【正文】 08H 通 道 口 選擇 01H 油 品 溫 度下限報警 09H 通 道 口 選擇 02H 油 品 溫 度上 限報警 0AH 通 道 口 選擇 03H 環(huán) 境 溫 度下限報警 0BH A/D 轉(zhuǎn)換OE 端 04H 伴 熱 帶 指示燈 0CH A/D 轉(zhuǎn)換START 端 05H 蓄 電 池 電量下 限 0DH A/D 轉(zhuǎn)換ALE 端 06H 電機(jī)啟停 0013H A/D 轉(zhuǎn)換EOC 端 （ 1） P0 口 P0 接收 A/D 轉(zhuǎn)換的 8 位數(shù)據(jù)量，由于 P0 口不帶鎖存若同時使用它的輸入輸出功能，必須使用外部鎖存器（ 74LS373）。 8051的引腳見圖 . MCS51系列單片機(jī)中的 803 8051及 8751均采用 40Pin 封裝的雙列直接DIP 結(jié)構(gòu)，上圖是它們的引腳配置， 40個引腳中，正電源和地線兩根 ，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4組 8位共 32個 I/O 口，中斷口線與 P3口線復(fù)用。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機(jī)控制系統(tǒng)。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。 單片機(jī)沒有家用計算機(jī)那樣的 CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。首先單片機(jī) 是一種在線式實時控制計算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本。直接接到 A/D轉(zhuǎn)換器上 【 27】 表 壓力傳感器的接線 接線方式 插頭座號 導(dǎo)線顏色 輸入（電源）正端 1 紅 輸出（電源）正端 2 藍(lán) 輸出（電源）負(fù)端 3 白 輸入（電源）負(fù)端 4 黃 穩(wěn)壓芯片 78系列的引腳圖如右，因為 TO220封裝的 7805加散熱片最大能輸出 電流 如果壓降大則會導(dǎo)致芯片發(fā)熱甚至燒壞，鑒于這種情況，在 24V5V之間加 781 781 7809 芯片先將電壓降至 15V 降至 12V 降至 9V 降至 5V 以盡量延長芯片的壽命，避免芯片損壞帶來的經(jīng)濟(jì)損失。 RSY09應(yīng)變式壓力傳感器，測量范圍： 0～ 、 、 、 、 1 2 50、 60MPa不等可以按照自己的需要選擇。 應(yīng)用到 Cu50測量范圍為 0℃ 100℃ 但 測量精度不是很高，性能穩(wěn)定若采用精度高的 熱電阻 PT100則價格比較高 【 30】 。 表 伴熱帶具體參數(shù) 名稱 中低溫通用型電伴熱帶 型號 D(Z)BR 標(biāo)稱功率 W/℃ 1545 最高維持溫度 ℃ 75105 最高承受溫度 ℃ 105140 最高表面溫度 ℃ 95135 最低安裝溫度 ℃ 50~30 額定電壓下的最大使用長度 m 50 傳感器的選擇 由于電機(jī)和伴熱帶不是一直運作的需要有控制系統(tǒng)，本設(shè)計中用到單片機(jī)，那么就需要將模擬量采集過來再經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換到單片機(jī)中進(jìn)行控制。這時就需要有伴熱帶給管道加溫 【 26】 圖 伴熱帶結(jié)構(gòu)圖 ——溫度效率圖 因為蓄電池輸出為 24VDC，為了減少元器件使用和能量的損耗伴熱帶選擇 24VDC，由蓄電池直接供電，但是伴熱帶也不是任何時候都要使用的，只有管道的溫度達(dá)到一定的下限時才啟動，所以伴熱帶的啟停也要用到固態(tài)繼電器可開關(guān)三極管。下面為 杭州富陽奧星電子有限公司生產(chǎn)的供應(yīng) MJ電力開關(guān)三極管。 表 繼電器的具體參數(shù) 繼電器的開關(guān)由一個三極管來導(dǎo)通，三極管的導(dǎo)通與否是受到單片機(jī)程序的控制的。m 繼電器、三極管的選擇 由于電機(jī)的啟停是通過繼電器來控制的， 繼電器 (relay)是一種電門，但與一般開關(guān)不同，繼電器并非以機(jī)械方式控制，而是一種以電磁力來控制切換方向的電門。m 520gf 表 12V 電機(jī)的具體參數(shù) 額定電壓 空載電流 空載轉(zhuǎn)速 額定電流 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)速 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 堵 轉(zhuǎn) 電流 12v 4500r/min 3350r/min 130gf 圖 泵實物圖、具體參數(shù)表 額定電壓 24VDC 電流 壓力 0． 15Kg 揚程 46m 流量 3L/min 價格 20元 當(dāng)然我們可以選擇 12V的電機(jī)和上面 12V 泵匹配 ,12V泵的電源可以直接接在 7812 穩(wěn)壓芯片輸出端上， 7812 穩(wěn)壓芯片的最大輸出電流為 1A，因此在選擇時電機(jī)的額定電流應(yīng)該小于 1A。cm cm 器件的可行性選型 電機(jī)與泵的選擇 根據(jù)需 要，為給原油罐中原油進(jìn)行加溫，需通過熱水循環(huán)的方式，而使熱水循環(huán)就需要用到水泵，水泵由一個電機(jī)來帶動，由于實際中不要求泵的揚程太高，大約有 46m 就足夠了。 控制部 分實現(xiàn) 如圖 以單片機(jī)為核心的設(shè)計， 四路 路模擬量采集經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為 8位數(shù)據(jù)量，送數(shù)據(jù)量到單片機(jī)進(jìn)行處理輸出，輸出為高低電平，經(jīng)三極管來控制繼電器的通斷，從而控制電機(jī)和伴熱帶的啟停最終實現(xiàn)熱水在允許條件下來工作 這四路模擬量分別為太陽能熱水器的液位、管道溫度、原油出口溫度、蓄電池電壓 。除垢時關(guān)閉閥 R R2打開 R4沖洗左邊的管道，打開 R5沖洗右邊的管道 ,或者打開閥 R R R2，關(guān)閉閥 R R5可以沖洗太陽能熱水器底部的雜物和污垢。 R R2——為出水閥和進(jìn)水閥 R3——補(bǔ)水閥（當(dāng)補(bǔ)水信號等亮?xí)r在 R3處進(jìn)行補(bǔ)水）。根據(jù)原油罐的實際情況和當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境來選擇適合的管道，為了減少管道的熱損失，要在管道的外不在粘上一層絕緣保溫層。 原油罐保溫式 由于原油的入口溫度一般在 50℃ 60℃ ，也就是說原油在進(jìn)罐之前溫度就足以保證能順利導(dǎo)出，不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步的加溫過程，因此這個時候我們還可以采取一些保溫措施，而我設(shè)計的保溫方案就是在原油罐的外側(cè)纏繞保溫管道，在油罐的底部盤旋管道，如圖 。 原油罐加熱式 若利用加熱式的方法來提高原油罐內(nèi)原油的溫度，則采用原油罐內(nèi)加熱，即將管道纏繞在原油罐的內(nèi)部通過太陽能熱水器內(nèi)熱水的循環(huán)來連續(xù)對原油進(jìn)行加溫。 實地考察了學(xué)校西門儲油罐， 上圖為一螺旋臥式油罐 (油井多項存儲收集器二類（ GB150—1998） )具體的參數(shù)如表 。首先分兩個方案：一個是原油罐加熱式設(shè)計，另一個就是原油罐保溫式設(shè)計。 總上所述，太陽能綜合了 普遍 、綠色無污染、長 久使用、經(jīng)濟(jì)實用、安全可靠等特點， 太陽能加溫裝置具有安全、熱效率高、節(jié)電效果顯著的優(yōu)勢 ,有效解決了油田單井儲油罐電加熱生產(chǎn)能耗高的問題 ,它是油田降低能源消耗 ,提高經(jīng)濟(jì)效益的可行性舉措 ， 即經(jīng)濟(jì)又實用 。 現(xiàn)如今有一種最新的油罐加熱裝置 ——電熱膜，它的轉(zhuǎn)換效率相比其他加熱裝置要高，并且體積小、安裝便捷、壽命長等優(yōu)點，但是鑒于獨立的一個原油罐，距離電網(wǎng)較遠(yuǎn)，若將電網(wǎng)牽至造價會很高。但是 蒸汽不能保證特別穩(wěn)定的壓力存在 安全隱患；涉及到安全防火問題；必須有人看管，占用人力資源。而太陽能是一種天然的能源，是取之不盡，用之不竭的，并且太陽能遍布世界的各個地方， 無論在哪里都能收集到這一天然的巨大的能源。這些方法雖然各有各的優(yōu)點但也存在各自的弊端如： 用木材及煤炭進(jìn)行罐體底部加熱 ,雖然比較經(jīng)濟(jì)，但是木材和煤炭在燃燒時會產(chǎn)生很多二氧化碳、一氧化碳等氣體污染環(huán)境，而太陽能就是一個綠色的能源無污染。 我們還可以將太陽能熱水器并聯(lián)使用組成太陽能熱水器組，根據(jù)原油罐的大小可用熱量來選擇。因為工業(yè)熱水用量大，需要很大面積的太陽能集熱器，要求集熱器不易損壞、易維護(hù)、可承壓，平板集熱器在此方面具有顯著的優(yōu)越性。 大概的估計值為 =≈900W (900W/24V)*24H≈40AH 可以選擇 24V 40AH的蓄電 池考慮到 24V蓄電池體積較大，不宜安裝，選用體積較小的 2V40AH 的 12個串聯(lián)安裝。考慮地區(qū)冬季最低溫度達(dá)到零下多少度，選取溫度修正系數(shù)，溫度在 25℃ 以下時取 。計算如下 ： 已知電機(jī)的 大概的計算功率 P=UI=24*= 根據(jù)行業(yè)通用計算太陽能蓄電池容量的公式，得： (1)太陽能蓄電池容量： Bc=ANlQ／ CD 式中 A——安全系數(shù)，范圍 (1． 1～ 1． 5)根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境選擇，選 。 蓄電池 鉛酸蓄電池具有技術(shù)成熟、成本低、電池容量大、跟隨負(fù)荷輸出特性好、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點。 并聯(lián)組件數(shù)量 =Q／ (qPT) Q——需要太陽能發(fā)電承擔(dān)負(fù)荷，電池板 24h 連續(xù)使用， Q=(P／ 24V)24； q——庫侖效率，太陽能電池組產(chǎn)生的電流中有一部分不能轉(zhuǎn)化儲存而是耗散掉，所以可以認(rèn)為必須有一小部分電流來補(bǔ)償損失，用庫侖效率來評估這種電流損失，取 q=0． 9； P——組件的日輸出，已知該地區(qū)一年最差天氣太陽輻照量 A。 由上面對電機(jī)的選型可以大概的計 算功率 P=UI=24*=. 太陽能電池板容量的確定 :可以選擇 50W100W。 太陽能電池板分為晶體硅電池板，非晶硅電池板兩類 ，晶體硅電池 板又分為 多晶硅 太陽能電池、 單晶硅 太陽能電池，其中單晶硅電池板的轉(zhuǎn)換效率較高為 15%～ 20%，多晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率大約 12%，非晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率大約 10%【 36】 。但是只用太陽能轉(zhuǎn)換熱能的作用是不夠的，因為在實際應(yīng)用中，我們需要考慮的問題很多，這時就用到了控制系統(tǒng)，但是考慮到偏遠(yuǎn)地方?jīng)]有可用的電網(wǎng)，控制系統(tǒng)電源來源就需要用到太陽能轉(zhuǎn)化電能來實現(xiàn)。 根據(jù)設(shè)計的整體框圖，對圖中的各個部分進(jìn)行具體分析，分為一下幾個章節(jié)：太陽能熱水器 、電池板的選擇；硬件連接設(shè)計；控制部分設(shè)計 。 根據(jù)以上情況的分析設(shè)計了如圖 所示的原理框圖。但是原油的溫度不能太高，否則原油容易汽化，造成原油罐中壓力過大，嚴(yán)重時可能引起爆炸。各個硬件的連接也要考慮清楚。因為蓄電池儲電不能為 0，若在連續(xù)陰雨天太陽能電池板集電能力弱的時候，再不關(guān)閉電機(jī)和伴熱帶，就會導(dǎo)致蓄電池的電量耗盡，這樣會大大減短蓄電池的壽命?？紤]到環(huán)境的因素，蓄電池的儲能一定要大。 油品的出口溫度要控制在要求的溫度范圍內(nèi)，需要一個溫度傳感器。太陽能的蓄電池要與電池板匹配，蓄電池輸出的電壓需要轉(zhuǎn)換為所需的伏數(shù)，即需要用到穩(wěn)壓芯片 781 7812和 780 7805（由于芯片的電流最大值即最大的壓差不能太大不能直接用一個 7805 先用一個 7815 將 24V 轉(zhuǎn)換為 15V再降至 12V再降至 9V再降至 5V以減小壓降）。 整體思路 利用水泵實現(xiàn)太陽能熱水器中熱水在原油罐中的循環(huán)以提高油品的出口溫度。 當(dāng)原油溫度低于凝固點時，原油就會成固體狀態(tài)即原油的粘度增大， 流動性差而開發(fā)難度增大 不易從原油罐中導(dǎo)出。溫度增高其粘度降低，壓 力增高其粘度增大，溶解氣量增加其粘度降低，輕質(zhì)油組分增加，粘度降低 【 31】 。一般原油的存儲溫度在 50℃ ～ 60℃ ， 管道內(nèi)熱水溫度不得超過 100℃ ，否則油中水分蒸發(fā)造成沖罐 【 32】 。原油的凝固點大約在50℃ ～ 35℃ 之間。 第 3 章 應(yīng)用太陽能設(shè)計原油罐加熱裝置 原油相對密度一般在 ～ 之間，少數(shù) 大于 或小于 ，相對密度在 ～ 的稱為重質(zhì)原油，小于 的稱為輕質(zhì)原油。 勝利油田孤東采油廠打造綠色節(jié)能環(huán)保油區(qū)。 國內(nèi)太陽能在油田中的應(yīng)用 勝利油田、華北油田、大港油田、冀東油田廣泛應(yīng)用油井單體儲罐太陽能加溫裝置。在科威特、印度尼西亞、馬來西亞等國家和地區(qū)也有 12條示范管道在試驗中。 太陽能熱二極管技術(shù)近年 來被應(yīng)用于稠油管道運輸中 ,1984 年澳大利亞太陽能公司 John La2sich 成功完成了稠油管道試驗 ,在陽光充足條件下管溫可提高 40 ℃ ,夜間也可保持提高 10 ℃ 。 太陽能在油田中的應(yīng)用 隨著太陽能技術(shù)的發(fā)展太陽能已經(jīng)滲入到油田行業(yè)中，現(xiàn)如今太陽 能 已經(jīng)逐漸應(yīng)用 在油田 行業(yè) 中。光生物利用通過植物的光合作用來實現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)換成為生物質(zhì)的過程。其基本原理是利用光生伏打效應(yīng)將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，它的基本裝置是太陽能電池。前一過程為光 —熱轉(zhuǎn)換，后一過程為熱 —電轉(zhuǎn)換。即利用太陽輻射所產(chǎn)生的熱能發(fā)電。目前已實用的主要有以下兩