【文章內(nèi)容簡介】 通過二次儀表準確地顯示出測量溫度。由于光纖光柵溫度傳感器采用光信號進行測量和傳輸，現(xiàn)場實現(xiàn)了無電檢測，本質(zhì)安全防爆。同時由于該系統(tǒng)采用光柵技術(shù)，檢測信號以光信號中心波長為對象，克服了傳統(tǒng)光傳感器依賴光強大小的缺陷，實現(xiàn)了數(shù)字化檢測，可靠性好，靈敏度高，因此適用于各種惡劣環(huán)境下的溫度測量，可廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、煤炭等行業(yè)，是傳統(tǒng)溫度測量儀表的理想替代產(chǎn)品。圖23 光纖光柵溫度傳感器工作原理FBGT系列表面式光纖光柵溫度傳感器主要參數(shù)：測量范圍：50℃~+150℃（可定制量程）； 測量精度：177。℃； 分辨率：℃； 外觀尺寸：30mm5mm2mm(可定制其他尺寸)；遠傳距離：5km；安裝方式：粘貼或捆綁 光纖負壓報警器光纖壓力報警器由光纖壓力傳感器和光電轉(zhuǎn)換器組成，其工作原理見圖示。工作原理：光纖壓力傳感器放在現(xiàn)場，通過法蘭聯(lián)接，使測量單元直接與罐內(nèi)氣體相通，當罐內(nèi)氣體壓力變化，達到報警壓力時，將改變光纖探頭的回光光強，此一變化經(jīng)光纜傳輸?shù)讲僮魇覂?nèi)的光電轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成電信號并發(fā)出聲光報警。光纖壓力報警器的主要技術(shù)指標：報警范圍：－300～＋300Pa,可調(diào)； 報警準確度：2. 5級；繼電器輸出接點容量：1A； 環(huán)境溫度：－40～80℃；相對濕度:≤95%； 儀表電源：24VDC圖24 光纖負壓報警器工作原理圖[4]新型光纖傳感器在油田聯(lián)合站的研究與應(yīng)用】趙愚，陳安標，姜德生。武漢理工大學學報，2002，5當今社會已進入了以光纖通信技術(shù)為主要特性的信息時代，光纖傳感技術(shù)代表了新一代傳感器的發(fā)展趨勢，光纖傳感器產(chǎn)業(yè)已被國內(nèi)外公認為最具有發(fā)展前途的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，它以其技術(shù)含量高、經(jīng)濟效益好、滲透能力強、市場前景廣等特點為世人矚目，特別是在一些易燃、易爆、易腐蝕等場合如石油、化工等行業(yè)的廣泛應(yīng)用受到人們的極大關(guān)注[1]。 光纖氣體傳感器【基于甲烷氣體的近紅外吸收光譜, LD作為光源,通過光源調(diào)制實現(xiàn)氣體濃度的諧波檢測,給出了甲烷氣體的測量結(jié)果?；谥C波檢測技術(shù)的光纖甲烷氣體傳感器的研究 王玉田 劉瑾 張景超 楊海馬 燕山大學 電氣工程學院甲烷是一種易燃易爆氣體，是沼氣、天然氣和多種液體燃料的主要成分。%，%】。儲油罐由于腐蝕泄漏，或在收付過程中容易導致?lián)]發(fā)的石油氣泄漏，容易引起火災爆炸事故，因此實時監(jiān)測甲烷氣體的濃度、防止爆炸，對于罐區(qū)安全運行、人身安全有著至關(guān)重要的作用（自己寫的）?！緫?yīng)用介質(zhì)對光吸收而使光產(chǎn)生衰減這一特性的吸收型光纖氣體傳感器具有傳輸功率損耗小，傳輸信息容量大，抗電磁干擾能力強，且耐高溫、高壓、腐蝕，絕緣、阻燃、防爆，易于實現(xiàn)遠距離實時遙測和良好的氣體選擇性等特點。光纖甲烷氣體傳感器的研究 王書濤 車仁生（哈爾濱工業(yè)大學） 王玉田 張潔 張景超 燕山大學 2006 10 儀器儀表學報】【甲烷的燃點只有63℃左右，當它在空氣中的含量為5%～15%時，遇到明火就會發(fā)生爆炸。%，爆炸就最猛烈。油氣泄漏引發(fā)的爆炸事故在石化行業(yè)中造成了極大的危害，為了保證罐區(qū)安全及人身安全，首先要提高甲烷濃度的檢測質(zhì)量。光纖甲烷氣體傳感器 郭偉青 王智 李欣蓓 北京交通大學 2006 12 18 紅外報】【光譜吸收式光纖氣體傳感器是基于分子振動和轉(zhuǎn)動吸收譜與光源發(fā)光光譜間的光譜一致性。光通過某種介質(zhì)時，光電磁波會與介質(zhì)的分子、原子相作用使得光被吸收和散射而產(chǎn)生衰減，由于氣體分子對光的散射很徽弱，遠小于可燃氣體的吸收光能，故可以忽略。通過測定氣體吸收特定波長光的程度，從而求出氣體濃度。如圖1一2所示:設(shè)一束波長為入，光強為幾的單色平行光射向可燃和空氣混合的被測氣體時，氣室中的樣品在入處具有吸收線或吸收帶，光被吸收和散射一部分后透射過去。圖25 光纖氣體傳感器原理框圖[5]光纖乙炔氣體傳感器的研究 燕山大學工學碩士學位論文 王杰 2001 3】 光纖液位報警器工作原理：光纖液位報警器是利用光的折射和反射原理實現(xiàn)液位定點監(jiān)測。其工作原理如下圖所示。在監(jiān)測系統(tǒng)中作為液位高位報警，起雙重保護作用。 圖26 光纖液位報警器原理框圖其主要結(jié)構(gòu)由光纖探頭、機械密封層、光電轉(zhuǎn)換器和防爆接線盒等組成。這種液位報警器由于利用光纖對液位信號進行檢測，可實現(xiàn)現(xiàn)場無電檢測；結(jié)構(gòu)新穎、靈敏度高且便于使用。 CYB4型光纖液位報警器的主要參數(shù)： 適用介質(zhì)：各種油品； 響應(yīng)時間：； 工作溫度：30℃~80℃； 介質(zhì)工作壓力：≤； 報警控制精度：177。； 報警信號：聲/光/電 光纖光柵火災報警器光纖光柵感溫火災探測系統(tǒng)主要由光纖光柵感溫火災探測器和光纖光柵火災探測信號處理器組成。光纖光柵感溫火災探測器由感溫傳感器探頭、連接光纜、光纜連接器、傳輸光纜等部分組成，安裝在現(xiàn)場。光纖光柵火災探測信號處理器由調(diào)制解調(diào)器、信號轉(zhuǎn)換處理電路和報警顯示電路組成，安裝在控制室。 工作原理：光纖光柵火災報警器的工作原理如下圖所示，將多個溫度特性完全相同的光纖光柵串接在一根光纖中。寬帶光源所發(fā)出的光藕合進光纖，通過Y形光分路器入射到用光纖串接的全同光纖光柵中，全同光纖光柵回選擇性地反射一窄帶光，窄帶光的中心波長為全同光纖光柵的布拉格波長。窄帶反射光經(jīng)Y形光分路器的另一分路端口進入可調(diào)濾波器?？烧{(diào)濾波器的濾波波長按報警器要求設(shè)置為一定值。在正常狀態(tài)下，全同光纖光柵反射光的布拉格波長小于可調(diào)濾波器所設(shè)置的濾波波長，可調(diào)濾波器的濾波輸出端口無光輸出；當全同光纖光柵中任何一個光纖光柵所處的環(huán)境溫度升高，這一光纖光柵的布拉格波長將向長波方向移動，當環(huán)境溫度達到所設(shè)置的報警值時，此處光纖光柵的布拉格波長將與可調(diào)濾波器的濾波波長重合，可調(diào)濾波器的濾波輸出端口有光輸出，光探測器探測到光信號從而觸發(fā)聲光報警裝置。通過自動或手動掃描可調(diào)濾波器的濾波波長，即可對探測區(qū)域內(nèi)的最高溫度進行監(jiān)測。 圖26 光纖光柵感溫火災報警器原理框圖TGW100系列光纖光柵感溫火災探測器的主要參數(shù)： 溫度測量范圍：0℃～95℃（B型）； 報警設(shè)定溫度：50℃～95℃（A型固定、B型可調(diào)）； 測量精度：177。5℃； 響應(yīng)時間：≤20s； 傳輸距離：≤10km 由于光纖光柵火災探測系統(tǒng)是一種新型的溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)，它是通過光纜傳輸信號，使現(xiàn)場實現(xiàn)了無電檢測，因此具有本質(zhì)防爆和檢測靈敏的優(yōu)點，可廣泛用于石油、天然氣、化工、能源、倉儲等行業(yè)中，以及一些易燃易爆等特殊場合中的高溫和火災報警。 本章小結(jié)由于光纖傳感器具有獨特的性能，從根本上解決了困擾大中型油庫的安全、生產(chǎn)管理中的監(jiān)測問題?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于石油、化工等行業(yè)易燃、易爆油料儲罐的安全檢測，是我國重點推廣的高新技術(shù)產(chǎn)品。由于油庫液位、溫度、壓力自動檢測的實現(xiàn)，使得油庫安全監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)成為可能。在本章中主要介紹了光纖傳感器的基本原理及分類，光纖傳感器的特點，幾種常見的光纖傳感器的工作原理。通過本章的介紹，對光纖傳感器有了一個基本的了解，便于在本次設(shè)計中應(yīng)用光纖傳感器進行探測。張?zhí)烨?lián)合站儲油罐區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)初步方案設(shè)計 系統(tǒng)簡介整個系統(tǒng)的組成如下圖所示,它由3部分組成:①基于研華工控機的監(jiān)控部分,該部分主要包括監(jiān)控畫面、報警系統(tǒng)和報表系統(tǒng)等；②以二次儀表為主,加上光電轉(zhuǎn)換器、感溫火災信號處理器構(gòu)成的監(jiān)測臺；③由光纖液位傳感器、光纖溫度傳感器、光纖壓力傳感器和光纖氣體傳感器構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集部分。系統(tǒng)流程為：首先在數(shù)據(jù)采集部分，通過光纖傳感器，將被測對象的參量變化轉(zhuǎn)換為光脈沖信號，并通過光纖傳送給光電轉(zhuǎn)換器；其次在監(jiān)測臺，光電轉(zhuǎn)換器將光脈沖信號轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，并進行放大整形，傳給二次儀表，二次儀表對光電轉(zhuǎn)換器輸出的電脈沖信號進行線性化處理，并進行儀表的量程、靈敏度等調(diào)節(jié)，以數(shù)字形式顯示被測參量；最后二次儀表采用串行通訊方式(RS232和RS485)同監(jiān)測系統(tǒng)采集機相連，并實現(xiàn)對被監(jiān)測參量的顯示、報警、計量、報表處理等功能，從而實現(xiàn)對被測參量的自動監(jiān)測。圖31 儲油罐區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)的示意圖先進性：系統(tǒng)需在了解國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)，吸收其經(jīng)驗和成果的基礎(chǔ)上進行方案的設(shè)計，使系統(tǒng)的技術(shù)性能和水平具有明顯的先進性。適應(yīng)性：軟件采用模塊化設(shè)計，整個系統(tǒng)由各種不同模塊組成，用戶可根據(jù)需要進行功能的刪除和擴展。可靠性：系統(tǒng)運行安全可靠，性能穩(wěn)定，可以在惡劣環(huán)境長期連續(xù)工作。通用性：在設(shè)計時，應(yīng)充分考慮其應(yīng)用對象的共性，使系統(tǒng)具有較強的通用性，可以在油罐區(qū)推廣應(yīng)用。相容性：系統(tǒng)應(yīng)能攜掛不同類型的傳感器，能夠測量多種參數(shù)。擴展性：系統(tǒng)的設(shè)計容量要足夠大，滿足系統(tǒng)今后的擴充需要。經(jīng)濟性：系統(tǒng)的造價經(jīng)濟合理，性能價格比高。操作維護方便性：在軟件方面，要求人機界面友好，操作簡便，易學易懂；在硬件方面，要求維護檢修方便。 系統(tǒng)的主要功能（1）對油罐安全檢測數(shù)據(jù)進行實時采集，能夠?qū)薜囊何?、溫度、壓力等參?shù)集中實時采集到控制室的工控計算機上，進行數(shù)據(jù)處理。（2）可以實時地顯示所采集的數(shù)據(jù)。（3）可以顯示罐區(qū)分布圖的畫面，畫面上的數(shù)據(jù)(如液位、溫度、壓力等)按數(shù)據(jù)采樣周期更新。（4）能顯示主要數(shù)據(jù)的歷史趨勢曲線，可以將數(shù)天前的歷史記錄從硬盤調(diào)出。（5）能顯示主要數(shù)據(jù)的實時曲線，曲線隨采樣周期更新。（6）能對報警信息及時提示，并以文件的形式記錄下來，便于查詢報警信息。（7）可隨時打印當前或歷史數(shù)據(jù)報表。 本章小結(jié)在本章中主要對張?zhí)烨?lián)合站儲油罐區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)進行了初步方案設(shè)計，對整個監(jiān)控系統(tǒng)進行了簡要介紹，并指出了監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則，以及系統(tǒng)可以實現(xiàn)的功能。4 張?zhí)烨?lián)合站儲油罐區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件的設(shè)計 張?zhí)烨?lián)合站儲油罐區(qū)工藝流程簡介與監(jiān)控內(nèi)容在石油生產(chǎn)工藝過程中，聯(lián)合站是油田原油集輸生產(chǎn)中最重要的過程，它是集油水分離、污水處理、隸屬于定邊鉆采公司東仁溝采油隊，該聯(lián)合站的油氣水集輸、分脫和污水處理回注系統(tǒng)，從設(shè)計到建設(shè)均達到了國內(nèi)油田行業(yè)標準，部分設(shè)備在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。張?zhí)烨?lián)合站的主要設(shè)備有沉降罐、凈化罐、收球筒、量油分離器、緩沖罐、污油箱、換熱器、過濾器、以及不同型號的輸油泵。站內(nèi)的原油流程主要是：從各個油井和增壓點的來油首先進入雙容積量油分離器，進行來油計量，計量后的原油經(jīng)過進一步的沉降凈化后往其他集油站外輸或者進行裝車外輸。張?zhí)烨?lián)合站的兩幅工藝流程圖分別參見圖41和圖42。圖41 張?zhí)烨?lián)合站工藝流程圖1圖42 張?zhí)烨?lián)合站工藝流程圖 2注釋：罐1為凈化油罐，罐2為700m3溢流沉降罐，罐3為500 m3的溢流沉降罐，分1為分離緩沖罐，分2為氣液分離器，容1為雙容積量油分離器，容2為快開式電加熱收球筒，箱1為污油箱，，泵1為裝車泵，泵2為凈化油外輸泵，泵3為含水油外輸泵，泵5為齒輪卸油泵。原油的生產(chǎn)流程如下：圖43 原油的生產(chǎn)流程圖在此流程中，來油的計量是通過雙容積量油分離器來完成的。該設(shè)備主要由上下兩個容器組成，上面的容器起到來油緩沖的作用，下面的容器則是一個容積已知的容器，它的主要作用就是進行來油計量。當下面的計量容器中的原油達到上限時，原油從計量容器中輸出；輸出完畢時，原油再從緩沖容器輸入到計量容器。雙容積量油分離器就是通過這種循環(huán)的方式來完成原油的計量。(2) 站內(nèi)吹掃流程(3) 站內(nèi)循環(huán)流程(4) 站外吹掃流程 監(jiān)控內(nèi)容及功能本文主要是針對罐區(qū)進行安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，所以要監(jiān)測罐區(qū)的液位、壓力、溫度，為了防止油罐發(fā)生泄漏，還要對罐區(qū)進行氣體濃度的監(jiān)測。(1) 內(nèi)容：①監(jiān)測罐區(qū)共16點氣體濃度。②監(jiān)測分離緩沖罐、兩個凈化罐、三個沉降罐、兩個裝車泵及四個外輸泵的前后壓力。③監(jiān)測三個收球筒的溫度、兩個凈化罐和三個沉降罐的溫度、兩處外輸油的溫度。④監(jiān)測分離緩沖罐及兩個凈化罐的液位高低報警。⑤監(jiān)測三個雙容積量油分離器液位高低報警。⑥監(jiān)測三個齒輪卸油泵的開關(guān)狀態(tài)。⑦控制三個雙容積量油分離器的液位高低。⑧控制三個齒輪卸油泵的開關(guān)。(2) 功能：①信號采集：信號采集包括對現(xiàn)場儀表及模塊信號的采集和轉(zhuǎn)換處理。②監(jiān)控操作：實現(xiàn)對現(xiàn)場各個設(shè)備參數(shù)及狀態(tài)的檢測。③動態(tài)顯示：動態(tài)流程畫面顯示；實時及歷史報警顯示；實時及歷史趨勢曲線顯示。④操作畫面：通過操作畫面查詢和管理工藝過程；打印實時或歷史報表、趨勢曲線和報警畫面。 系統(tǒng)詳細設(shè)計如前所述，聯(lián)合站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案有三種：上位機加I/O板卡的方案、上位機加485總線加I/O模塊和工業(yè)儀表的方案以及上位機加PLC的方案。由于本次設(shè)計對穩(wěn)定性的要求一般、費用預算要求不高，所以本次設(shè)計選擇上位機加485總線加I/O模塊和工業(yè)儀表的方案。 初步分析監(jiān)測三個收球筒的溫度、兩個凈化罐和三個沉降罐的溫度、兩處外輸油的溫度、分離緩沖罐壓力和兩個裝車泵及四個外輸泵的進出口壓力、站區(qū)共16點氣體濃度共45路信號經(jīng)過相應(yīng)的變送器后都會轉(zhuǎn)換為與現(xiàn)場最大、最小值對應(yīng)的420mA電流信號，都是模擬量輸入信號。監(jiān)測分離緩沖罐及兩個凈化罐的液位高低報警、三個雙容積量油分離器的液位高低報警、三個齒輪卸油泵的開關(guān)狀態(tài)共15路信號明顯是對應(yīng)數(shù)字量輸入信號?？刂迫齻€雙容積量油分離器的液位高低、三個齒輪卸油泵的開關(guān)共9路是數(shù)字量輸出信號。 系統(tǒng)I/O點數(shù)統(tǒng)計表41 監(jiān)控系統(tǒng)I/O變量表序號監(jiān)控對象總點數(shù)控制要求AIDIDO1站區(qū)1616點氣體濃度監(jiān)測16*1=16——2三個收球筒（容2）3溫度監(jiān)測3*1=3——3（換1）4