【正文】 腳本程序，對(duì)采集到計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)油水界面的實(shí)時(shí)測(cè)量，進(jìn)而完成實(shí)驗(yàn)。 （ 3） 選擇處理數(shù)據(jù)的軟件，考慮了三種方案： ①阿爾泰數(shù)據(jù)采集卡軟件，由于上面已經(jīng)提到本試 驗(yàn)用不到數(shù)據(jù)采集卡，所以不采用這種方案。 （ 2） 關(guān)于實(shí)現(xiàn)油水界面檢測(cè)儀與 PC 的通訊，有以下兩種方案： ①通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)采集到 PC 中，但是由于界面測(cè)量?jī)x輸出的數(shù)據(jù)本身已經(jīng)是數(shù)字信號(hào)，所以不用數(shù)據(jù)采集卡處理。 第五章， 通過(guò)編制的界面完成油水界面測(cè)量實(shí)驗(yàn)的整體過(guò)程，以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄。 第三章， 對(duì)油水測(cè)量硬件的介紹，其中包括 A36W 型油水界面測(cè)量?jī)x的概述，性能和技術(shù)指標(biāo)，以及分段電容傳感器的工作原理，最后是轉(zhuǎn)換串口概述。 油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 10 本文的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 本文主要分為以下幾個(gè)部分： 第一章， 先提出了本設(shè)計(jì)課題的背景和研究的意義，然后介紹了國(guó)內(nèi)外對(duì)于油水分離研究的現(xiàn)狀和油田原油的生產(chǎn)工藝 ，界面測(cè)量?jī)x的種類(lèi)，最后是論文的結(jié)構(gòu)。光纖式界面檢測(cè)儀耐高壓、耐腐蝕、體積小、重量輕、抗電磁干擾、靈敏高、動(dòng)態(tài)范圍大，并且無(wú)電火花，適用于易燃易爆場(chǎng)合。 （ 7） 光纖式界 面檢測(cè)儀 圖 15 光纖液位計(jì) 自 1990 年以來(lái)，光纖技術(shù)用于界面檢測(cè)的專(zhuān)利很多，尤以美國(guó)為最。其優(yōu)點(diǎn)是： 首先，沒(méi)有強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)部件，沒(méi)有疲勞，是無(wú)損傷性檢測(cè)，壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性好；其次，其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力波的特異性好，不存在干擾； 再次，應(yīng)力波的傳播速度不變，僅取決于磁致伸縮材料，與其它因素?zé)o關(guān)。當(dāng)電流磁場(chǎng)與此浮子磁場(chǎng)相遇時(shí)，產(chǎn)生波導(dǎo)扭曲的脈沖，簡(jiǎn)稱(chēng) “ 回答 ” 脈沖。在檢測(cè)儀管外配有浮子，此浮子沿測(cè)量桿隨著油水界面 的波動(dòng)而上下移動(dòng)。 射頻防護(hù)（內(nèi)置濾波器）：對(duì)于來(lái)自 米（ 59″）以外的其它外露傳感器，電纜油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 9 或輸電線路功率為 5W 的射頻干擾，該變送器電路具有防護(hù)功能，即使在導(dǎo)電物料中精度不受影響 （ 6） 磁致伸縮式界面檢測(cè)儀 磁致伸縮式界面檢測(cè)儀的工作原理是磁致伸縮效應(yīng)，其核心的傳感部件是美國(guó)MTS 公司發(fā)明的磁致伸縮線。 這些多參量的測(cè)量，是測(cè)量的基礎(chǔ)，交流鑒相采樣器是實(shí)現(xiàn)的手 段。從電學(xué)角度來(lái)看，掛料層相當(dāng)于一個(gè)電阻，傳感器被掛料覆蓋的部分相當(dāng)于一條由無(wú)數(shù)個(gè)無(wú)窮小的電容和電阻元件組成的傳輸線。 第二個(gè)問(wèn)題是對(duì)于導(dǎo)電物料，傳感器絕緣層表面的接地點(diǎn)覆蓋了整個(gè)物料及掛料區(qū)，使有效測(cè)量電容擴(kuò)展到掛料的頂端，這樣便產(chǎn)生掛料誤差，且導(dǎo)電性越強(qiáng)誤差越大。 第一個(gè)問(wèn)題是物料本身對(duì)傳感器相當(dāng)于一個(gè)電容，它不消耗變送器的能量，（純電容不耗能），但掛料對(duì)傳感器等效電路中含有電阻，則掛料的阻抗會(huì)消耗能量，從而將振蕩器電壓拉下來(lái)，導(dǎo)致橋路輸出改變，產(chǎn)生測(cè)量誤差。高頻 正弦 振蕩器輸出一個(gè)穩(wěn)定的測(cè)量信號(hào)源，利用電橋原理，以精確測(cè)量安裝在待測(cè)量容器中的傳感器上的導(dǎo)納，在油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 8 直接作用模式下，儀表的輸出隨物位的 升高而增加。圖 14 為億科儀器儀表有限公司生產(chǎn)的射頻導(dǎo)納連續(xù)液位計(jì)。 （ 5） 射頻導(dǎo)納界面儀 射頻導(dǎo)納界面儀以射頻阻抗理論為基礎(chǔ)，通過(guò)被測(cè)介質(zhì)呈現(xiàn)的阻抗特性反映油水界面位置，由于其具有測(cè)量范圍大、可以克服礦化度和掛油影響等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用廣泛。該裝置由 28 個(gè)傳感器組成，它們分別單獨(dú)以多種方式被激活，以避免串?dāng)_問(wèn)題。該設(shè)備易于維護(hù)和安裝，是模塊化的。這里包括了 28 個(gè)高頻超聲換能器，每個(gè)傳感油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 7 器包括感應(yīng)器和他的相應(yīng)的電子產(chǎn)品。由于液體流動(dòng)使測(cè)量設(shè)備移動(dòng)，因此，這些管道內(nèi)液體將提供相應(yīng)的液位，和在儲(chǔ)油罐縱向位置的液體密度。 石油領(lǐng)域中，這種設(shè)備用于過(guò)程控制，如界面檢測(cè)設(shè)備或儲(chǔ)油罐中插入具有特殊管道的乳化液檢測(cè)設(shè)備。 整個(gè)系統(tǒng)是模塊化的由一維數(shù)組的超聲換能器組成，他們通過(guò)不銹鋼屏蔽線以鏈的方式連接到一起，嵌入式發(fā)射機(jī)是基于計(jì)算機(jī)（ RISC）處理器執(zhí)行控制，數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)模式識(shí)別任務(wù)。在此提出了一種可以克服上述弊端的工業(yè)樣機(jī)超聲設(shè)備。另一個(gè)缺點(diǎn)是傳感器和內(nèi)壁之間的連接松散，較薄的油插入他們之間，使得傳感器的不能移動(dòng)。原因之一是接收超聲波的傳感器產(chǎn)生相對(duì)較弱的回波信號(hào)，如果他們的分離距離超過(guò)幾米超 聲波很難到達(dá)發(fā)射器。兩種傳感器在同一水平面內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，提供該液面的信息。在高儲(chǔ)油罐中，超聲波傳感器的角度（通常多于 3 度）所引起的誤差可以忽略不計(jì)。不過(guò)，該設(shè)備沒(méi)有擴(kuò)展到工業(yè)儲(chǔ)油罐，因?yàn)槌暡ㄍㄟ^(guò)三種不同的介質(zhì)（如從硅油到金屬 U 型管的目標(biāo)液體）時(shí)將會(huì)嚴(yán)重的衰減。該器件測(cè)試通過(guò)縱向介質(zhì)面的超聲波的傳播速度，測(cè)試的位置不同，介 質(zhì)組成也不同。因此國(guó)外提出了一種新的以超聲波為基礎(chǔ)，用于多層液面測(cè)量（ MLLM）的硬件裝置。 油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 6 近年以微波為基礎(chǔ)的傳感器已被用于乳化液層的檢測(cè)。 （ 4） 雷達(dá)／超聲波式界面檢測(cè)儀 該方法將超聲波發(fā)生器和接收器放入油罐中，利用超聲波在油和水中 傳播速度的不同來(lái)測(cè)量界面位置。這種方法靈敏度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，其中電容測(cè)試轉(zhuǎn)換電路的抗干擾性能是關(guān)鍵的。 （ 3） 電容式界面檢測(cè)儀 圖 12 容界面檢測(cè)儀 對(duì)圓柱殼金屬容器 ，在其中心豎直插入一根電極，則電極與容器壁之間就可視為一個(gè)柱型電容器。利用內(nèi)含填充液 (如硅油 )的引壓管線，能防止引壓管線堵塞，但發(fā)蘭取壓面壓力膜片仍會(huì)受到高粘度、易結(jié)晶液體的粘結(jié)和沖擊等因素的不利影響而使其壽命和測(cè)量精度降低。另外，該方法屬于間接測(cè)量方法，測(cè)量精度受液體密度的影響，而分離罐中原油密度受水份、含水率、溫度及壓力的影響會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致界面檢測(cè)出現(xiàn)誤差 。差壓式界面檢測(cè)儀完全在罐外安裝，易于維護(hù)。 （ 2） 差壓式界面檢測(cè)儀 差壓式界面檢測(cè)儀是根據(jù)壓力差原理工作的，不同界面高度會(huì)導(dǎo)致液體密度不同，儀表的兩個(gè)差壓變送器檢測(cè)到的壓差就不同。一旦鋼帶斷裂，對(duì)大型油罐而言，其維修是極其困難的，因?yàn)椴粌H需要排空罐內(nèi)液體，進(jìn)罐維修人員還面臨有毒、缺氧、黑暗、易燃易爆等惡劣處境。浮子法簡(jiǎn)單易行，有一定的精度。當(dāng)浮子隨著界面升降時(shí)，彈簧馬達(dá)隨之正反轉(zhuǎn)，這樣就將界面高度轉(zhuǎn)換成了馬達(dá)的轉(zhuǎn)角信號(hào) ，繼而轉(zhuǎn)變成電信號(hào)進(jìn)行處理、顯示。 這個(gè)問(wèn)題一直沒(méi)有得到很好的解決。由于上述原因，在原油生 產(chǎn)過(guò)程中，原油儲(chǔ)罐油水界面的準(zhǔn)確檢測(cè)一直油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 4 沒(méi)有很好的方法。由于原油儲(chǔ)罐油和水可以組成不同形態(tài)的油水乳化液，在界面處形成一個(gè)乳化帶，乳化帶的寬度和狀態(tài)是隨機(jī)變化的，而普通的界面儀無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量油水界面和乳化帶的寬度。 界面測(cè)量?jī)x器分類(lèi) 目前油田含油廢水處理 的重要性日益受到關(guān)注與重視，污水中的油的再次分離回收以及提高污水的排放指標(biāo)已成為重要的能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題。目前，已有不少可以小規(guī)模應(yīng)用于特定油田的技術(shù)出現(xiàn)，并且也相繼出現(xiàn)了一批專(zhuān)門(mén)制造這一類(lèi)檢測(cè)儀器的公司，如北京創(chuàng)新思成科技有限公司、山東力創(chuàng)、蘭州科慶儀表公司等。但是，由于原油與水混合物成分的復(fù)雜性，到目前為止還沒(méi)有可以十分有效地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各油田的產(chǎn)品推出。重力法的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)在于原油與水的界面檢測(cè)技術(shù)，即油水界面檢測(cè)技術(shù)。 國(guó)內(nèi)研究狀況 在國(guó)內(nèi)，由于起步比較晚，油水分離技術(shù)依然處于初始的研究階段，目前依然普遍采用傳統(tǒng)的重力油水分離方法。 90 年代中期，曼徹斯特理工大學(xué)的電子工程系成功地研制出了分段電容陣列法，這種方法的電容傳感器不但對(duì)傳感器的制作工藝要求很高，而且對(duì)安裝維護(hù)的要求也很高。這一時(shí)期的典型產(chǎn)品是美國(guó) VAREC 公司生產(chǎn)的2500 型鋼帶浮子液位計(jì)和 6500 型伺服式液位計(jì)，荷蘭 NRAF 公司的 SH 型伺服動(dòng)油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 3 力液位計(jì)等。 60 年代末至 80 年代初，國(guó)外主要研制和使用的是各種鋼帶浮子液位計(jì)，大多都是對(duì)每個(gè)油罐進(jìn)行獨(dú)立安裝，現(xiàn)場(chǎng)顯示，這類(lèi)儀表的主要缺點(diǎn)是機(jī)械摩擦影響了計(jì)量精度，浮子在滑動(dòng)桿上容易被敷住。 為了滿(mǎn)足油田現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際需要，迫切需要結(jié)合國(guó)內(nèi)原油的特點(diǎn)和生產(chǎn)實(shí)際，將高新技術(shù)引入到原油儲(chǔ)罐內(nèi)油水界面檢測(cè)的研究開(kāi)發(fā)中，研制出新型、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好的高品質(zhì)油水界面檢測(cè)儀器，從而解決目前各 種油水界面檢測(cè)過(guò)程中存在的問(wèn)題，從根本上提高我國(guó)油水界面的檢測(cè)技術(shù)水平。 準(zhǔn)確地檢測(cè)油罐內(nèi)油水界面是實(shí)現(xiàn)原油分離灌自動(dòng)放水的重要保障，也是儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)管理和計(jì)算原油儲(chǔ)量的主要依據(jù)，在自動(dòng)化技術(shù)中占有著重要的位置。因此，在油田原油的生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，都要求對(duì)儲(chǔ)油罐中的油水界面進(jìn)行檢測(cè)。因此，針對(duì)國(guó)內(nèi)原油生產(chǎn)的特點(diǎn)，研究出適合國(guó)內(nèi)原油的油水界面檢測(cè)技術(shù)，開(kāi)發(fā)出高品質(zhì)的儀器儀表，使國(guó)內(nèi)原油分離灌內(nèi)油水界面的測(cè)量技術(shù)邁入一個(gè)新臺(tái)階，具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。如今國(guó)內(nèi)許多油田依然采用原始的人工方法進(jìn)行檢測(cè)，勞動(dòng)效率非常低下。在這個(gè)過(guò)程中，對(duì)原油層和水層分界面的油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 2 檢測(cè)非常重要。因此，只有隨時(shí)將儲(chǔ)油罐中的 水排出去，才能夠充分利用儲(chǔ)油罐的容量，處理成低含水率的成品原油。而油水界面的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)對(duì)油品的含水率、污水回收及處理成本都是極為關(guān)鍵的。在聯(lián)合站，經(jīng)過(guò)計(jì)量、加熱，然后將原油送至一級(jí)沉降罐 (在 一級(jí)沉降罐內(nèi)原油常年保持在 60 ℃左右 )，經(jīng)過(guò)沉降分離后送至中間罐，經(jīng)過(guò)脫水泵脫水，再經(jīng)過(guò)二次加熱進(jìn)入二級(jí)沉降罐 (在二級(jí)沉降罐內(nèi)原油常年保持在 80 ℃左右 )，分離后的原油進(jìn)入電脫水器進(jìn)行最后的處理，達(dá)到含水率標(biāo)準(zhǔn) (﹤ %) 后，最后送到成品油儲(chǔ)罐。 在油田生產(chǎn)過(guò)程中，油水分離是原油加工中極為重要的環(huán)節(jié)。然而這種方法的缺點(diǎn)是開(kāi)采出的原油的含水率一般都很高，需要采取工藝處理除去其中的氣、水和泥沙等雜質(zhì)。特別是到了油田開(kāi)采的中后期，原油不能像初期開(kāi)采時(shí)那樣，在巖石下受到很大的壓力自己就噴出來(lái)。然而石油從開(kāi)采出來(lái)到分離、提煉，再到工業(yè)、生活的生產(chǎn)、消費(fèi)卻是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，僅原油的開(kāi)采就是一道紛繁復(fù)雜的工序。 本文通過(guò)分析了國(guó)內(nèi)外油水界面檢測(cè)技術(shù)，利用原油、水、乳化液在介電常數(shù)上的不同用電容傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)原油分離罐內(nèi)油水界面的在線檢測(cè)，本文詳細(xì)介紹了采用 MCGS 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)可視化控制的設(shè)計(jì)思想、流程，用戶(hù)登錄界面、主控制界面、設(shè)備界面、顯 示界面、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)以及運(yùn)行策略界面的編制，油水界面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程， 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄 。 （ 6） 第 1516 周，準(zhǔn)備 PPT，答辯。 應(yīng)提交：（ 1）畢業(yè)實(shí)習(xí)日記、報(bào)告；（ 2）開(kāi)題報(bào)告；（ 3） 2 萬(wàn)字符的外文翻譯和英文資料；（ 4）畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，包括中文綜述、設(shè)計(jì)詳細(xì)說(shuō)明書(shū)；（ 5）油水界面計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集軟件和源程序；（ 6）油水界面測(cè)量實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù) （ 1） MCGS 組態(tài)軟件教程 （ 2） 型 油水界面測(cè)量?jī)x 使用手冊(cè)和相關(guān)協(xié)議 （ 3）迪陽(yáng)公司型號(hào) 為 DYUSB2020 多功能采集卡 使用光盤(pán)資料 （ 1） 第 3 周完成文獻(xiàn)綜述、 外文 翻譯 、開(kāi)題報(bào)告初稿，檢查所查文獻(xiàn)資料，應(yīng)查閱 25篇以上，英文 5 篇 （ 2） 第 4 周 學(xué)生完成開(kāi)題報(bào)告， 總體方案， 并 將 開(kāi)題報(bào)告上傳至管理系統(tǒng)，進(jìn)行開(kāi)題報(bào)告答辯 （ 3） 第 7 周中期檢查 ：文獻(xiàn)綜述，外文翻譯，教師指導(dǎo)記錄，學(xué)生工作日記，階段設(shè)計(jì)結(jié)果 （初步的圖紙、論文、程序、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等）， 學(xué)院根據(jù)管理系統(tǒng)強(qiáng)化管理并抽查部分學(xué)生。 4. 主要內(nèi)容與要求 （含原始數(shù)據(jù)及應(yīng)提交的成果） 主要參數(shù)： （ 1）采用 油水界面測(cè)量?jī)x （ 2）迪陽(yáng)公司型號(hào) 為 DYUSB2020 多功能采集卡。 院系名稱(chēng)： 機(jī)械工程學(xué)院 作者簽名： 學(xué) 號(hào)： 070233 2020 年 6 月 19 北 京 石 油 化 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論 文）任 務(wù) 書(shū) 學(xué)院（系） 機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 /職稱(chēng) 張寶生 / 副教授 （論文）題目 油水界面測(cè)控軟件設(shè)計(jì) ： 2020 年 2 月 21 日 至 2020 年 6 月 10日 3. 課題簡(jiǎn)介 油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)迫切需要測(cè)量精度高 ,抗干擾能力強(qiáng)的油水界面監(jiān)測(cè)儀 ,現(xiàn)有的儀表均不夠理想，目前我國(guó)應(yīng)用在原油儲(chǔ)罐 (特別是一次沉降罐 ) 和污水處理中的油水界面儀不能完全滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的要求，迫切需要研究 能適應(yīng)油田現(xiàn)場(chǎng)需要的油水界面檢測(cè)技術(shù)。公開(kāi)級(jí)學(xué)位論文全文電子版允許讀者在校園網(wǎng)上瀏覽并下載全文。本人承諾：已提交的學(xué)位論文電子版與印刷版論文的內(nèi)容一致，如因不同而引起學(xué)術(shù)聲譽(yù)上的損失由本人自負(fù)。 本人系作品的唯一作者，即著作權(quán)人。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對(duì)本文的研究做出重要