赵连科

(中国石化集团管道储运公司鲁宁处,,山东邹城273500)

摘要:分析了智能电子压力开关的特点,研究并论述了智能电子压力开关采取的模型识别技术及信号自动分段技术。研制的智能电子压力开关已在输油管道上应用。应用结果表明该智能电子压力开关技术先进、性能稳定可靠。关键词:电子压力开关;信号分段;单片机中图分类号:TP21󰀁󰀁文献标识码:B󰀁󰀁文章编号:1000󰀁0682(2005)

1、研制开发重要性和必要性

目前,国内针对原油的运送方式主要采用管道加热输送工艺。原油在管道输送中每间隔40~90km就设一个分站来进行加热、加压。为降低能源消耗我国输油管道都进行了现代化技术改造实现了计算机监控。在输油管道监控系统中为保护管线防止出站压力超高造成爆管,在出站及泵出口汇管处安装了压力开关。为防止输油泵抽空在进站管线及泵入口管线上也安装了压力开关。但目前使用的压力开关存在如下问题:

(1)工作不可靠󰀁在对进站压力开关进行校验时多次发现,当给定压力低于设定压力时,压力开关仍不动作,当用物体敲击时又恢复正常。

(2)误动作󰀁用户反应曾多次发生当管线内压力产生轻微波动时造成甩泵。致使某些压力开关长期不能投用,使输油泵失去应有的保护,带来不**因素。

(3)精度低、校准难󰀁在校验时需反复进行试验才能确定设定值。

(4)密闭流程解除后由于进站压力较低,使压力开关无法使用。为解决现有压力开关存在的这些问题,研制高可靠性、高精度和智能电子压力开关十分必要。

2、产品结构及关键技术

2. 1结构原理

智能电子压力开关外型如图1所示。它的结构由压力传感器、主机板及防爆外壳等部分组成。智能电子压力开关原理框图见图2。图1󰀁智能电子压力开关󰀁󰀁󰀁图2󰀁智能电子压力开关原理框图󰀁󰀁智能电子压力开关由以下几部分组成:

(1)压力传感器件采用单晶硅智能压力传感器。该传感器具有高精度(󰀁0󰀁075%)、高稳定性(优于0󰀁1%FS/年)、抗高过压和高静压(耐压16MPa)、量程迁移比大(20󰀁1)等特点。选用单晶硅智能压力传感器作为传感部件,使智能电子压力开关的控制精󰀁58󰀁工业仪表与自动化装置

(2)信号调理部分采用集成运放及电子元件组成,它对压力传感器信号进行调理,变成微电脑能接受的信号,送给微电脑。

(3)微电脑采用低功耗嵌入式单片机C8051F007,该单片机具有供电电压低(2󰀁7~3󰀁6V)、功耗低(可低于1mA)、体积小(8mm󰀁8mm)、功能强等特点。该单片机具有12󰀁BitADC,356BRAM,32kFlashMCU。微电脑将采集到的压力信号进行分析、处理、记忆,消除干扰及压力波动,发出正确的压力开关状态信号。

(4)电子开关将微电脑发出的压力开关状态信号转化为智能电子压力开关的导通及断开。

(5)校准按钮,在对智能电子压力开关校验时只要按下校准按钮󰀁,微电脑就会自动记忆当前压力值,并把该值作为智能电子压力开关设定值,从而实现压力开关的智能校验。

(6)流程选择开关,旁接罐流程、密闭流程可设置不同的门槛值,旁接罐流程设置的门槛值可适当降低,从而克服了旁接罐流程压力开关不能投用的难题。

2.2关键技术

2.2.1 模型识别技术输油泵入口压力较低时会对叶轮产生气蚀造成输油泵的损坏,因此输油站设置有压力调节系统并在进站及泵入口安装了压力开关,当进站压力较低时调节系统首先进行调节,当自动调节系统调节后进站压力若继续下降,达到压力开关动作值时就会进行甩泵从而达到保护输油泵的目的。但实际运行情况表明当发生异常情况时,由于自动调节系统存在滞后,未等自动调节系统发挥作用压力开关就产生动作造成甩泵。突然甩泵给输油设备造成的危害比短时间泵入口压力超低造成的危害还要大。合理的选择是依据泵站实际情况建立泵入口压力允许模型,压力开关依据该模型进行识别,决定是否甩泵。以鲁宁线为例,压力调节系统滞后约为2s,调节阀单行程耗时约为9s。当发生异常情况造成进站压力下降时,进站压力在调节系统的作用下其变化曲线如图3所示,压力开关的识别模型如下:y=-0󰀁01t󰀁40󰀁01t-0󰀁0548y的单位:MPa图3󰀁模型控制曲线图

2.2.2 信号自动分段技术经过对现场信号多次模型分析,采用信号自动分段技术与模型识别技术从而能有效的克服压力波动等各种干扰,提高压力开关的可靠性。信号自动分段方法的基本原理是选用一个固定的窗选取平稳运行的信号作为参考段,不断与当前信号作比较,非平稳性(如上站停泵引起的信号特性的变化)可以由不同段之间的过程统计特性和频谱性的改变显示出来。一般根据几种判据,当判据大于一定的阈值或当前段低于设定值时,就认为信号进入了另一段(异常段)。

2.2.3平均幅值距离D1=xs-xcxs其中稳态信号的均值xs=1N󰀁Ni=1xsi󰀁(信号窗宽度为N,xsi为第i次稳态信号值);当前段信号的均值xc=1N󰀁Ni=1xci(xci为第i次当前段信号值)。

2.2.4 均方根距离D2=󰀁c-󰀁s󰀁s其中稳态信号的均方根󰀁s=1N󰀁Ni=1(xsi-xs)212;当前段信号的均方根󰀁c=1N󰀁Ni=1(xci-xc)2122󰀁

2.2.5 斜率均值距离D3=ks-kcks其中稳定段信号的斜率ks=1N-j󰀁ni=1ksi;(n=N-j)ksi为xsi~xs(i+1)段的*小二乘拟合斜率,j为拟合数据段长度)当前段信号的斜率。

3.1 工艺条件与仪表的适用条件是否一致

工艺方面必须提供*详细的被测对象的特征(以气体成分分析为例):组成成分、温度、湿度、含尘粒度、结晶情况及腐蚀性等,以便厂家研究设计与生产工艺条件相匹配、相适应的分析检测仪表并予以集中解决。如果对对象考虑不全,就可能出现意想不到的情况。如前文提到的MW31-1分析仪,*初是用于制酸工艺尾吸塔出口排放烟气SO2浓度的测量,但由于对尾气中含有(NH4)2SO4结晶的重视不够,导致安装后因探头产生结晶而不能工作,造成选型上的失误。

3.2 预处理装置的处理能力与可靠性预处理部分是分析系统的重要组成部分,其重要程度不亚于仪表本身,因为分析仪表(系统)90%以上的故障都发生在预处理部分。好的预处理装置不但要处理能力强,还要有很好的可靠性,否则会大大增加备件成本或维护工作量。

3.3 仪表技术的先进性与厂家的后续开发、服务能力采用了先进技术的分析仪表往往是针对同类仪表的某些缺陷或不足而推出的,选型时可重点考虑。大型的、有实力的厂家或代理公司在分析仪表的维修、维护及备件供应等方面较有保证。

3.4 在经济条件允许的情况下尽可能选用进口仪表不可否认,进口分析仪表的性能的确比较好。因此,对重要生产过程中的成分分析应尽量选用进口分析仪表,而预处理装置*好选用国内产品,因国内厂家的预处理装置比较有针对性,可以根据用户的具体要求和现场情况进行设计。

3.5 实例考察不可少不同厂家的分析仪表(系统)都有自己优点,有的预处理装置做得很成功,有的是采样及分析部分好,但几乎没有厂家的各个部分都是*好的。因此,选定一、两种仪表(系统)再去它的用户进行考察,能够获得*真实的信息,有助于*后的定型。

4 结束语󰀁󰀁由以上分析可知,大多数分析仪表(系统)不是买回来就能用得好,即使是先进、昂贵的进口分析仪表也常会出现󰀁水土不服󰀁的情况。除了在选型上把好关、注意选用适合自身工艺条件的仪表外,在使用过程中针对现场条件对仪表设备进行适当改进,加强维护工作,是用好在线分析仪表(系统)的关键。