一種閉環(huán)電位反饋的裝卸原油靜電危害預(yù)警裝置制造方法
【專利摘要】一種閉環(huán)電位反饋的裝卸原油靜電危害預(yù)警裝置，屬于靜電防治【技術(shù)領(lǐng)域】。高架儲(chǔ)油罐連接鋼支架接地、電動(dòng)閥，電動(dòng)閥的另一端連接流速儀，流速儀的另一端連接靜電消除器，靜電消除器的另一端連接拉運(yùn)罐車，空心薄壁金屬球連接在拉運(yùn)罐車中，絕緣撓性導(dǎo)線與空心薄壁金屬球連接，靜電位反饋系統(tǒng)的電極板、感應(yīng)探頭和靜電儀分別連接靜電參數(shù)控制系統(tǒng)，靜電參數(shù)控制系統(tǒng)的輸出連接靜電量消除系統(tǒng)，流速儀連接靜電參數(shù)控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型通過實(shí)時(shí)監(jiān)控電位差、速度、電位三個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)原油裝卸作業(yè)中速度、靜電電量、靜電電位的在線監(jiān)測、聯(lián)動(dòng)報(bào)警和閉環(huán)控制，預(yù)防油田裝卸原油過程中可能由靜電積聚導(dǎo)致的安全隱患。
【專利說明】—種閉環(huán)電位反饋的裝卸原油靜電危害預(yù)警裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種閉環(huán)電位反饋的裝卸原油靜電危害預(yù)警裝置，屬于靜電防治【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]原油是電的不良導(dǎo)體，易產(chǎn)生靜電電荷積聚。在油田裝卸油作業(yè)中多采用上部噴注方式，使鶴管噴出帶電量及液面沖擊帶電量大幅度上升，易在液面形成高電位，當(dāng)瞬間釋放能超過原油氣最小點(diǎn)火能時(shí)，引起罐車的燃燒或爆炸。裝卸原油作業(yè)時(shí)靜電帶電包括兩個(gè)方面，一是罐車壁帶電，二是罐車內(nèi)原油帶電。罐體壁帶電是原油內(nèi)的靜電荷引起，原油電阻率高，傳遞給罐體壁的靜電非常有限。傳統(tǒng)罐車防靜電拖地帶及電磁接地樁有利于消除罐體壁與大地之間的電位差，卻不能消除罐車內(nèi)部由于各點(diǎn)電場強(qiáng)度的差異分布引起原油中任意兩點(diǎn)間的電位差，而這種電位差放電導(dǎo)致罐車爆炸的風(fēng)險(xiǎn)更高。
[0003]與輕質(zhì)成品油相比較，原油內(nèi)雜質(zhì)多、含水率大，靜電產(chǎn)生機(jī)理更復(fù)雜。目前國內(nèi)外學(xué)者主要開展成品油靜電危害研究，而針對(duì)原油靜電危害研究較少；罐體壁靜電泄放裝置可靠性無法實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)控；原油液面靜電多采用靜置方式進(jìn)行自然逸散，泄放裝置較少；控制參數(shù)主要選擇裝卸油流速，而靜電電位控制較少，無法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種閉環(huán)電位反饋的裝卸原油靜電
危害預(yù)警裝置。
[0005]一種閉環(huán)電位反饋的裝卸原油靜電危害預(yù)警裝置，它可以在線監(jiān)測靜電泄放裝置可靠性，實(shí)時(shí)顯示并向參數(shù)控制系統(tǒng)反饋罐車壁電位、原油液面電位及裝卸油速度變化值，通過與臨界預(yù)警值比較輸出閉環(huán)控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)裝卸油過程靜電危害的自動(dòng)預(yù)警。
[0006]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種閉環(huán)電位反饋的裝卸原油靜電危害預(yù)警裝置，高架儲(chǔ)油罐連接鋼支架接地、電動(dòng)閥，電動(dòng)閥的另一端連接流速儀，流速儀的另一端連接靜電消除器，靜電消除器的另一端連接拉運(yùn)罐車，空心薄壁金屬球連接在拉運(yùn)罐車中，絕緣撓性導(dǎo)線與空心薄壁金屬球連接，靜電位反饋系統(tǒng)的電極板、感應(yīng)探頭和靜電儀分別連接靜電參數(shù)控制系統(tǒng)，靜電參數(shù)控制系統(tǒng)的輸出連接靜電量消除系統(tǒng)，流速儀連接靜電參數(shù)控制系統(tǒng)。
[0007]靜電量消除系統(tǒng)至少由電動(dòng)閥、流速儀、感應(yīng)式管道靜電消除器組成。流速儀將測量參數(shù)反饋給控制系統(tǒng)，輸出閉環(huán)控制指令調(diào)節(jié)電動(dòng)閥的開度，保證鶴管內(nèi)的裝油速度V始終低于臨界預(yù)警值，減小靜電生成速率；當(dāng)流動(dòng)電荷隨著原油流經(jīng)感應(yīng)式管道靜電消除器時(shí)，靜電感應(yīng)使消除器攜帶足量的電荷，放電針進(jìn)行電暈放電中和掉原油中極性相反的電荷。
[0008]靜電位反饋系統(tǒng)主要是監(jiān)測罐車壁電位、罐內(nèi)原油液面電位變化，并實(shí)時(shí)反饋給參數(shù)控制系統(tǒng)，它至少由電極板、感應(yīng)探頭、靜電儀、反饋電路組成。[0009](I)罐體壁電位測試是為了實(shí)時(shí)判斷外接地在裝油過程中是否良好，保證靜電及時(shí)疏導(dǎo)至大地。靜電儀a測試的電極板接地并通過導(dǎo)線與罐體外壁一點(diǎn)連接，靜電儀b測試的電極板與罐體外壁另一點(diǎn)連接，兩點(diǎn)通過罐車壁連通，判斷Ua與Ub的電位差是否為零可以確定接地是否良好。
[0010](2)罐內(nèi)原油液面電位測試是為了實(shí)時(shí)判斷氣液接觸界面上積聚的靜電位是否達(dá)到擊穿氣相空間中輕烴混合組分的臨界值。根據(jù)漂浮在液面上的導(dǎo)體與液面攜帶電位大致相同的原理，設(shè)計(jì)一個(gè)空心薄壁金屬球，通過絕緣撓性導(dǎo)線與電極板相連，靜電儀c的測量值U。就可以大致反映裝油時(shí)空心薄壁金屬球附近的原油液面電位。
[0011]靜電參數(shù)控制系統(tǒng)是靜電危害預(yù)警系統(tǒng)的信號(hào)處理模塊，一方面接受來自流速儀、靜電儀反饋的參數(shù)信號(hào)，另一方面將參數(shù)值與臨界預(yù)警值進(jìn)行比較，輸出閉環(huán)控制指令，緊急關(guān)斷電動(dòng)閥，實(shí)現(xiàn)裝卸油過程的靜電預(yù)警處理。
[0012]一種閉環(huán)電位反饋的裝卸原油靜電危害預(yù)警方法，含有以下步驟；
[0013]靜電危害預(yù)警系統(tǒng)控制指令分三級(jí)，第一優(yōu)先級(jí)由罐體壁電位差Uab控制，作為電動(dòng)閥開啟的鑰匙；在系統(tǒng)運(yùn)行初期由流速V控制，通過流速儀調(diào)節(jié)電動(dòng)閥的開度；隨著拉運(yùn)罐車內(nèi)原油量增加，液面積聚大量外來電荷與再生電荷，系統(tǒng)進(jìn)入原油液面電位U。控制階段，若U。高于預(yù)警值則輸出閉環(huán)控制指令，關(guān)閉電動(dòng)閥停止裝油，靜置一段時(shí)間使U。低于預(yù)警值后重啟裝油系統(tǒng)；
[0014]第一級(jí)指令:裝油前當(dāng)罐體壁兩點(diǎn)的電位差Uab=O時(shí)，說明罐體壁電位為零，與大地電位相同，此時(shí)拉運(yùn)罐車接地良好，可以開啟電動(dòng)閥進(jìn)行裝油作業(yè)；裝油過程中當(dāng)罐體壁兩點(diǎn)的電位差Uab Φ O時(shí)，說明操作過程中出現(xiàn)虛接地現(xiàn)象，罐體壁的靜電荷不能及時(shí)導(dǎo)入大地，靜電參數(shù)控制系統(tǒng)7輸出閉環(huán)控制指令,關(guān)閉電動(dòng)閥停止裝油；
[0015]第二級(jí)指令:油田``生產(chǎn)中用于臨時(shí)存放原油的多為高架儲(chǔ)油罐，利用原油自重進(jìn)行裝卸油作業(yè)；根據(jù)能量守恒定律，當(dāng)電動(dòng)閥完全打開時(shí)，裝油鶴管內(nèi)原油流速為
V = ^gAh ( Δ h為落差)，當(dāng)高架儲(chǔ)油罐和拉運(yùn)罐車的高度一定時(shí)，初液面高度Iitl對(duì)應(yīng)的流
速最大；根據(jù)管徑?jīng)Q定管道安全流速原理，鶴管的安全流速為v，= 0.8x.^ (D為鶴管的公
稱直徑)；當(dāng)鶴管內(nèi)原油流速小于安全流速時(shí)完全開啟電動(dòng)閥4進(jìn)行裝油，否則流速儀輸出控制指令調(diào)節(jié)電動(dòng)閥的開度降低原油流速；
[0016]第三級(jí)指令:裝油過程中原油液面電位不斷上升，經(jīng)過靜電消除器進(jìn)入拉運(yùn)罐車內(nèi)部的原油依然攜帶部分外來電荷，以及水珠沉降、氣泡上升產(chǎn)生的再生電荷，共同向原油液面匯聚形成高電位,并隨著時(shí)間增加逐漸上升，當(dāng)靜電儀測試的電位U。大于5kV時(shí)，靜電參數(shù)控制系統(tǒng)輸出閉環(huán)控制指令，關(guān)閉電動(dòng)閥停止裝油。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果是利用一種閉環(huán)電位反饋的裝卸原油靜電危害預(yù)警裝置，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控電位差、速度、電位三個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)原油裝卸作業(yè)中速度、靜電電量、靜電電位的在線監(jiān)測、聯(lián)動(dòng)報(bào)警和閉環(huán)控制，預(yù)防油田裝卸原油過程中可能由靜電積聚導(dǎo)致的安全隱患。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本實(shí)用新型以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說明的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定，如圖其中:
[0019]圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本實(shí)用新型技術(shù)原理圖。
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
【具體實(shí)施方式】
[0022]顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本實(shí)用新型的宗旨所做的許多修改和變化屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0023]實(shí)施例1:如圖1、圖2所示，一種閉環(huán)電位反饋的裝卸原油靜電危害預(yù)警裝置，高架儲(chǔ)油罐I連接鋼支架接地2、電動(dòng)閥4，電動(dòng)閥4的另一端連接流速儀5，流速儀5的另一端連接靜電消除器6，靜電消除器6的另一端連接拉運(yùn)罐車8，空心薄壁金屬球10連接在拉運(yùn)罐車8中，絕緣撓性導(dǎo)線11與空心薄壁金屬球10連接，靜電位反饋系統(tǒng)9的電極板12、感應(yīng)探頭13和靜電儀14分別連接靜電參數(shù)控制系統(tǒng)7，靜電參數(shù)控制系統(tǒng)7的輸出連接靜電量消除系統(tǒng)3，流速儀5連接靜電參數(shù)控制系統(tǒng)7。
[0024]如按圖1所示進(jìn)行設(shè)計(jì)，一種閉環(huán)電位反饋的裝卸原油靜電危害預(yù)警裝置，它由靜電量消除系統(tǒng)3、靜電參數(shù)控制系統(tǒng)7、靜電位反饋系統(tǒng)9組成，安裝在原油裝卸棧臺(tái)附近，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測拉運(yùn)罐車8的罐車壁電位和原油液面電位。
[0025]一種閉環(huán)電位反饋的裝卸原油靜電危害預(yù)警方法，如按圖2所示進(jìn)行控制，靜電危害預(yù)警系統(tǒng)控制指令分三級(jí)，第一優(yōu)先級(jí)由罐體壁電位差Uab控制，作為電動(dòng)閥4開啟的鑰匙；在系統(tǒng)運(yùn)行初期由流速V控制，通過流速儀5調(diào)節(jié)電動(dòng)閥4的開度；隨著拉運(yùn)罐車8內(nèi)原油量增加，液面積聚大量外來電荷與再生電荷，系統(tǒng)進(jìn)入原油液面電位U?？刂齐A段，若U。高于預(yù)警值則輸出閉環(huán)控制指令，關(guān)閉電動(dòng)閥4停止裝油，靜置一段時(shí)間使U。低于預(yù)警值后重啟裝油系統(tǒng)。
[0026]第一級(jí)指令:裝油前當(dāng)罐體壁兩點(diǎn)的電位差Uab=O時(shí)，說明罐體壁電位為零，與大地電位相同，此時(shí)拉運(yùn)罐車8接地良好，可以開啟電動(dòng)閥4進(jìn)行裝油作業(yè)；裝油過程中當(dāng)罐體壁兩點(diǎn)的電位差Uab Φ O時(shí)，說明操作過程中出現(xiàn)虛接地現(xiàn)象，罐體壁的靜電荷不能及時(shí)導(dǎo)入大地，靜電參數(shù)控制系統(tǒng)7輸出閉環(huán)控制指令，關(guān)閉電動(dòng)閥4停止裝油。
[0027]第二級(jí)指令:油田生產(chǎn)中用于臨時(shí)存放原油的多為高架儲(chǔ)油罐1，利用原油自重進(jìn)行裝卸油作業(yè)。根據(jù)能量守恒定律，當(dāng)電動(dòng)閥4完全打開時(shí)，裝油鶴管內(nèi)原油流速為
V = V2gAh ( Δ h為落差)，當(dāng)高架儲(chǔ)油罐I和拉運(yùn)罐車8的高度一定時(shí)，初液面高度Iitl對(duì)應(yīng)
的流速最大。根據(jù)管徑?jīng)Q定管道安全流速原理，鶴管的安全流速為v = 0.8xV^ (D為鶴管
的公稱直徑)。當(dāng)鶴管內(nèi)原油流速小于安全流速時(shí)完全開啟電動(dòng)閥4進(jìn)行裝油，否則流速儀5輸出控制指令調(diào)節(jié)電動(dòng)閥4的開度降低原油流速。
[0028]第三級(jí)指令:裝油過程中原油液面電位不斷上升，經(jīng)過靜電消除器6進(jìn)入拉運(yùn)罐車8內(nèi)部的原油依然攜帶部分外來電荷，以及水珠沉降、氣泡上升產(chǎn)生的再生電荷，共同向原油液面匯聚形成高電位，并隨著時(shí)間增加逐漸上升，當(dāng)靜電儀14測試的電位U。大于5kV時(shí)，靜電參數(shù)控制系統(tǒng)7輸出閉環(huán)控制指令，關(guān)閉電動(dòng)閥4停止裝油。
[0029]根據(jù)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖1和技術(shù)原理圖2，選擇長慶油田慶平27井場，其高架儲(chǔ)油罐尺寸為5.0mX 2.0mX 2.2m，安裝支架高3.5m，原油初液面高度1.8m，鶴管口徑100mm，長3.0m，拉運(yùn)罐車裝油口距地面3.3m。將該基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入靜電參數(shù)控制系統(tǒng)7，經(jīng)計(jì)算初液面高度1.8m對(duì)應(yīng)的流速為6.3m/s，安全流速為2.5m/s。在裝油開始前將靜電儀
a、b的兩個(gè)探頭與拉運(yùn)罐車8的外壁任意兩點(diǎn)連接，將空心薄壁金屬球10置入罐車內(nèi)部，觀察發(fā)現(xiàn)電位差Uab=O說明拉運(yùn)罐車接地良好，靜電參數(shù)控制系統(tǒng)7執(zhí)行第一級(jí)指令開啟電動(dòng)閥4 ;由于鶴管內(nèi)原油流速大于安全流速2.5m/s，靜電參數(shù)控制系統(tǒng)7執(zhí)行第二級(jí)指令調(diào)節(jié)電動(dòng)閥4的開度，當(dāng)流速儀5輸出的速度值小于2.5m/s時(shí)進(jìn)行正常裝油；在裝油Ilmin時(shí)，靜電儀c報(bào)警，原油液面電位U。超過5kV，靜電參數(shù)控制系統(tǒng)7執(zhí)行第三級(jí)指令關(guān)閉電動(dòng)閥4。拉運(yùn)罐車8靜置3min后靜電儀c報(bào)警解除，等待2min重新執(zhí)行第一級(jí)、第二級(jí)指令，直到裝油結(jié)束第三級(jí)指令中U。始終低于5kV。通過該現(xiàn)場實(shí)施，驗(yàn)證了一種閉環(huán)電位反饋的裝卸原油靜電危害預(yù)警方法能夠預(yù)防由靜電積聚導(dǎo)致的安全隱患。
[0030]如上所述，對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說明，但是只要實(shí)質(zhì)上沒有脫離本實(shí)用新型的發(fā)明點(diǎn)及效果可以有很多的變形，這對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種閉環(huán)電位反饋的裝卸原油靜電危害預(yù)警裝置，其特征在于高架儲(chǔ)油罐連接鋼支架接地、電動(dòng)閥，電動(dòng)閥的另一端連接流速儀，流速儀的另一端連接靜電消除器，靜電消除器的另一端連接拉運(yùn)罐車，空心薄壁金屬球連接在拉運(yùn)罐車中，絕緣撓性導(dǎo)線與空心薄壁金屬球連接，靜電位反饋系統(tǒng)的電極板、感應(yīng)探頭和靜電儀分別連接靜電參數(shù)控制系統(tǒng)，靜電參數(shù)控制系統(tǒng)的輸出連接靜電量消除系統(tǒng)，流速儀連接靜電參數(shù)控制系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】B67D7/04GK203625019SQ201320704390
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】劉沛華, 曾亞勤, 周立輝, 穆謙益, 李巖, 張璇, 冀忠倫, 任建科, 趙敏, 楊琴, 蔣繼輝 申請(qǐng)人:中國石油天然氣股份有限公司