成品油管道工程项目光学界面仪技术建议书 16页

成品油管道工程项目光学界面检测仪技术建议书OMNTEC-\n目录1工作原理................................................................-3-1.1FUELCHECK®光学界面检测仪传感器原理...........................................................................-4-1.2FUELCHECK®光学界面检测仪原理.......................................................................................-5-2设备材料技术规格........................................................-7-®2.1FUELCHECK探头....................................................................................................................-7-2.2光纤互连线缆.....................................................................................................................-8-®2.3FUELCHECK控制器................................................................................................................-9-3供货（设备、备品备件、专用工具）清单...................................-10-3.1设备清单...........................................................................................................................-10-3.2专用工具清单...................................................................................................................-10-4本项目方案简要说明.....................................................-11-4.1密度计撬座安装建议及示意图........................................................................................-11-4.2工艺管线安装建议及示意图............................................................................................-13-5工作界面、工程实施方案与计划...........................................-14-5.1与密度计撬座厂家的分工见面........................................................................................-14-5.2基础部件的安装...............................................................................................................-14-5.3设备安装及初调...............................................................................................................-15-5.4投油保运及在线初调.......................................................................................................-15-5.5最终调校...........................................................................................................................-15-6检验、测试与培训.......................................................-16--\n1工作原理®FuelCheck光学界面检测仪基于光的折射与反射原理，利用临界角双反射方法来测量长输成品油管道内介质折射率的变化，实现对输送过程中各油品间混油界面的监测。®®该系统采用分体式结构，由探头、连接光缆和控制器三个部分构成。®FuelCheck探头传感器的检测信号仅与探头镜头表面接触的介质折射率有关。如果被测介质比较混浊，混有少量泥沙或铁锈类的物理杂质，由于这些杂质影响不了成品油的化学特性，改变不了它们的折射率，所以对测量结果不会产生明显影响。®因为FuelCheck探头是全光结构，探头与室内设备是完全电隔离，因此它的探头对防水要求不高，同时也不会与线路的阴极保护之间产生相互影响。®FuelCheck光学界面检测仪具有抗物理杂质干扰能力强、工作稳定、便于安装、调试简便、现场维护量小的特点。3\n1.1FuelCheck®光学界面检测仪传感器原理®FuelCheck光学界面检测仪传感器利用临界角双反射原理检测油品输送过程中混油段介质折射率的变化。®图1.FuelCheck传感器结构原理一定波长的单色光在真空中的传播速度与它在给定介质中的传播速度之比，称为该介质对指定波长的光的绝对折射率，即：n=c/v。空气的折射率近似为1，水的折射率约为1.333。®FuelCheck传感器是一个直径5mm的蓝宝石半球面镜头（参见图1），两根光纤非常精密地熔接在镜头的平面上，半球面镜头的内表面相当于一面镜子。根据物理学原理，光在两种不同折射率的光学介质交界面上会同时产生反射与折射现象。光从光密媒质进入光疏媒质,其折射角大于入射角。入射角逐渐0增大到某一角度时,使得折射角等于90，折射光完全消失，入射光全部反回到0原来的媒质中,这种现象叫做全反射。折射角等于90时的入射角，定义为临界角:n1临界角arcsinn24\n在折射率n1固定时，临界角是被测介质折射率n2的函数。反射光和折射光的能量之和应等于入射光的能量，在入射角固定（但小于临界角）的情况下，随着临界角的逐渐增大，光强透射率逐渐变大，光强反射率逐渐减小。光强反射率满足下式：.222221cosi1-n21-sini1n21cosi1-n21-sini1光强反射率（)222222cosi1n21-sini1n21cosi1n21-sini11.2FuelCheck®光学界面检测仪原理用LED提供恒定强度的光源，光束打到半球面镜头的内表面时，在蓝宝石镜头内表面发生反射与折射，光束的一部分经过内部二次反射送到光电转换模块接收端，另外一部分则穿过探头的球形表面折射出去被损失掉，使接收端的光信号相对于射入探头半球面镜头的光信号而言有所减弱。折射出去的光越多，则反射回光电转换器的光信号就越少。探头蓝宝石镜头材质折射率n1约为1.762~1.770，镜头表面接触不同折射率的介质时，具有不同的临界角，致使光电转换模块接收的光信号强度相应改变，输出电压随之变化。光电转换器的电压输出送到电压/电流转换器按照一定的算法转换成为4~20mA信号，传给SCADA站控系统做为反映油品折射率相对数值变化的指示（参见图2、图3）。LED信号光源4-20mA去SCADA光电转换模块电压/电流转换器®图2.FuelCheck光学界面检测仪原理方框图5\nLED光源强度及光电转换器的灵敏度都与温度有关，为了确保光源及光电®转换FOI模块在恒定环境条件下，FuelCheck控制器内设置了专门的温控系统。®FuelCheck探头对被测介质折射率的变化反应极为灵敏，相对于折射率从1到1.5的改变，会使探头送出的光信号功率发生40分贝的变化。成品油的折射率约在1.43到1.52之间，其中，汽油的折射率范围是1.43到1.47，而柴油的折射率范围是1.46到1.52，主要取决于原料和炼制工艺以及添加剂。折射率并不是汽、柴油的质量指标，成品油管道输送过程中并不关心油品折射率的确切数值。如果管道中的油品折射率突然发生变化，其折射率数值从®一个稳态值变化到另一个稳态值，就意味着管道中的油品正在改变，FuelCheck光学界面检测系统就是借助测量管道中介质折射率的变化，来达到辨别混油段移动过程中混油界面位置变化之目的。刻意地追究输油过程中油品折射率的具体数值并无实际意义，混油界面经过检测点时，其折射率数值从一个稳态（一种油品）变化到另一个稳态（另一种油品）的过程才是真正需要关注的。®图3.FuelCheck界面检测仪系统设备连接示意6\n2设备材料技术规格®2.1FuelCheck探头传感器类型：临界角双反射光纤折射计光纤类型：2芯200/230µmHCP多模光纤光纤接头类型：ST压接和ST直通最大光缆长度：2km探头结构：1/2"直径×0.095"WTTV9426304不锈钢管标准连接尺寸：1"MNPT最大工作压力：2200PSI（14.97MPa）探头最大插入/拆卸压力：用可选的高压拆卸工具,为1500PSI（10.3MPa）；用标准的插入手柄,为300PSI（2.06MPa）7\n2.2光纤互连线缆8\n®2.3FuelCheck控制器控制器应安装在站控室的机房中。根据控制器可连接探头的数目，控制器分为两种型式：单探头型式、双探头型式，分别可连接一个或两个探头，本项目采用单探头型式的控制器。外壳尺寸：2个箱体汇接，8"WX10"HX6.63"总宽度19.5"外壳类型：玻璃钢防护等级NEMA-4X电气（及光信号）接口：2个1/2"阴螺纹接头（位于外壳底部）供电电源：标准配置直流24V，用户可选交流供电工作温度：10℃-54.4℃（避免阳光直射，需要遮阳）输出信号：4~20mA（标准）电压、RS-485ModbusRTU、ModbusTCP（可选）9\n3供货（设备、备品备件、专用工具）清单3.1设备清单序号名称规格型号单位数量生产商产地标准24"FuelCheck®探头组套1FU-PR-241OMNTEC美国件单FuelCheck®控制器24台2FU-CT-1I1OMNTEC美国VDC供电,4-20mA输出3信号光缆AC02602-10米400OFS美国4光纤接头FU-FO-CN个8OFS美国5光纤直通接头FU-FO-MS个8OFS美国1”900#配对法兰、螺栓、螺套61OMNTEC美国母、垫片、焊接短管等材料3.2专用工具清单序号名称规格型号单位数量生产厂家产地编程软件接口包——包括组态软件（5030-881）及其操1作手册、串行接口适配器800C-SIP套1Acromag美国（5030-913）、接口电缆（5030-902）2光纤压接工具FU-FO-KIT套1OFS美国10\n4本项目方案简要说明根据技术规格书的要求，共计35套光学界面检测仪。其中，密度计撬座安装方式1套，每套具体配置设备如下：®1、FU-PR-24FuelCheck探头1件。探头长度24"，光纤保护蛇皮管长10英寸，配有：高压插拔工具适配器、低压插入工具、光缆接头盒、光纤接头，)®2、FU-CT-1I单FuelCheck控制器1台。3、2芯直埋光缆400米。4、1”900#配对法兰、螺栓、螺母、垫片、焊接短管等材料1套。4.1密度计撬座安装建议及示意图下图是港枣线枣庄站探头安装在密度计撬座入口前的实际安装图片：以该项目的密度计撬座为例，在撬座内可以用2两种方式安装探头：1、安装在密度计撬座上的入口阀前（见下图）：11\n探头2、安装在密度计撬座上过滤器后取样泵前（见下图）：探头®由于FuelCheck探头的插入深度是可调的，将探头的前端调整至三通的交叉处，既可以及时地接触到油品的变化，又不致于产生明显的阻力和压降。12\n4.2工艺管线安装建议及示意图®FuelCheck探头直接安装在主管道上，既可以安装在地面水平管道上，也可以安装在地下水平管道上。探头不能安装在水平主管道的正上方，正确的选择是探头杆延长线与地平面的夹角在45℃至60℃之间，主要是防止管道中有气体时探头接触不到被测介质。®要注意给带压插入操作留出足够的空间，以便对FuelCheck探头自如地拆卸和安装。要特别注意探头的插入深度，太浅会使镜头不能及时接触到介质的变化；®太深，会阻碍清管球顺利通过。在需要有清管球通过的地方，FuelCheck探头®可以插到与主管道内壁里面齐平（或再深5mm）,由于FuelCheck探头前边有一个保护罩，清管球完全可以顺利地过去且不损伤探头；在无需清管球通过的地®方，FuelCheck探头可以插得更深一些。13\n5工作界面、工程实施方案与计划5.1与密度计撬座厂家的分工见面为避免影响密度计撬座的制作、供货、现场安装进度，在确定了密度计撬座和光学界面检测仪厂家之后，建议由项目部、设计院牵头进行一次技术对接，依据4.1给出的示意图进一步明确密度计撬座上给探头的安装位置。密度计撬座出厂时，将安装光学界面检测仪探头的法兰处加装盲板，探头现场安装时，由光学界面检测仪厂家现场技术服务人员在现场工程监理人员的旁站监理之下完成设备安装任务。5.2基础部件的安装由买方的仪表施工队完成1.在探头的安装位置上紧固好连接球阀（密度计撬座安装省略此步骤）；®2.在距FuelCheck探头0.6米以内某个位置固定好光缆接线盒。®3.在控制室的机柜内固定好FuelCheck控制器。®®4.在FuelCheck探头和FuelCheck控制器间敷设信号连接光缆，并在两头各留出2米以上的余长。®5.敷设24VDC电源电缆到FuelCheck控制器处，留出1.5米以上的余长。®6.敷设SCADA的信号电缆到FuelCheck控制器处，留出1米以上的余长。14\n5.3设备安装及初调当现场具备通电调试的条件时，由卖方的技术人员到现场完成以下工作量，1、给连接光缆两端的光纤引线压接ST光纤接头。®2、安装FuelCheck探头。®®3、把FuelCheck探头和FuelCheck控制器之间的连接光缆连接好。®4、确认24VDC供电电源系统无误，并把电源接到FuelCheck控制器的电源端子上。®5、给FuelCheck控制器加电，初步以清水为介质初定量程。®6.把SCADA的信号电缆到FuelCheck控制器的电流输出端子上，确认在SCADA系统上数据显示无误。5.4投油保运及在线初调管道投油时，卖方的技术人员将到现场参与投油过程中的保运工作，同时完成各站场光学界面检测仪的在线初调工作。初次投油中，柴油、水界面的混合物经过多个泵高速搅拌，乳化现象非常严重，对探头镜头会有一定影响。对于工艺管线安装方式来说，油头过后须将传感器镜头清洗干净后再插入到管道内（此后无需再做类似清理工作），然后再进行在线初调组态。5.5最终调校最终调校须在长输管道稳定输油几个月后并且进行，由卖方的技术人员完成。15\n6检验、测试与培训建议在美国工厂的同时进行工厂检验、测试和培训，提供6人3周到美国休斯顿进行工厂设备检验、测试和培训工作。®工厂培训讲师：PaulR.Bennett先生，FuelCheck产品的共同发明人之®一，自1995年以来一直担任FuelCheck产品研发的主要负责人。Bennett先生是ISA和ILTA的会员。工厂检验、测试和现场验收的项目依照技术规格书规定的内容进行。16