CN110201423B - 一种基于旋转法的自动切水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油化工技术领域，尤其涉及一种基于旋转法的自动切水器，该自动切水器基于液体粘度的检测原理，通过利用恒定扭矩的电机带动金属转子，在检测样液中旋转。在不同粘度的检测样液中，恒定扭矩的金属转子的转速会存在显著差异，因此能根据转速准确地区分出油和水，实现自动切水。该切水器能适用各种不同的油品，且依靠电机高速旋转产生的离心力，有效地避免了检测样液粘附在检测部件上，从而不会因检测样液粘附而影响精度，能够长期运行且无需定期清洗维护，进而在提高切水准确性的同时，降低了切水成本。

Description

一种基于旋转法的自动切水器

技术领域

本发明涉及石油化工技术领域，尤其涉及一种基于旋转法的自动切水器。

背景技术

在石油化工企业储罐中，无论是原油还是成品油，都不可避免地含有一定水分，水分的存在影响了油品质量，给后续加工处理带来负担，严重的甚至造成设备损坏和安全事故。如柴油含水率高会导致发动机气缸、气门、活塞的腐蚀和损坏。因此，油品都需要在油罐中储存，依靠水密度比油品大的原理，让水分沉积在储罐底部。待水分积累到一定程度后，打开罐底阀门，把水放出去，这个过程即为油罐切水。

目前，油罐切水有人工和自动两种方式。人工切水是靠眼睛区分油和水，很难把握关闭阀门的时间，往往造成油品误排到排水系统，造成油品的浪费及环境污染，增加了企业的运行成本。据统计，每个柴油罐年切除的水量约为180吨，若采用人工切水方式，其中含油约为10吨。且油中大多含有硫化氢等有害物资，损害操作人员健康。因此，采用自动切水设备是油罐切水设备选型的大势所趋，是安全生产、保护环境、提高效率的必然要求。

自动切水是依靠机械和电子装置识别油和水，若是水则自动打开阀门切水，待水中含油量达到一定程度后就立即关闭阀门。目前在使用的自动切水器大致分为两大类：浮球式(机械式)和油水分析式(电子式)。(1)浮球式：浮球式利用油和水的密度差原理，当水含量高时浮球上浮，打开阀门，油含量高时浮球下落，关闭阀门。浮球式自动切水器经历了不断的优化和改进，已在不少石化企业得到较为广泛的应用。但在实际应用中发现了浮球式切水器存在不少问题，即在连续工作时，长期因腐蚀、杂质等因素可能使切水器排水阀失灵，或者杠杆机构腐蚀、卡死，一旦发生卡死故障，将会带来巨大的直接经济损失、安全隐患以及环境污染等问题。(2)油水分析式：油水分析式是利用粘度、密度等传感器检测油水含量，控制阀门开启和关闭，较机械式更为安全可靠。目前已有的油水分析式自动切水器有超声波自动切水器、图像检测自动切水器、液柱谐振自动切水器等。超声波自动切水器利用超声波在水和油中的传播速率差异，超声波经罐壁入射到液体中，现场控制器对上下传感器的超声波回波检测计算，根据上下传感器超声波回波时间差判断罐内油水界面。如果达到或超过切水水位时，经过一定的延时，现场控制器产生切水信号驱动切水阀，进行切水。切水过程中，如果罐内油水界面低于切水水位时系统停止切水，完成切水过程。这种方法的优点在于传感器不直接接触介质，不受介质粘度的限制，但对超声波传感器的精度要求很高，而且要针对不同的油品类型选用不同的传感器，通用性不好。图像检测自动切水器依据水和油在颜色方面存在显著差异的基本事实，通过视频图像采集和处理实现罐实时切水。但该方案对工作环境要求较高，油污、灰尘等可能影响图像采集而导致结果失真，因此其应用受到局限。液柱谐振自动切水器是基于一定的温度下，每一种流体都有其固有的谐振频率。当水中的含油量发生微小变化时，其谐振频率和振幅都会发生较大的变化，从而能正确区分出水和油。这种方法的缺点是油粘附在传感器上会导致测量结果不准，因此需要对传感器进行定期的清洗和更换，可维护性有待提高；这些都是本领域技术人员所不期望见到的。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明公开了一种基于旋转法的自动切水器，其中，包括：油罐、切水检测器、切水控制器、切水阀、采样泵和排水管道；

所述切水检测器包括样液检测室、转子、电机和转速检测装置；所述样液检测室的进液口通过管道与所述油罐的底部连通，所述电机的输出扭矩恒定，所述转子伸入所述样液检测室并与所述电机的输出轴连接以在所述电机的带动下旋转，所述转速检测装置与所述电机连接以用于测量所述转子的转速；

所述切水阀连接在所述油罐和所述排水管道之间；

所述切水控制器连接在所述转速检测装置与所述切水阀之间，以根据所述转子的转速控制所述切水阀的开关。

进一步的，所述转速检测装置通过联轴器与所述电机的输出轴连接。

进一步的，所述转速检测装置为转速传感器。

进一步的，所述转速检测装置为编码器。

进一步的，所述转子为金属棒。

进一步的，所述切水控制器预设有转速阈值，当所述转速传感器输出的转速大于或等于所述转速阈值时，所述切水控制器控制所述切水阀开启；

当所述转速传感器输出的转速小于所述转速阈值时，所述切水控制器控制所述切水阀开启。

进一步的，所述样液检测室的出液口通过采样泵与所述油罐相连通。

进一步的，所述切水控制器与所述采样泵连接。

进一步的，所述电机的输出轴上还设置有运动机封。

进一步的，所述运动机封的材质为橡胶。

与现有技术相比，上述发明具有如下优点或者有益效果：

一、与既有的“浮球式”自动切水器相比，本切水器利用金属转子的旋转检测油水含量，控制阀门开启和关闭，不存机械结构卡死故障，更为安全可靠。

二、与既有的油水分析式切水器比较，本切水器依靠电机高速旋转产生的离心力，能有效避免油液粘附在金属转子上，长期运行不会因油液粘附而影响精度，无需定期清洗维护。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本发明实施例中切水检测器的结构示意图；

图2本发明实施例中基于旋转法的自动切水器的结构示意图；

图3是本发明实施例中切水控制器的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

如图1～3示，本实施例涉及一种基于旋转法的自动切水器，该自动切水器可用于油罐切水；具体的，该自动切水器包括：油罐5、切水检测器1、切水控制器2、切水阀3、采样泵4和排水管道6。

上述油罐5中存储有含水的油料，该油料为原油或燃料油等，由于水的密度大于油的密度，因此经沉淀之后，水会沉积在油罐5的底部。

上述切水检测器1包括样液检测室11、金属转子12(该金属转子12可以为金属棒)、电机15、联轴器16和转速检测装置17；该样液检测室11的进液口通过管道与油罐5的底部连通，在静压的作用下，沉淀在油罐5底部的液体(该液体为水，但也可能包括油)会被压入样液检测室11而作为检测样液进行检测，该样液检测室11的出液口通过采样泵4与油罐5相连通，以使得采样泵4能够不断的从样液检测室11中抽取样品返回油罐5，进而确保样液检测室11中的样品与油罐5底部的液体特性一致。上述电机15输出恒定的扭矩，且该电机15的输出轴13上还设置有运动机封14，以防止高速转动的检测样液溢出，进而影响电机15的工作；上述金属转子12伸入样液检测室11并与电机15的输出轴13连接以在电机15的带动下在检测样液中旋转；上述转速检测装置17通过联轴器16与电机15连接以用于测量金属转子12的转速，即电机15以恒定的扭矩驱动金属转子 12在样液检测室11的检测样液中旋转，由于电机15的转速与电机 15输出扭矩和电机15的功率有关，在扭矩和功率均恒定的情况下，电机15的转速恒定，进而理论上在金属转子12不受任何阻力的情况下，金属转子12的转速也恒定，然而样液检测室11的检测样液的粘度不可避免的会对金属转子12的转速产生影响，众所周知的，水和油的粘度差异很大，纯水的粘度一般为1厘泊，而机油的粘度约为 80厘泊，因此水和油的粘滞阻力有显著差异。当水和油形成混合物时，粘滞阻力会随着含油率的增加和相应地变大，因此金属转子12 的转速会随着样液检测室11内检测样液的含油率增大而变小，因此能够根据金属转子12的转速准确地区分出油和水，且由于金属转子 12连接在电机15的输出轴13上，转速检测装置17通过联轴器16 与电机15连接，因此电机15能够通过联轴器16将金属转子12的转速传递到转速检测装置17。

在本发明的实施例中，上述切水阀3连接在油罐5和排水管道6 之间，具体的，该排水管道6通过切水阀3连通至油罐5与样液检测室11之间的管道上，即切水阀3打开，油罐5和排水管道6连通以将油罐5底部的液体排放到排水管道6中，切水阀3关闭，油罐5和排水管道6之间不连通，油罐5底部的液体无法排放到排水管道6中；上述切水控制器2连接在转速检测装置17与切水阀3之间，以根据金属转子12的转速控制切水阀3的开关，在此，值得一提的是，本发明所涉及的切水控制器2根据金属转子12的转速控制切水阀 3的开关的方法及软件流程可采用本领域技术人员所熟知的方法及软件流程；具体的，在本发明中，上述切水控制器2预设有转速阈值(该转速阈值为含油量达到预设值时金属转子对应的转速)，该切水控制器2的作用是读取转速检测装置17输出的转速并与预设的转速阈值进行比较以判断检测样液中的含油量是否超标，当转速传感器输出的转速大于或等于转速阈值时，即样液检测室11中的样液粘度较低，含油量低于或等于预设的转速阈值对应的含油阈值，该切水控制器2 判断检测样液为水可排出，则切水控制器2发出启动切水命令，控制切水阀3开启进入切水状态，以将油罐5底部的液体排放到排水管道 6中；当转速检测装置17输出的转速小于转速阈值时，即样液检测室11中的样品溶液粘度较高，含油量高于预设的转速阈值对应的含油阈值，该切水控制器2判断检测样液中含油量超标，则该切水控制器2发出停止切水命令，关闭切水阀3，使得油罐5底部的液体不能排放到排水管路中。

在本发明的实施例中，如图3所示，上述切水控制器2工作流程具体为：

步骤S1，开始；

步骤S2，初始化切水检测器1的电机15；

步骤S3，初始化切水阀3；

步骤S4，启动切水检测器1的电机15；

步骤S5，检测切水检测器1的电机15是否发生故障，若切水检测器1的电机15未发生故障，则直接进行下一步，若切水检测器1 的电机15发生故障，则进行步骤S12；

步骤S6，通过转速检测装置17测量切水检测器1的电机15的转速；

步骤S7，进行油水分析，即将切水检测器1的电机15的转速与且切水控制器2预设的转速阈值进行比较；

步骤S8，根据比较结果判断检测样液中的含油量是否超过预设值；若超过预设值，则设置切水阀3关闭，若未超过预设值，则设置切水阀3开启；

步骤S9，回读切水阀3的状态；

步骤S10，判断切水阀3的状态与分析结果相符，若该切水阀3 的状态与分析结果相符，则判断状态正确，则返回步骤S5；若该切水阀3的状态与分析结果不符，则判断状态错误，则进行下一步；

步骤S11，输出报警；

步骤S13，切断电源；

步骤S14，结束。

优选的，上述转速检测装置17为转速传感器或编码器，只要该转速检测装置17能检测金属转子12的转速并将该转速输出至切换控制器2即可。

优选的，上述电机15为伺服电机。

优选的，上述运动机封14的材质为橡胶，以提高运动机封14的密封效果。

优选的，上述切水控制器2与采样泵4连接以控制采样泵4的抽取检测溶液至油罐的频率。

综上，本发明公开了一种基于旋转法的自动切水器，该自动切水器基于液体粘度的检测原理，通过利用恒定扭矩的电机带动金属转子，在检测样液中旋转。在不同粘度的检测样液中，恒定扭矩的金属转子的转速会存在显著差异，因此能根据转速准确地区分出油和水，实现自动切水。该切水器能适用各种不同的油品，且依靠电机高速旋转产生的离心力，有效地避免了检测样液粘附在检测部件上，从而不会因检测样液粘附而影响精度，能够长期运行且无需定期清洗维护，进而在提高切水准确性的同时，降低了切水成本。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种基于旋转法的自动切水器，其特征在于，包括：油罐、切水检测器、切水控制器、切水阀和排水管道；

所述油罐中存储有含水的油料；

所述切水检测器包括样液检测室、转子、电机和转速检测装置；所述样液检测室的进液口通过管道与所述油罐的底部连通，所述电机的输出扭矩恒定，所述转子伸入所述样液检测室并与所述电机的输出轴连接以在所述电机的带动下旋转，所述转速检测装置与所述电机连接以用于测量所述转子的转速；

所述样液检测室的出液口通过采样泵与所述油罐相连通，以使得采样泵能够不断的从样液检测室中抽取样品返回油罐；

所述切水阀连接在所述油罐和所述排水管道之间；

所述切水控制器连接在所述转速检测装置与所述切水阀之间，以根据所述转子的转速控制所述切水阀的开关，所述切水控制器预设有转速阈值，当所述转速检测装置输出的转速大于或等于所述转速阈值时，所述切水控制器控制所述切水阀开启；当所述转速检测装置输出的转速小于所述转速阈值时，所述切水控制器控制所述切水阀关闭。

2.如权利要求1所述的基于旋转法的自动切水器，其特征在于，所述转速检测装置通过联轴器与所述电机的输出轴连接。

3.如权利要求1所述的基于旋转法的自动切水器，其特征在于，所述转速检测装置为转速传感器。

4.如权利要求1所述的基于旋转法的自动切水器，其特征在于，所述转速检测装置为编码器。

5.如权利要求1所述的基于旋转法的自动切水器，其特征在于，所述转子为金属转子。

6.如权利要求1所述的基于旋转法的自动切水器，其特征在于，所述切水控制器与所述采样泵连接。

7.如权利要求1所述的基于旋转法的自动切水器，其特征在于，所述电机的输出轴上还设置有运动机封。

8.如权利要求7所述的基于旋转法的自动切水器，其特征在于，所述运动机封的材质为橡胶。