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专利名称：一种稠油储罐内油水比例检测系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202411108059.2

专利申请（专利权）人：辽宁辽河兴东高新技术有限公司
权利人地址：辽宁省盘锦市兴隆台区兴隆街1-69-5

专利发明（设计）人：发明人:马明

专利摘要：本发明公开了一种稠油储罐内油水比例检测系统，包括安装在储油罐顶测试口的检测装置和自动运行检测系统，涉及原油检测技术领域，本发明应用微波技术检测液体不同水份的频谱和相位解调计算出稠油的不同水份含量，通过微波辐射检测以传感器为中心30mm半径范围的稠油含水频谱，准确计算出的稠油含水比例，从原理上解决了传感器粘了原油后在水里检测还是油的导电率问题，解决了原油含水率的分辨问题。设备实现了按设定时间自动检测，在值班室的显示屏上在线即时观看检测数据和灌内从灌顶到灌底的稠油含水比例曲线，通过原油含水比例检测曲线可直接看到油层厚度、油水界面、水层厚度，解决了储油灌内原油含水比例的自动检测问题。

主权利要求：
1.一种稠油储罐内油水比例检测系统，其特征在于：包括稠油储罐（2?1），所述稠油储罐（2?1）的顶部开设有储油灌测试口（13），所述储油灌测试口（13）上安装有防爆箱（1），所述防爆箱（1）的内部设置有程控模块（2）、伺服电机（3）、变速箱（4）、钢丝滚筒（5）、微波解调仪（6），所述钢丝滚筒（5）上缠绕设置有运行钢丝（7），所述运行钢丝（7）的一端延伸至稠油储罐（2?1）内，所述运行钢丝（7）的一端连接有配重铅锤（8），所述配重铅锤（8）的底部安装有含水率微波检测传感器（9），所述含水率微波检测传感器（9）的一侧连接有双组同轴电缆（2?3），所述稠油储罐（2?1）上设置有远程通信模块（11），所述伺服电机（3）的输出端与变速箱（4）相连接，所述变速箱（4）的输出端与钢丝滚筒（5）相连接；
所述含水率微波检测传感器（9）包括微波发射器（2?6）、微波接收器（2?7）、微波处理器（2?2），所述微波发射器（2?6）和微波接收器（2?7）是通过双组同轴电缆（2?3）进行高频传输与微波处理器（2?2）通讯连接，所述双组同轴电缆（2?3）由发射传感器同轴电缆（2?4）和接收传感器同轴电缆（2?5）组成，所述微波处理器（2?2）包括频率控制器和处理器，所述频率控制器具体包括石英晶振、低噪声锁相环频率器、混频器、衰减器、调制器、射频放大器、差分放大器、滤波器、对数放大器和相位差比较器；
该系统的检测方法为：
步骤301：获取稠油信息，基于接收到的稠油类型选择指令，得到对应的频率区间，其中 为微波在此类型稠油能传播的最低频率， 为微波在此类型稠油能传播的最高频率；
步骤302：根据所述稠油信息，从与所述稠油信息对应的频率区间提取预定数目的频率信息；
步骤303：控制微波发射器依次发射与预定数目的频率信息对应的频率的微波信号；
步骤304：获取微波接收器接收到的微波信号；
步骤305：确定微波接收器接收到的各频率的微波信号相对于微波发射器发射的各频率的微波信号的相位差和相对强度衰减值；
步骤306：以各频率的微波信号的相位差为第一参数、相对强度衰减值为第二参数，对第一参数和第二参数运算获得各频率微波信号的绝对损耗值；
步骤307：根据各频率的微波信号的微波信号强度确定所述稠油的含水比例；
所述步骤305中：
微波信号的相位差Δ φ=2π× ×Δt，其中， 为接收到的信号频率与发射的信号频率之间的差值，Δt为信号从发射到接收所经过的时间差；
相对强度衰减值 = ? ，其中， 接收为接收到的信号功率， 发射为发射的信号功率，由于微波接收器（2?7）接收的是来自稠油储罐两侧返回的信号，因此分为两次，即和 ；
所述步骤306中，各频率的微波信号的绝对损耗值的计算方法为：，其中 为损耗系数；
所述步骤307具体包括：
a、确定各频率的微波信号的绝对损耗值，选取合适待测稠油的微波信号频率；
b、以含水率微波检测传感器（9）的深度为横坐标，绝对损耗值为纵坐标，构建包含各绝对损耗值的折线图；
c、根据强度折线图确定待测稠油的综合含水比例；
所述步骤307的c中，在微波测量水份时，是基于接收器接收到的微波信号和发射器发射的微波信号，即绝对损耗值，再利用水份的介电和导电性质，计算出被测稠油的含水比例，表示为：，
其中， 为水的介电损耗， 为水的导电损耗，为常数， 越大水的导电损耗越。琷、k为常数， 为油的介电损耗，因此求得j/k为油与水的比值，r为稠油储罐半径，测得不同深度的绝对损耗值的折线图，并进行平均，得到综合绝对损耗值 ，其中 为测量次数，并求得综合油水比值 。
2.根据权利要求1所述的一种稠油储罐内油水比例检测系统，其特征在于：上述步骤
307的a中，令 为低频与高频的分界点，当微波频率 处于低频 时，导电损耗占主导地位，微波衰减和含水比例之间的关系并不明显；而处于高频 时，介电损耗占优势，微波衰减和含水比例之间成明显的线性关系，为了确定测得的被测稠油的含水比例的准确性，选取与被测稠油合适的频段，即微波衰减和含水量之间成明显线性关系即高频的频段进行测量。 说明书 : 一种稠油储罐内油水比例检测系统技术领域[0001] 本发明涉及原油检测技术领域，具体为一种稠油储罐内油水比例检测系统。背景技术[0002] 目前国内外测量混合液体的水份方法有2种:1电容法、2电感法,都是通过传感器表面在测量液体内的导电率来区别油与水的比例，这种传感技术不适合重质原油含水量的检测尤其是稠油，因为传感器表面粘了稠油后放置在水里还是油的导电率，尤其是稠油的油包水现象就测量不到原油中的含水率。[0003] 目前罐内原油的油水界面是取样化验，取样工作是这样完成的：每个储油罐顶部都有取样开口，取样口由内径200mm的钢管固定，取样口处安装有固定滑轮支架，固定滑轮通过钢丝连接取样桶，（取样桶的下端连接有配重铅锤）钢丝另一端通过固定滑轮与罐顶固定手摇绞车相连，取样时值班工人连接好取样桶，用手摇绞车通过绞车计数器将取样桶下罐内预取样深度，通过取样桶控制钢丝打开取样桶，取样后通过取样桶控制钢丝关闭取样桶，用罐顶固定手摇绞车将取样桶提出油罐，完成一次罐内设计某一深度的油水液体取样工作，一个沉降灌至少完成3次以上的不同深度取样才能找出灌内油水界面高度和不同高度的油水比例。[0004] 由于每个沉降罐的原油含水率都是动态变化的，现场当班工人每个班都要填报每个班的各罐内的油水界面高度，填报本班各罐的进液量和排水量，填报原油产量。每个班最大的工作量就是各罐取样化验工作。冬天登罐盘梯和罐顶都滑是联合站最大的生产安全隐患。因此，设计自动检测的一种稠油储罐内油水比例检测系统是很有必要的。发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种稠油储罐内油水比例检测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种稠油储罐内油水比例检测系统，包括稠油储罐，所述稠油储罐的顶部开设有储油灌测试口，所述储油灌测试口上安装有防爆箱，所述防爆箱的内部设置有程控模块、伺服电机、变速箱、钢丝滚筒、微波解调仪，所述钢丝滚筒上缠绕设置有运行钢丝，所述运行钢丝的一端延伸至稠油储罐内，所述运行钢丝的一端连接有配重铅锤，所述配重铅锤的底部安装有含水率微波检测传感器，所述含水率微波检测传感器的一侧连接有双组同轴电缆，所述稠油储罐上设置有远程通信模块，所述伺服电机的输出端与变速箱相连接，所述变速箱的输出端与钢丝滚筒相连接。[0007] 根据上述技术方案，所述含水率微波检测传感器包括微波发射器、微波接收器、微波处理器，所述微波发射器和微波接收器是通过双组同轴电缆进行高频传输与微波处理器通讯连接，所述双组同轴电缆由发射传感器同轴电缆和接收传感器同轴电缆组成，所述微波处理器包括频率控制器和处理器，所述频率控制器具体包括石英晶振、低噪声锁相环频率器、混频器、衰减器、调制器、射频放大器、差分放大器、滤波器、对数放大器和相位差比较器。[0008] 根据上述技术方案，该系统的检测方法为：[0009] 步骤301：获取稠油信息，基于接收到的稠油类型选择指令，得到对应的频率区间，其中 为微波在此类型稠油能传播的最低频率， 为微波在此类型稠油能传播的最高频率；[0010] 步骤302：根据所述稠油信息，从与所述稠油信息对应的频率区间提取预定数目的频率信息；[0011] 步骤303：控制微波发射器依次发射与预定数目的频率信息对应的频率的微波信号；[0012] 步骤304：获取微波接收器接收到的微波信号；[0013] 步骤305：确定微波接收器接收到的各频率的微波信号相对于微波发射器发射的各频率的微波信号的相位差和相对强度衰减值；[0014] 步骤306：以各频率的微波信号的相位差为第一参数、相对强度衰减值为第二参数，对第一参数和第二参数运算获得各频率微波信号的绝对损耗值；[0015] 步骤307：根据各频率的微波信号的微波信号强度确定所述稠油的含水比例。[0016] 根据上述技术方案，所述步骤305中：[0017] 微波信号的相位差Δ φ=2π× ×Δt，其中， 为接收到的信号频率与发射的信号频率之间的差值，Δt为信号从发射到接收所经过的时间差；[0018] 相对强度衰减值 = ? ，其中， 接收为接收到的信号功率， 发射为发射的信号功率，由于微波接收器（2?7）接收的是来自稠油储罐两侧返回的信号，因此分为两次，即 和 。[0019] 根据上述技术方案，所述步骤306中，各频率的微波信号的绝对损耗值的计算方法为：[0020] ，其中 为损耗系数。[0021] 根据上述技术方案，所述步骤307具体包括：[0022] a、确定各频率的微波信号的绝对损耗值，选取合适待测稠油的微波信号频率；[0023] b、以含水率微波检测传感器（9）的深度为横坐标，绝对损耗值为纵坐标，构建包含各绝对损耗值的折线图；[0024] c、根据所述强度折线图确定所述待测稠油的综合含水比例。[0025] 根据上述技术方案，所述步骤307的c中，在微波测量水份时，是基于接收器接收到的微波信号和发射器发射的微波信号，即绝对损耗值，再利用水份的介电和导电性质，计算出被测稠油的含水比例，表示为：[0026] ，[0027] 其中， 为水的介电损耗， 为水的导电损耗，为常数，越大水的导电损耗越。琷、k为常数， 为油的介电损耗，因此求得j/k为油与水的比值，r为稠油储罐半径，测得不同深度的绝对损耗值的折线图，并进行平均，得到综合绝对损耗值 ，其中 为测量次数，并求得综合油水比值 。[0028] 根据上述技术方案，所述步骤307的a中，令 为低频与高频的分界点，当微波频率处于低频 时，导电损耗占主导地位，微波衰减和含水比例之间的关系并不明显；而处于高频 时，介电损耗占优势，微波衰减和含水比例之间成明显的线性关系，为了确定测得的被测稠油的含水比例的准确性，选取与被测稠油合适的频段，即微波衰减和含水量之间成明显线性关系即高频 的频段进行测量。[0029] 与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，通过微波辐射检测以传感器为中心30mm半径范围的稠油含水频谱，准确计算出的稠油含水比例，从原理上解决了传感器粘了原油后在水里检测还是油的导电率问题，解决了原油含水率的分辨问题，从而提高了微波水份测量的准确性。附图说明[0030] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：[0031] 图1是本发明的油水比例检测系统整体结构示意图；[0032] 图2是本发明的微波检测稠油含水的原理示意图；[0033] 图3是本发明的微波水份测量方法的流程示意图；[0034] 图中：1—防爆箱；2—程控模块；3—伺服电机；4—变速箱；5—钢丝滚筒；6—微波解调仪；7—运行钢丝；8—配重铅锤；9—含水率微波检测传感器；11—远程通信模块；12—储油灌；13—储油灌测试口；14—排气口；15—灌内加热循环管；[0035] 2?1—稠油储罐；2?2—微波处理器；2?3双组同轴电缆；2?4—发射传感器同轴电缆；2?5—接收传感器同轴电缆；2?6—微波发射器；2?7—微波接收器。具体实施方式[0036] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0037] 请参阅图1?图3，本发明提供技术方案：一种稠油储罐内油水比例检测系统，包括稠油储罐2?1，稠油储罐2?1的顶部开设有储油灌测试口13，储油灌测试口13上安装有防爆箱1，防爆箱1的内部设置有程控模块2、伺服电机3、变速箱4、钢丝滚筒5、微波解调仪6，钢丝滚筒5上缠绕设置有运行钢丝7，运行钢丝7的一端延伸至稠油储罐2?1内，运行钢丝7的一端连接有配重铅锤8，配重铅锤8的底部安装有含水率微波检测传感器9，含水率微波检测传感器9的一侧连接有双组同轴电缆2?3，稠油储罐2?1上设置有远程通信模块11，伺服电机3的输出端与变速箱4相连接，变速箱4的输出端与钢丝滚筒5相连接；[0038] 含水率微波检测传感器9包括微波发射器2?6、微波接收器2?7、微波处理器2?2，微波发射器2?6和微波接收器2?7是通过双组同轴电缆2?3进行高频传输与微波处理器2?2通讯连接，双组同轴电缆2?3由发射传感器同轴电缆2?4和接收传感器同轴电缆2?5组成，微波处理器2?2包括频率控制器和处理器，频率控制器具体包括石英晶振、低噪声锁相环频率器、混频器、衰减器、调制器、射频放大器、差分放大器、滤波器、对数放大器和相位差比较器；[0039] 该系统的检测方法为：[0040] 步骤301：获取稠油信息，基于接收到的稠油类型选择指令，得到对应的频率区间，其中 为微波在此类型稠油能传播的最低频率， 为微波在此类型稠油能传播的最高频率；[0041] 步骤302：根据稠油信息，从与稠油信息对应的频率区间提取预定数目的频率信息；[0042] 步骤303：控制微波发射器依次发射与预定数目的频率信息对应的频率的微波信号；[0043] 步骤304：获取微波接收器接收到的微波信号；[0044] 步骤305：确定微波接收器接收到的各频率的微波信号相对于微波发射器发射的各频率的微波信号的相位差和相对强度衰减值；[0045] 步骤306：以各频率的微波信号的相位差为第一参数、相对强度衰减值为第二参数，对第一参数和第二参数运算获得各频率微波信号的绝对损耗值；[0046] 步骤307：根据各频率的微波信号的微波信号强度确定稠油的含水比例；[0047] 步骤305中：[0048] 微波信号的相位差Δ φ=2π× ×Δt，其中， 为接收到的信号频率与发射的信号频率之间的差值，Δt为信号从发射到接收所经过的时间差；[0049] 相对强度衰减值 = ? ，其中， 接收为接收到的信号功率， 发射为发射的信号功率，由于微波接收器2?7接收的是来自稠油储罐两侧返回的信号，因此分为两次，即和 。[0050] 步骤306中，各频率的微波信号的绝对损耗值的计算方法为：[0051] ，其中 为损耗系数；[0052] 步骤307具体包括：[0053] a、确定各频率的微波信号的绝对损耗值，选取合适待测稠油的微波信号频率；[0054] b、以含水率微波检测传感器9的深度为横坐标，绝对损耗值为纵坐标，构建包含各绝对损耗值的折线图；[0055] c、根据强度折线图确定待测稠油的综合含水比例；[0056] 步骤307的c中，在微波测量水份时，是基于接收器接收到的微波信号和发射器发射的微波信号，即绝对损耗值，再利用水份的介电和导电性质，计算出被测稠油的含水比例，表示为：[0057] ，[0058] 其中， 为水的介电损耗， 为水的导电损耗，为常数，越大水的导电损耗越。琷、k为常数， 为油的介电损耗，因此求得j/k为油与水的比值，r为稠油储罐半径，测得不同深度的绝对损耗值的折线图，并进行平均，得到综合绝对损耗值 ，其中 为测量次数，并求得综合油水比值 ；[0059] 上述步骤307的a中，令 为低频与高频的分界点，当微波频率 处于低频时，导电损耗占主导地位，微波衰减和含水比例之间的关系并不明显；而处于高频时，介电损耗占优势，微波衰减和含水比例之间成明显的线性关系，为了确定测得的被测稠油的含水比例的准确性，选取与被测稠油合适的频段，即微波衰减和含水量之间成明显线性关系即高频 的频段进行测量。[0060] 设备程控模块2根据设计检测时间控制灌上防爆箱1内的伺服电机3通过减速箱4控制钢丝滚筒5做匀速运行，钢丝滚筒5通过运行钢丝7控制传感器9以60cm／min的速度从罐顶至罐底做匀速直线运动，微波解调仪6通过同轴电缆10和含水率微波检测传感器9实施微波辐射检测以含水率微波检测传感器9的探头为中心30mm半径范围的原油含水频谱，检测参数经微波解调仪6解调运算后通过远程通信模块11无线远传，至值班室网络计算机，在值班室可观察储油罐内原油不同高度不同含水率的在线检测数据和灌内原油含水比例剖面曲线，检测数据和检测曲线自动存储数据库长期保存可随时查阅拷贝。[0061] 在进行稠油水份比例测量时，频率控制器基于处理器的控制生成指定频率的微波信号，该微波信号经由微波发射器2?6发射出去，发射出去的微波信号会穿透稠油介质到达微波接收器2?7，微波接收器2?7接收到的微波信号经双组同轴电缆2?3传输至微波处理器2?2，微波处理器2?2基于微波接收器2?7接收到的微波信号和微波发射器2?6发射的微波信号，计算出稠油的水份比例。[0062] 稠油储罐内油水比例检测装置主要技术指标：[0063] 1、原油粘度适用范围：100—50000mPa.s[0064] 2、原油含水比例测量范围：0—100%[0065] 3、检测精度：1.5%[0066] 4、测量灵敏度0.5%[0067] 5、自动测量速度：60cm／min。[0068] 本发明应用微波技术检测液体不同水份的频谱和波长就可以计算出稠油的水份含量变化，通过微波辐射检测传感器周围30mm的原油含水比例，从原理上解决了传感器粘了原油后在水里检测还是油的导电率问题，解决了原油含水率的分辨问题。设备实现了按设定时间自动检测，在值班室的显示屏上在线即时观看检测数据和灌内从灌顶到灌底原油含水比例检测曲线，通过原油含水比例检测曲线可直接看到油层厚度、油水界面、水层厚度。[0069] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。[0070] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：辽宁

专利申请日期：2024-08-13

专利公开日期：2024-10-11

专利公告号：CN118641562B