声波，即可通过发射和反射波的时间差，结合水中声速，计算水层的深度。

为方便理解，结合简例做出说明。如图1，容器中有水、油、气三相，在短时静置或流速缓慢时，即可分离出现明显分层。在容器底部的外壁，垂直于油水分界面的方向布置超声波换能器。超声波换能器具有将电信号的脉冲波转换为超声波发送，和接收超声波并转换为电信号的功能。通过检测装置所配电路板，产生高频脉冲电信号，激发超声波换能器产生超声波。超声波具有的良好穿透性，可在能力损耗较小的情况下穿透容器壁的钢板，进入容器内介质进行传播。

当超声波穿过下部的水层传播到油水界面时，发生折射和反射现象。由于超声换能器垂直于油水界面安装，超声波波束与油水界面垂直，此时折射角和反射角均为0度，在此只关注反射信号，即反射波束沿着原发射路径返回。当反射超声波波束传播到换能器，转换出的电信号经装置的检测电路捕捉，并经过放大比较后得出距发射的时间差。通过回波时间的检定，乘以水中声速值，可计算出水层的深度。如此，便能检测到油水分层的界面所在。

本装置的检测电路，提供了一种高精度测量超声波发射和接收时间间隔的方案，采用TDC芯片和FPGA芯片实现。

该装置安装实施简单，无需对容器改造；由于不和被检测介质接触，设备耐用性良好；在检测装置维护或更换时无需主设备停机。

附图说明

图1示意了本检测方法的一个简例

图2为本装置检测电路的原理框图

图3为所述量杯设计图

具体实施方式

本装置采用收发一体的超声波换能器作为传感器，采用1MHz的频率。

本装置检测电路分为脉冲发生及采集、高速A/D转换、计时电路及逻辑控制等几个部分。

计时电路部分是以TDC-GP21芯片为核心的脉冲触发精准计时电路，其有效计时精度可达1ns。超声波信号发生及采集电路是以FPGA为核心的高速数据采集电路，主要用于高频数据采集，其最高采样速率可达100MHz，可以根据不同的介质对特定频率超声波的吸收特性，选择效果显著的超声波频率。

在本装置中，脉冲发生电路激发固定频率的脉冲信号，驱动测量传感器发出超声波信号，同时触发精确计时电路；声波在容器内下层介质中传播，到上层介质界面产生反射，反射波经滤波放大后停止计时电路。计时电路的TDC-GP21芯片计算超声波发射和接收之间的时间差，得到声波在下层介质中传播的时间。将声速与测量所得时间值相乘，即可到测量点到沉积物的距离。

本装置特别设计了校准所测介质中声速的校准测量量杯，该量杯与取样传感器进行了一体化设计。在装置开始检测前或检测中，对该容器排出的下层介质取样，放入校准测量量杯内，根据超声波在量杯内固有行程及TDC所测反射时间，得到介质声速。该设计避免了用理论声速值代入计算过程产生的大范围误差，提高了计算所用介质声速值的准确性，从而提高了测量准确度。

以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。