油品含水率智能化检测系统设计

　　0　引言

　　成品油的含水率一般指质量含水率,是成品油非常重要的指标之一,在很大程度上决定了成品油的质量。总的来说,成品油中的水分主要来自储运及加工过程。此外,石油产品有一定程度的吸水性,在与大气或与水接触时,也能吸收和溶解少量的水分。因此,即使是质量完全合格的成品油,在出厂甚至使用时,其中也会含有低于0. 3% ~0. 5%的水分。合格的成品油中水分含量是非常低的,不会影响成品油的正常使用。但当含水率超过1. 5%时,成品油含水将对其生产、运输、储存和使用都将产生一系列重要的影响。

　　根据以往对成品油含水危害的分析,无论从哪方面看,成品油中所含的水分都应视作有害的杂质,所以成品油含水率的测量对成品油的质量控制和正确使用具有重要的意义[1]。

　　1　系统工作原理

　　但是式(1)建立在能分别直接测量水分和纯油的质量基础之上,而这个要求在实验室外难以实现。

　　我们采用通过测量含水油品平均密度来测量含水率,含水率与纯水的密度ρW、纯油的密度ρO及含水油品的平均密度ρ有如下关系:

　　由式(2)可知,当ρw和ρo一定时,含水率η为含水油品的平均密度ρ的单值函数,通过对含水油品平均密度的实时测量,就可以实现对油品含水率的实时检测,从而将对油品含水率的测量转换成对油品平均密度的测量[2]。

　　对液体平均密度测量方法有很多,常见的有体积称重法和浮力法,但是这些方法对成品油库来说显然并不适用。因而,我们另辟蹊径采用通过超声波测量油位及差压传感器测量油压的方法来测量油库内成品油的平均密度,最终实现对成品油含水率的检测。

　　由物理学知识可知,液体内部深度为h处的压强P计算公式为:

　　在本系统实际设计中,利用超声波方法实现油位的测量。本系统中超声波探头在油库中的安装示意图如图1所示。

　　在油库的顶部位置装一超声波探头(收发一体的传感器),由超声波探头发射的超声波遇到空气和油品形成的相界面后发生反射,反射的回波被超声波探头所接收,测出超声波探头触发脉冲时刻和回波返回到达时刻,求出渡越时间Δt。根据声波在传输介质中的声速c0,由Δt便可方便地计算得到当前油库内成品油的位置即油位H[3],其表达式为:

　　式中,d为探头至油面的距离;L为探头至油罐底部的距离;c0为声波在传输介质中的声速;Δt渡越时间。

　　由于油库一般为一密闭容器,不与大气直接相通,因而油库内的气压一般会高于外界大气压力,故采用差压式压力传感器通过感受正负压舱内的压力差来测量正负引压管之间的压力差。本系统中采用的是差压式压力传感器测量油库底部的油压,其安装方式如图2所示。