哈雷釬焊板式換熱器
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                煉油廠換熱器泄漏監測系統的研究情況

                點擊:1487 日期:[ 2014-04-26 21:13:56 ]
                                        煉油廠換熱器泄漏監測系統的研究情況                                劉 雷1,黨 建2,任潤寶1     (1.土哈油田公司技術監測中心,新疆鄯善838202;2.中石油華北石化公司)     摘要:換熱器是石化生產裝置的重要設備,一旦泄漏,不但影響正常生產,造成經濟損失,而且泄漏的油料還會污染環境、腐蝕設備。因此,及時、快速、準確地監測油料泄漏可以最大限度地減少經濟損失和減輕環境污染。本文介紹了一種簡便的換熱器泄漏監測方法,能夠及時、快速、準確地檢測油料泄漏。該方法是對電信號進行相關處理,實現水冷器泄漏的監測與定位,無需建立管道的數學模型,使用設備少,可實現實時監測,且監測速度快、靈敏度高。     關鍵詞:換熱器;檢測系統;單片機;電位法     中圖分類號:TE22  文獻標識碼:A     文章編號:1671-1041(2009)02-0002-03     0 引言     換熱器是石化裝置的重要設備之一。在石化裝置中常常采用循環水作冷卻介質,以水為換熱介質的換熱器稱為水冷器。水冷器泄漏在石化企業中是一個普遍存在的問題,也是長期以來困擾企業的一大難題。對于一套有上百臺水冷器的裝置,若僅有一個循環水入口和一個循環水出口,即使測出了出口的水中油濃度,也很難快速查出泄漏的源頭。因此需要在泄漏量很低時就能快速準確地發現,并且能判斷出發生泄漏的位置。所以,檢測方法的準確度和靈敏度以及實用性對問題的解決起著重要作用[1]。本文提出了用電化學原理進行在線監測的方法,研究一種結構簡單、價格低廉、性能可靠的水冷器泄漏在線監測系統。     1 電位分析法基本原理     電位分析法是在通過電池的電流為零的條件下測定電池的電動勢或電極電位,從而利用電極電位與濃度的關系來測定物質濃度的一種電化學分析方法。直接電位法是電位分析法的主要類型。在直接電位法中,電極電位是在零電流下(即通過指示電極的電流為零)測得的平衡電位,此時,電極上的電極過程處于平衡狀態。在此狀態下,電極電位與溶液中參與電極過程的物質的活度之間的關系服從能斯特方程,這是電位分析法的理論基礎[2]。     直接電位法利用一支指示電極與另一支合適的參比電極構成一個測量電池,如圖1所示[3]。                        原則上講,測量出電極電位就可以根據能斯特方程求出離子活度,但事實上,單支指示電極的電位是無法測量的,必須有另一支電位恒定的所謂參比電極一同插入待測試液中組成化學電池,通過測量電池的電動勢來間接測量指示電極的電位,用能斯特方程得出被測溶液的活度(或濃度)值。     在測量電路中,指示電極與參比電極組成的測量電池可表示為:     指示電極|待測離子溶液a|參比電極上述電池電動勢與待測離子活度的關系為:     E電池=φ參-φ指+φ液界(1)     電位法是在溶液平衡體系不發生變化的條件下來測量的,測的是物質游離離子的量[4]。     2 換熱器泄漏監測儀硬件設計     在線監測儀的結構如圖2所示。                        控制器是以AT89C51單片機為核心,以輸入、輸出、鍵盤/顯示及其它輔助電路構成[5]。     四個傳感器的輸出信號作為該控制器的輸入信號,用于監測換熱器是否發生泄漏。根據用戶需要,還可進行擴展。由兩電極構成的傳感器相當于原電池,其內阻很大,輸出信號很微弱。為了減小信號在傳感器內阻上的消耗,提高測量精度,在傳感器與A/D轉換器之間增加了電壓跟隨器進行阻抗變換。經過阻抗變換后的電壓信號送入A/D轉換器進行模/數轉換,轉換后的數字量送入AT89C51單片機中進行數字處理,確認是否需要報警。四位LED顯示器用于顯示換熱器出口循環水中的含硫量。鍵盤用于修改含硫量的上限報警值等參數。本系統的設計原則是高效、實用、方便。所謂高效,主要是指監測效率高,較快的速度、較高的質量完成監測功能;所謂實用,是指盡可能地增加系統的可擴展性、靈活性,功能盡量完善,盡可能提高監測精度;所謂方便是指操作、維護、使用、調試盡可能地簡單方便。     2 . 1 單片機89C51     單片機具有較強的管理功能,由它對系統各部分進行管理和控制,使得整個系統體積小、智能化、功能強、使用電子元件較少、內部配線少、成本低、調試及維修方便。本監測系統采用89系列單片機中的AT89C51作為核心部件。     2. 2 信號處理     由兩電極構成的傳感器相當于原電池,其內阻很大,輸出信號很微弱。為了減小信號在傳感器內阻上的消耗,提高測量精度,在傳感器與A/D轉換器之間增加了電壓跟隨器進行阻抗變換。電壓跟隨器由高輸入阻抗的放大器和電阻電容構成[6]。其輸出電壓為:     V0=Ei (2)     2. 3 A /D轉換部分     A/D轉換部分電路如圖3所示。     AD77OS是三線(時鐘線SCLK、數據輸入線DIN和數據輸出線DOUT)串行接口芯片。由于數據輸入和數據輸出是分時傳輸的,故兩條數據可連接在一起(芯片說明書建議的)與89C51的P3. 0相連進行數據通信;時鐘SCLK與89C51的P3.1相連,由P3. 1提供時鐘信號; P2. 6作為片選信號; P2. 5與AD77OS的邏輯輸出端相連用于判斷AD77OS的輸出狀態。為了提高A/D轉換的精度,用MC14O3輸出的2. 5v基準電壓作為AD7705的參考電壓。P2. 7與AD7705的復位端RESET相連提供復位信號。P2. 3和P2. 4用于通道選擇[7]。     2. 4 顯示/鍵盤接口電路     鍵盤和顯示是操作人員與監測儀之間交換信息的窗口。一個安全可靠的監測系統必須具有方便靈活的交互功能。它既可及時地反映系統的工作狀態,又可在必要時進行參數設定。由于常規的鍵盤和顯示方式所占用的I/O口線較多,故在本系統中采用擴展的串行口進行鍵盤和顯示操作。     2. 5 時鐘、外部數據存儲器及CPU監控電路     外部數據存儲器及監控電路如圖4所示。     在本系統中采用的是時鐘及數據存儲器電路, CUP是以串行通信的方式與它們進行通信。時鐘電路選擇PHILIP,公司的時鐘芯片8583,它內部集成了可編程Watch-Dog-Timer、512byte的RAM。這種組合降低了系統的成本并減少了電路板的面積。     2. 6 輸出報警電路     壓電蜂鳴器接口電路如圖5所示。當循環水中的硫離子含量超過報警上限時,就會使PI. 5輸出為高電平, 7406輸出為低電平,蜂鳴器中有電流通過,從而使蜂鳴器鳴音報警。                        3 結論     本系統結構簡單、成本低廉,監測系統可對循環水中硫離子含量進行監測,并通過顯示器顯示循環水中的硫離子含量。當硫離子含量超過報警限時,監測系統以聲音的形式報警,提示操作人員循環水中硫離子含量已超標,即表明水冷器內部己發生泄漏。經實驗室試驗,該監測系統性能可靠、靈敏度較高、報警及時準確。 參考文獻 [1]李本高,王征,李亞紅.石油化工裝置泄漏物料對循環水處理的危害[J].石油煉制與化工, 2001, (2): 16-18. [2]蘇興冶,李志義,金艷.基于電化學傳感器的循環水系統油料泄漏實時監測系統的設計[ J].農機化研究, 2006 (5):44-47. [3]鄭淳之,梅建.水處理劑和工業循環冷卻水系統分析方法[M].北京:化學工業出版社, 2000: 381. [4]方宇翹.離子浮選一分光光度法測定水中痕量化合物分析[J].上海環境科學, 1990, 9(1): 19-20. [5]陳華波,涂亞慶.輸油管道泄漏檢測方法綜述[J].管道技術與設備, 2000, (1): 38-41. [6]張友漢.電子線路設計應用手冊[M].福建科學技術出版社,2002: 158-178. [7]李朝青.單片機原理及接口技術[M].北京:北京航空航大大學出版社, 2001: 182-215.作者簡介:劉雷(1981-),男,助理工程師,研究方向:油田測控系統;黨建,男,助理工程師,研究方向:油田化學。 
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