液面系统

2024-06-12

液面系统（精选7篇）

液面系统篇1

一、前言

钢铁市场在全球经济危机影响下竞争日趋激烈, 企业要生存只有提高产品质量来赢得市场。连铸坯作为钢铁最终制品的原料, 对最终产品质量有着重要影响。而连铸铸坯的许多质量缺陷都与结晶器钢水液面波动有关。液面波动引起坯壳厚度不均匀, 影响铸坯质量甚至发生漏钢事故;液面波动使振痕加深, 出现卷渣;液面波动会引起较大的拉速变化, 而拉速变化又引起冷却不均匀, 从而影响铸坯表面及亚表面质量。安钢第二炼钢厂三台小方坯连铸机年产铸坯230万吨, 原液面控制系统为手动, 液面波动较大, 特别是对品种钢铸坯质量影响更为明显。为提高铸坯质量, 对液面控制系统实施自动化改造取得显著成效。

二、工艺参数

连铸机相关工艺参数见表1。针对方坯拉速快、控制精度要求高、结晶器铜管口小壁薄的特点, 对液面控制参数的要求见表2。

铯源型液面控制系统检测信号集中、灵敏度高, 控制技术成熟、可靠。结合安钢第二炼钢厂方坯连铸机实际情况, 采用铯源型液面自动控制系统, 对连铸机液面系统实施自动化改造。

三、液面控制系统

采用铯137作为放射源, 液面传感器将接收到的γ射线转化为电信号, 通过传感器连续测量结晶器内的钢水液位高度, 二次仪表智能化处理后向液位调节系统输出随液位高度变化的电流模拟量, 送到控制系统自动控制塞棒位置, 使钢水液面保持在预定的高度。

四、系统应用

(一) 铯源型液面检测系统

采用原有同位素铯137作为放射源, 带闪烁体的高灵敏度传感器接收放射源发出的γ射线, 穿过钢水的γ射线与钢水的液面成反比。传感器将γ射线转化为电信号, 通过传感器连续测量结晶器内的钢水液位高度, 二次仪表智能化处理后向液位调节系统输出随液位高度变化的电流模拟量, 送给用户系统的PLC来自动控制拉坯, 使钢水液面保持在预定的高度。用于实时检测结晶器内的钢水液面, 并实时输出对应液面高度的模拟量。采用独特的直流电源和交流信号的合成、传输和分离技术, 使用单芯电缆代替传统的7芯电缆, 减少了故障几率和维修成本。

(二) 塞棒自动控制

在恒拉速条件下, 通过控制执行机构来调节塞棒开度实现液面稳定。塞棒控制系统原理如图1。塞棒控制由液面检测子系统和塞棒控制机构两部分组成。液面高度信号检测由液面检测子系统来完成, 提供实时的、准确的液面高度信号;塞棒控制机构由工控机、PLC、驱动器、数字电动缸、执行机构等部分构成, 主要完成塞棒开度调节, 从而达到稳定液面的目的。该控制方式的特点是能够实现恒拉速、恒液面, 而拉速可根据生产工艺要求现场设定, 二冷配水和结晶器振动可根据拉速自动调节, 从而保证了铸坯质量。

(三) 存在的问题及改进措施

1. 铯-137放射源的安装。

对放射性的物体, 为最大限度地降低对人的危害, 要求安装、拆卸时要快速、准确。尽管设备提供方做了防装反措施, 但不可靠, 出现了装反的现象, 经及时发现, 没有造成严重后果, 但射线对人的危害还是不可以轻视的。事后对铯源装置进行定位改造, 彻底解决了这一安全隐患。

2. 接收器线路防护。

因现场环境恶劣, 虽使用了耐高温电缆, 但经常出现烧电缆、控制线绝缘低等故障。在改进线路走向, 并用石棉布防护后情况有改善, 但费时费力。为实现电缆的快速更换, 以适应快节奏的生产需要, 将耐高温、防水的液压管套在电缆外面, 解决了电缆防护、更换难题。

3. 液面不稳、不能自动。

在自动控制下, 对液面不稳、不能自动等难题, 进行跟踪、分析、研究, 找到由于接收器内部晶体与光电管接触不良从而引起液面不稳、不能自动的根本原因, 从而解决了这一少见的技术问题。

4. 数字电动缸动作不灵活。

电动缸在使用10个月后就出现动作不灵、甚至卡死现象, 打开电动缸后发现滚珠丝杠悬臂端轴承磨损严重, 更换后问题解决。为防止类似问题再次发生, 对所有电动缸进行检查, 轴承都有不同程度的问题, 为此定期检查、加强润滑, 每9个月更换一个轴承。此后此类问题再无发生。

五、结语

小方坯连铸机上运用液面控制系统后, 铸坯质量较手动拉钢显著提高, 结疤、夹渣等铸坯表面缺陷降低40%以上, 基本实现无卷渣、粘结漏钢事故发生;在减轻浇钢工和设备维护人员的劳动强度的同时, 机前P3箱操作人员由5个减少到2个, 生产效率成倍提高, 年综合效益在370万元以上。

液面系统篇2

1 油井液面连续监测及间开控制节能技术系统的组成

油井液面监测及自动排采系统主要由井下数据采集模块和自动排采控制模块集成。井下数据采集模块主要由声波发射接收器、声波发射接收控制器组成, 该模块能实时采集井下液位数据, 为自动排采系统提供准确的液位数据。自动排采控制模块:根据井下液位的数据变化以及用户的参数设定值, 通过RS485或其他接口, 自动控制变频器的输出频率, 适时调整抽油机冲速, 对地层供液能力极差的油井实现间歇式抽取方式, 实现油井自动化控制, 达到实现节能降耗的目的。

2 次声波液位监测原理

次声波液位监测原理见图1。次声发声装置产生的次声波沿油套环空向井内传播, 在节箍、音标、液面等处形成反射后被微音器接收, 接收的微音信号经过多级滤波放大和信号矢量叠加合成处理, 利用液面波自动识别技术得到液面深度。

3 主要技术参数

◇管压监测范围:0~10 MPa;误差:0.05 MPa;

◇液面监测范围:10~3000 m;误差:≤0.5%;

◇变频控制接口:RS485或其他接口;

◇工作环境:-30~60℃;

◇系统电压:380 V/220 V (AC) ;

◇防护等级:IP66;

◇可增加现场数据远传功能 (GPRS) 。

4 油田合同能源管理配套措施

为确保油田合同能源管理项目的有效实施, 积极应对低油价适应我国经济发展新常态, 加快油田企业节能技术改造, 积极引进合同能源管理节能管理创新模式, 解决企业节能技术改造资金不足和节能减排目标等问题, 从完善企业内部配套管理制度入手, 推进合同能源管理制度在油田企业的应用。主要采取以下几项配套管理措施。

制定油田合同能源管理项目管理办法, 积极鼓励专业节能服务公司进入油田节能技术服务市场。设立油田节能人才专家库, 通过成立“合同能源管理”指导委员会, 积极培育油田内部节能市场, 不断挖掘油田企业节能减排空间, 对节能改造项目进行节能效果评估, 组织对节能专业公司资质和技术服务能力的审核和评估, 组织对节能项目进行公开招标。建立油田节能专业技术服务公司信息储备库, 将具备专业节能技术服务资质的节能公司纳入油田节能专业技术服务公司信息库, 建立油田开发企业与节能企业之间的技术交流平台。做好合同能源管理项目的招投标管理, 建立有序的合同能源管理市场, 规范标准化的合同文本内容。制定企业合同能源管理相关技术标准, 严格依法依规执行能源管理合同。做好项目运行管理, 完善能源计量手段, 切实做好合同能源管理项目的节能量统计、节能效益核算和项目资金结算等工作, 为节能专业公司创造规范有序的良好运行环境。积极推进油田能源体系建设, 按照试点先行、典型带动、稳步推进、逐步建成的原则, 建立实施一套完整的标准、规范, 在企业内部建立起一个完整有效的、形成文件的管理体系, 注重建立和实施过程的控制, 使能源管理活动、过程及其要素不断优化。通过例行节能监测、能源审计、能效对标、内部审核、组织能耗计量与测试、组织能量平衡统计、管理评审、自我评价、节能技改、节能考核等措施, 不断提高能源管理体系持续改进的有效性, 实现能源管理方针和承诺并达到预期的能源消耗或企业用能设备“能效倍增”目标。通过建立更加规范、科学的能源管理系统, 实现可持续发展, 促进油田降低能源消耗、提高能源利用效率, 推动行为节能, 更有效地开展能源管理。利用国家的扶持政策, 积极争取国家对企业多方面的政策扶持, 积极争取相关优惠政策, 发挥企业节能减排主体作用。对符合国家合同能源管理奖励标准的节能技术改造项目, 积极配合节能专业公司做好合同能源管理项目实施后财政奖励资金的申报工作。

5 项目现场应用实施情况

2013年, 大庆油田某采油厂与某节能技术服务公司签订油田供液不足井节能降耗技术服务合同, 节能技术服务公司对该厂20口供液不足油井应用油井液面连续监测及间开控制技术。项目实施前后20口油井生产数据对比见表1。

由表1可知, 项目实施后, 在油井保持相对稳定的前提下 (产液量略有提升) , 油井电动机功率因数平均提高了0.399, 平均单井日节电量达48 k Wh, 平均单井有功功率下降了2 k W, 平均单井无功功率下降了18.99 kvar, 百米吨液耗电量下降了2.37 k Wh, 综合节电率达到34.1%, 油井平均系统效率提升5.61%。实现了油井动液面实时监测、工况诊断、生产参数自动调节, 使油井处于高效、安全的生产状态, 达到了节能降耗、增产高效和提高油井开采效益的目的, 取得了良好的项目实施效果。

6 综合效益评价

1) 项目实施后, 百米吨液耗电量下降了2.37k Wh, 综合节电率达到34.1%, 平均单井日节电量达48 k Wh。20口油井日节电量达960 k Wh, 累计年节电量达到350 400 k Wh。按照工业电价0.631元/k Wh计算, 则年节电费达221 102.4元。

2) 油井系统效率由项目实施前9.68%提升到项目实施后的15.29%, 油井平均系统效率提升5.61%, 有利于“能效倍增”计划目标的实现。

3) 按照节约1 k Wh电能减排0.997 kg二氧化碳, 即减少0.272 kg碳排放计算, 则该技术系统实施后每年可减少碳排放95 308.8 kg。

4) 油井液面监测及自动排采系统根据动液面的实时状况自动调节抽油机工作参数, 实现节能降耗, 提高吨油效益。

5) 动液面的在线监测和数据远传, 减轻了工人的劳动强度, 节省了管理成本及费用。

6) 项目实施后, 减少了检泵作业时间和费用, 提高了管理和技术水平。合理优化抽油机工作参数、确保抽油机安全可靠高效运行, 给油田生产管理和节能工作带来可观的经济效益。

7) 自投入现场应用以来, 该系统运行正常, 极少发生运行机制故障, 现场维护简单, 安全可靠。

8) 井下数据采集模块实时采集井下数据, 为自动排采系统提供准确的液位数据;自动排采控制模块通过RS485或其他接口, 自动控制变频器的输出频率, 适时调整抽油机冲速, 对地层供液能力极差的油井实现间歇式抽取方式, 实现油井自动化控制和智能化生产, 实现系统整体节能降耗。

9) 按照合同能源管理项目合同中双方的相关约定, 项目实施后节能回报期为6年以及油田与专业技术服务公司节能成果分享的合同投资管理方式, 专业节能技术服务公司在合同期内每年可按比例获得相当可观的投资回报。

7 结论

实践证明, 油井液面连续监测及间开控制节能技术系统是一种针对低压、低渗、低产油井的先进开采生产工艺技术, 具有低产油井智能化生产的特点, 它能有效解决低效油井能耗高、生产成本高、设备损耗大和维修工作量大等问题。采用合同能源管理创新模式实施油田节能技术项目改造, 不仅可有效解决油田企业在节能减排方面存在的资金和技术不足的难题, 降低企业自身投资风险, 促进油田企业节能减排, 实现用能设备“能效倍增”计划目标, 而且有利于营造油田企业内部节能专业市场, 促进能源管理机制创新, 具有良好的推广应用前景。

参考文献

液面系统篇3

混砂车是压裂机组的核心设备, 承担着整套机组的供液加砂工作, 其控制系统的完好与否直接关系到压裂施工的成败。而SS2000型混砂车的自动液面控制系统在日常的施工中尤为重要。2012年8月份, 100B B L混砂车在施工中出现自动液面控制系统失灵的现象, 只好采用手动控制, 给安全生产带来很大的隐患。液面在手动控制时, 吸入泵转速将稳定在某一固定转速上, 吸入排量为一恒定值, 存在以下弊端:

(1) 随着大罐液面不断下降, 液体自压能力减弱, 混砂罐液面也将不断下降, 混砂罐液面需要不断调整。在加砂过程中, 随着阶段砂量的增加, 混砂罐液面也需要不断调整。而这种调整由于靠人手工操作, 液面受人为因素影响较大, 混砂罐液面上下波动也较大, 这种波动会影响含砂浓度曲线的平稳性。

(2) 当压裂车需快速提高排量时, 如果混砂车吸入排量调整不及时, 混砂罐有可能被抽空。

(3) 当压裂施工结束或出现砂堵等意外情况停泵时, 混砂罐易溢罐。同时, 混砂车操作室内看不见混砂罐液面, 混砂罐要有专人监视混砂罐液面, 随时指挥操作人员。所以, 必须及时修复混砂罐液面自动控制电路。

2 自动液面控制系统简介

2.1 超声波传感器A7

超声波传感器由发射和接收两部分组成, 发射头和接收头在同一线路板上。一般工业用超声波发射头产生约40KHz超声波信号, 经前置放大、带通滤波、功率放大后驱动发射器发出超声波信号。此信号在发射区域内如遇到介质的反射, 将反射很强的、具有一定方向性的超声波信号。反射回的超声波信号被接收头接收, 经40KH带通滤波后, 进行电子开关检波, 进入阀值控制电路, 产生输出电压, 经U/I转换, 电流放大, 输出4-20M A标准工业控制电流。

2.2 控制模块A5、A6

模块A5主要用于将手动液面调节钮R3设定的0-12V直流电压转换为对应的4-20MA电流控制吸入泵液压系统调节阀, 调节输入泵转速, 只用于手动控制。

模块A6用于自动液面控制, 主要由“输入切换/计算、信号放大/零点调节、光电隔离、末级驱动”等几个单元组成。超声波传感器4-20MA电流信号与设定电阻R4产生的0-12V电压信号通过引脚A、B、COM进入输入切换/计算电路, 计算出的电压信号进入由反相输入运算放大器组成的电压跟随器、再经过零点/量程调节电路后进入光电隔离电路, 实现后级与前级的电隔离。光电隔离电路输出的电压信号经末级运放U/I转换, 驱动场效应管输出4-20MA标准工业控制电流。控制模块A6外部接线图如图1所示:

2.3 自动液面控制电路工作原理

液面自动控制系统的核心就是对吸入泵转速的自动控制, 通过不断调整吸入泵转速, 即吸入排量来稳定混砂罐液面高度。模块A5、A6功能基本相同, 只是模块A6有两组控制信号输入, 一组为0-12V控制电压, 一组为4-20MA控制电流。当液位控制置于手动位置时, 继电器K9控制线圈不得电, 手动模块A5控制吸入泵液压系统调节电磁阀。通过手动调节电阻R3, 模块A5将输出4-20MA线性控制电流驱动吸入泵运转, 维持混砂罐液位稳定在某一位置, 但在手动位置, 吸入泵不能自动根据派出排量调整混砂罐液面位置。当液位控制置于自动状态时, 继电器K9控制线圈得电, 自动控制模块A6工作, 超声波液位传感器能根据液位高低输出4-20MA电流, 模块A6将输出驱动电流, 电磁阀开启, 吸入泵加速转动, 混砂罐液面上升。同时, 超声波液位传感器输出电流随液面升高而下降, 当此电流经I/U转换后, 模块A6输出驱动电流减少, 电磁阀开启度减少, 吸入泵转速减低, 混砂罐液面停止上升, 液面将稳定在某一个位置。

自动液面控制原理图与系统结构图2所示:

3 故障排除与控制系统调试

3.1 故障现象

在某口井的施工中, 将液面控制置于自动状态时, 混砂罐液面不能根据排出排量及时补充液面, 而停泵后又不能及时停止吸入泵供液, 造成混砂罐溢罐。

3.2 故障排除与调试

由于调节自动液面设定钮R3时, 液面能随之变化, 说明吸入泵液压系统调节电磁阀正常, 模块A6输出电路正常, 判断A6输入切换/计算单元电路损坏, 更换控制模块A6, 断开A6与吸入泵液压系统调节电磁阀之间的连线, 串入万用表, 调至电流档, 调零点调节钮和量程调节钮, 使输出电流为4-20MA左右, 接好连线, 试车, 液面自动控制还是不能正常使用。A6模块调节钮如图3所示:

断开A6模块4脚与超声波传感器之间的连线, 串入万用表, 调至电流档, 将混砂罐浮子上下移动, 发现传感器输出电流不能随之变化, 而是一直稳定在22MA, 检查传感器与控制模块之间的连线, 未见异常, 说明超声波传感器已损坏。更换传感器, 重新调节量程调节钮和零点调节钮, 使输出电流为3.8-20.5MA, 投入使用。在现场使用中发现, 液面下降时, 吸入泵能加速转动, 液面能上升, 但是控制很不平稳, 液面在较大的范围内波动, 当排出排量为2.5M3/min时, 吸入排量最小为1.7 M3min, 最大为3.8 M3/min, 吸入排量控制不理想。通过实际现场施工实测, 反复调节量程调节钮和零点调节钮, 吸入排量波动范围逐渐减小, 最小为2.3 M3/min, 最大为2.6 M3/min, 目测混砂罐液面非常稳定, 测量A6电流输出范围为3-22.5MA。达到系统设计要求, 在后续的上百口井施工中自动控制电路工作非常稳定。

4 结束语

从以上的原理分析和维修、调试过程可以看出, SS2000混砂车混砂罐自动液面控制电路具有很高的自动化程度, 液面控制非常平稳, 调试也比较复杂, 调节量程调节钮和零点调节钮时会互相影响, 需反复调整。比较好的调试方法是先将A6输出电流调节在4-20MA附近, 然后在施工过程中微调量程调节钮和零点调节钮, 同时监测输入排量的变化情况, 反复调节, 直至控制理想。

参考文献

[1]张保弟, 张晓东.自动控制混砂车液压系统设计[J].石油机械, 2005, 5 (33) :36-39

[2]袁旭军, 吴汉川.从我国压裂市场现状谈大型压裂机组的研制[J].石油天然气学报, 2010, 32 (3) :383-385

液面升降问题分析篇4

例1, 如图1所示, 在盛水容器的水面上漂浮着一个装有实心铁球的铝盒, 若将铁球放入容器中, 盒仍漂浮在水面上, 则容器的水面将_____。 (选填“上升”“下降”或“不变”)

分析:

容器中的水面是否变化以及如何变化, 取决于变化前后两次物体排开水的体积V排与V'排的关系:

若:V排=V'排, 水面高度不变。

V排>V'排, 水面高度下降。

V排

所以解此类题的关键是分析物体受力, 比较变化前后两次物体所受浮力的大小, 进而用阿基米德原理F浮=ρ液g V排, 判断出变化前后两次物体排开水的体积关系。

此题中, 变化前将铝盒与铁球看成一个整体, 进行受力分析, 铁球在铝盒内时, 整体漂浮, 所以F浮=G总=G盒+G球, 如图2所示:变化后, 各物体受力如图3所示, 因为铝盒漂浮, 铁球沉底, 所以F浮盒=G铝, F浮球=G球-F支, 所以, F′浮=F浮盒+F浮球=G铝盒+G球-F支, 比较F浮与F′浮的关系, 由阿基米德原理可知, V排>V′排, 即变化后V′排变小, 水面下降。

例2, 若上题中, 把铝盒内的A、B两个小球放入容器中, B球处于悬浮、A球处于漂浮状态, 容器中的水面将_____。

分析:

变化前, 将球与铝盒看作一个整体进行受力分析, 如图4所示, 球在盒内时整体漂浮, 所以, F浮=G总=GA+GB+G铝。

变化后, 各物体受力如图5所示, 因为铝盒漂浮、小球悬浮或漂浮, 所以F浮铝=G铝, F浮球A=GA, F浮球B=GB, F浮′=F浮铝+F浮球=G铝+GA+GB, 比较F浮与F浮′的关系, F浮=F浮′, 即V排=V排′, 所以液面不变。

[学法突破]

从以上两个例题中可看出:

第一, 把球从盒中放入水中, 容器中液体密度没有发生变化, 若 (1) ρ物>ρ水, 物体沉底, 即变化前无沉体, 变化后有沉体, 液面下降。 (2) ρ物≤ρ水, 物体漂浮或悬浮, 即变化前后均无沉体出现, 液面不变。

第二, 若从水中把物体放入盒中, (1) 若ρ物>ρ水, 变化前有沉体, 变化后无沉体, 水面上升。 (2) 若ρ物≤ρ水, 变化前后均无沉体出现则水面不变。

结论:

变化前后液体密度不变时, (1) 若变化前无沉体, 变化后有沉体, 水面下降; (2) 变化前有沉体, 变化后无沉体, 水面上升; (3) 变化前后均无沉体出现, 则水面不变。

例3, 烧杯内装有浓盐水, 一块冰浮在液面上, 当冰完全熔化后则液面_____。 (液体不会溢出)

分析:

冰化成水后, 烧杯内液体密度发生变化, 不能套用上面结论, 应具体问题具体分析。

冰块原来在浓盐水面上处于漂浮状态, 其一部分浸没在浓盐水中, 排开了一定量的浓盐水;冰块完全熔化后变成了水, 这些水也要占一定的空间。我们只需比较冰块原来排开的浓盐水的体积V排盐水和冰块完全熔化成水后体积V水就可以了。因为冰块原来处于漂浮状态, 所以F浮=G冰=G排盐水=ρ盐水g V排盐水, 冰块完全化成水后重力不变, 所以G冰=G水=ρ水g V水, 通过观察这两式可以看出G水=G排盐水, 即ρ水g V水=ρ盐水g V盐水, 又因为ρ盐水>ρ水, 所以V水>V排盐水, 所以液面上升。

[发散思维训练]

(1) 一个漂浮在小型游泳池水面上的小船, 一个人从池水中捞出以下几种物体放入船中, 其中能使池中水面升高的是 () 。

A.从池中捞铁块B.从池中捞木块

C.从池中捞石块D.将池中的一些水装入船中

(2) 烧杯内装有水, 冰漂浮在水面上, 当冰完全融化后, 则液面将 () ;若漂浮的冰块中含有一小石块, 则冰融化后, 液面将 () ;若漂浮的冰块中含有一小木块, 则冰融化后, 液面将 () 。 (液面不溢出)

(3) 如图6所示, 一块0℃的冰块放在盛有0℃的容器中, 已知冰块与容器底部相接触并相互间有压力, 则当冰完全熔化为0℃的水后, 容器中水面将_______。

(4) 一容器中盛有酒精, 一块冰在酒精中静止不动, 当冰块完全熔化后, 容器中的液面将_____。 (液体不会溢出, ρ冰>ρ酒精)

发散思维训练答案:

铸轧机炉口液面控制的设计篇5

铸轧机是把经过静置炉精炼后的熔融的铝液,经静置炉口、炉口处液面自动控制装置、除气箱、轧机主机处液面自动控制装置、前箱、铸咀,相向转动且内部通有循环冷却水的铸轧辊后结晶并产生一定的变形率,铸轧成5~10 mm厚的铸轧板材,再将铸轧板材经过切头、卷取后,形成铸轧卷带材的生产装置。在铸轧机铸轧时,如果铝液液面波动大,容易引起铸轧卷带材裂边和厚度不均的现象发生。所以铸轧机对液面控制精度要求非常高。经过我公司多年的经验积累,及对液面控制装置的不断改进,在静置炉口设计了一套经济实惠的液面控制系统。

1 炉口液面控制装置的组成

钎杆、交流变频电机、杠杆、液面浮子、模拟量接近开关。

图1为炉口液面控制装置的检测机构,液面浮子固定在杠杆一端,杠杆的另一端配有配重,下面安装有模拟量接近开关检测配重块端面与检测开关的距离,浮子端液面高低的变化会引起杠杆另一端配重块与检测开关的距离的变化,并在距离变化范围内设置了极限保护开关,以免模拟量接近开关失灵,造成液面过高或过低。

图2为炉口液面控制装置的执行机构,执行器为交流变频电机,通过交流变频器控制调速。电机的输出轴端通过拨动中间连接导杆驱动钎杆,钎杆的头部为锥形,用于堵流。为了防止电机转动过量,设置极限开关,保护钎杆运动行程。

2 炉口液面控制装置的自动控制实现

首先介绍电气控制系统组成的硬件。

1)液面检测传感器

液面我们采用间接测量方式,如果采用直接检测液面,这对传感器的要求比较高,首先要耐高温,因为铝液温度至少是700℃,而且要求检测精度的稳定性。我们在这个系统中配置的是模拟量检测接近开关,采用瑞士CONTRINEX品牌DW-AD-519-M30-390,此开关为检测距离0-40mm,输出信号为4-20m A电流信号。采用此开关设计的好处有三点:价格便宜;耐温70℃比较适用环境;检测信号稳定,精度满足使用要求。

2)交流变频器

采用西门子的MM440变频器,此变频器采用最新的IGBT技术,数字式的微处理器控制,加减速度在0-650秒之内可调,高质量的矢量控制技术,响应迅速。并且具有过压/欠压、变频器过温、接地故障、短路、电机过热等保护功能。此变频器通过PROFIBUS-DP通讯模块与PLC组网数据通讯,柜内配线只有主电路的配线及一根通讯电缆即可满足使用要求,避免了控制线路的干扰。变频器进线主回路中配有进线电抗器,主要用于降低谐波对变频器和供电电源的影响,减少电流中的尖峰。

CPU控制器与铸轧机的控制系统采用同一个CPU,即控制涵盖在整套轧机的控制系统中,采用的是西门子的PLC S7-300系列CPU 313C-2DP,硬件组态如图3所示。

其中硬件组态中9#站为液面控制电机变频器的站点,与CPU组成DP通讯网络。

模拟量检测输入信号采用SM331 AI8×12位的接口板,此板子有4个通道组共8个输入接口,每个通道的精度可调,最高精度位为14位精度(带符号位),并且可接电压、电流、电阻、温度信号测量,在此系统应用中采用的是4-20m A电流信号检测,对应的工程值为0-27648。

3)软件实现

首先编写控流电机即交流变频电机的驱动器MM440与PLC的CPU的通讯数据交换程序,西门子有专门的通讯数据编写程序块SFC14和SFC15,我们只是定义好数据存储区域及寻址地址即可,程序图如图4所示。

液面控制的程序编写在一个子程序FC1块中,然后在主程序OB1中调用子程序块FC1,如图5所示。

子程序块FC1的程序编写依据采用的逐次逼近法,液面控制自动程序投入的前提是在设备轧出板材后,这时流槽中的液面处于稳定状态,此时,将液面控制转换开关转到“自动”状态,这时自动程序投入,以当前稳定的液面位置为基准记录下来,模拟量接近开关检测浮漂的位置,与记录的稳定液面位置比较,分区域调整,在图1中可以看出,杠杆支点两侧的距离之比712:236约等于3:1,即模拟量接近开关检测位置变化3mm,液面浮动1mm,即在程序里逐次比较当前位置与记录位置之差,分区域调节控流电机的转速,保证液面的控制精度,我们设计的系统液面控制精度为±1mm,这样我们保证模拟量接近开关的检测位置在±3mm内即可满足使用精度,接近开关的检测精度为40mm/27648=0.001446mm,检测精度能够满足使用,所以程序调整区域范围越小,控制精度越高。

此套系统程序我公司已给多台铸轧机上配置,使用效果良好,液面控制精度精准。

3 结束语

本套液面控制系统达到了铸轧机液面控制国际水平,结构简单,操作方便,成本低廉。从以前人工控制液面到现在的系统自动控制液面,使铸轧机的自动化程度明显提高一个档次,步入国际化的先进水平。目前,已有好几家用户根据此系统的配置进行了整改,效果都非常好。

摘要：主要是了解铸轧机的工作流程,并对铸轧机的静置炉口的液位控制系统的详细设计介绍。此配套的液面控制系统我公司在设计制造的铸轧机上应用广泛,经济实惠,控制及使用效果良好。

石油钻井泥浆液面检测方法探究篇6

1石油钻井泥浆液面检测方法探究

1.1超声波式液面检测方法

超声波式液面检测方法中,常见的超声发生器主要包括机械方式产生超声波与电气方式产生超声波两种,其中电气超声波发生器应用较为广泛。超声波式液面检测原理为: 通过超声波发射器发生超声波并计时,超声波在介质中传播,在传播过程中一旦受到障碍则会返回,接收器接收到发射波停止计时。在石油钻井作业中,应用超声波式液面检测方法可以实现对钻井液面的实时检测,并判断出是否出现溢流井涌。通过超声波发射波及反射波,可以计算出发射及接收时间差,并计算出液面高度,实现液面检测。

在泥浆液面检测中,超声波式液面检测方法其装置安装与维护操作较为简单,响应时间较短,因其工作原理, 可以实现非接触测量,可以对有毒液体、腐蚀性液体等进行测量。然而这种方式要求其检测对象可以充分反射声波,且超声波在传递过程中,容易受到介质种类、密度、周围环境温度、压力等因素影响,导致其测量精度稳定性较差。

1.2标尺式液面检测方法

标尺式液面检测装置主要包括气室、气室连通管、浮筒、游动标尺、气喇叭等部分,通过螺栓连接游动标尺及浮筒,游动标尺上设置触板,在阀座上安装报警阀,一旦泥浆液面出现变化时,浮筒则会带动游动标尺进行上下移动,并带动报警阀报警,从而实现对井喷、溢流、井涌预警。这种检测方法不需要派专人看管,装置结构简单,制造成本较低,在各种类型的液面检测中应用效果较好。然而这种方法容易受到液体黏度影响,导致测量精度不足。

1.3光纤式液面检测方法

光纤式液面检测装置主要包括输出及输入光纤束、光电转换器、传感器壳体等。其测量原理主要是根据光导纤维中光在不同介质中传输特性的改变来实现。装置发光器件将发射出的光传输给敏感元件,如容器中不存在液体, 则敏感元件透射光量与反射光量则为一定值,当容器中存在液体时,则敏感元件透光量增加,反射量降低,实现对泥浆液面的检测。

光纤式液面检测装安全防爆、抗腐蚀性较好、体积较小、支持远距离传输,在多种液体液面检测时质量较好, 在易燃易爆腐蚀性较好的溶液检测中适用性较好,精度较高。然而该装置故障率较高,且安装较为困难。

1.4激光式液面检测方法

激光式液面检测方法与超声波式检测方法原理类似, 通过接收反射或散射激光脉冲实现对液面检测,其装置具有较好的抗干扰性,维护较为方便,安全防爆,然而其装置部分容易受到污染,导致其测量结果精度不稳定。

1.5电容式液面检测

电容式液面检测原理可以用以下公式来描述:

其中CH代表传感器电容量,H代表液面高度,D代表外筒直径,εT代表被测液体介电常数,ε0代表绝对介电常数,一般取值为8. 85 × 10- 12F /m。因介电常数及外筒直径等属于定制,影响电容量的参数只有H,即液面高度值。采取电容式液面检查方法,其误差较小,灵敏性较好,环境适应性较强,整体效果优良。

1.6差压式与磁致伸缩式液面检测方法

差压式检测装置为密封封装,其灵敏性较高,性能稳定,在液面测量中广泛应用。磁致伸缩式液面检测装置应用稳定性良好,测量范围较大,环境适应性较强,温度变化对其测量影响较小,具备良好的防雷及抗干扰性,在多参数、高精度液面测量中应用效果较好。然而其造价较高,应用推广较为困难。

2石油钻井泥浆液面检测方法综合评价

综合对比各种石油钻井泥浆液面检测方法,并进行综合评价。超声波式液面检测装置在石油钻井现场应用较为广泛,测量精度较高,安装及维护方便,造价适中,然而存在着一定测量盲区,液面波动引起其测量准确度不稳定; 标尺式液面检测装置结构简单,成本较低,在钻井现场应用十分普遍,然而因其液体黏度会对其工作性能造成一定影响,导致其测量精度不佳; 光纤式液面检测装置故障率较高,机械传动部件较多,安装较为复杂,在钻井泥浆液面检测中适用性较低。电容式液面检测装置在检测中,因内外筒液面高度并不能全面真实反映钻井泥液面高度,从而引起检测误差较大,导致其不适用于泥浆液面检测作业中; 差压式检测装置在检测中容易受到钻井液组分及温度变化影响,导致其测量误差较大,在泥浆液面检测中适用性较低; 磁致伸缩式液面检测装置造价较高,随测量液体密度变化,其测量精度不稳定,不适用于钻井泥浆液面检测工作。

3石油钻井泥浆液面检测方法应用的建议

综合考虑多种泥浆液面检测方法及其适用性,考虑泥浆液面特性,为保障液面检测质量,保障石油钻井安全性,可以在钻井现场选择应用两套或两套以上检测装置, 提高液面检测质量。为避免检测装置受到泥浆液面波动影响,可以在检测区域设置缓冲隔离带,消除液面波动所引起的误差。考虑到钻井液表面积较大,如出现小溢流量, 则其液面变化不明显,无法及时发现溢流问题,为此,可以在钻井液出口位置设置流量计。提高泥浆液面检测装置整体质量,当前,液位传感器在科学发展的推动下其智能化及集成化趋势越发明显,通过应用多种新型传感器,可以有效提高泥浆液面检测质量及效率,保障石油钻井作业的安全性。

4结论

用液面推算静压的方法和认识篇7

1 用恢复液面推算静压

1.1 液面恢复曲线的绘制

首先用油井停井24小时采集的十三个点的恢复液面增值描点绘图,将离散的十三个点修正为一条圆滑的曲线(近似为一条过原点的抛物线),得到一组修正液面增值。在单对数坐标纸上(H或p做纵坐标lgT为横坐标)做修正液面增值(或修正套压)与时间的关系曲线,分析曲线求斜率,然后计算稳定时间结合管柱计算静压和流压。

1.2 根据恢复曲线的形态分析求斜率

1.2.1 比较典型的一种恢复曲线

曲线分为明显的两段ab段和bc段;ab段为关井后的续流段,在油井关井后的一段时间内,井口虽然不生产,但井筒内环形空间的气体及油管内液气分离所产生的一部分气体,不断地被油层流出的液体所充填,形成续流,这段时间内压力是不平稳的,一般低于正常斜率。bc段为斜率段,井筒内的压力与井底油层压力基本平衡,续流现象停止,这时的井底压力随着关井时间的延长而成一定比例上升,压力曲线出现直线段bc段,算压力时要根据这一段斜率计算。

1.2.2 特殊曲线——有断层存在的恢复曲线

有断层存在的恢复曲线也分为ab段和bc段,但bc段明显上翘,这一段向上翘起的直线段说明,附近可能有断层存在,两段斜率之比约1:2也符合断层存在的理论,以下是2559井的液面增值和时间的半对数关系曲线,计算压力时要用ab段的斜率而不能用bc段斜率,结合地质资料分析距这口井150米处确实有一断层存在。

1.2.3 特殊曲线——关井时间较长的恢复曲线

关井时间较长的恢复曲线除ab段和bc段,还出现cd段,但一般只有当关井时间较长后才有可能获得其全貌,cd段曲线转为平缓,最后变为水平,平缓段的出现是由于这一口井具有一定的供油面积,周围井点比较稀,关井后这一口井的压力和供油面积范围内其它点位逐渐平衡而趋于稳定。当然关井时间如更长一些,由于临近其它生产井的影响,压力又会发生变化,而进入大区域的压力平衡状态。

2 用动液面推算单井静压

高产井正常生产时一般不测静压,油井静压与油层中深、动液面、流体比重、含水、采液指数等因素有关,运用混液比重与含水、原油比重关系式,流压与混液比重、油层中深、动液面关系式计算出流压。最后运用静压与流压、生产压差关系式计算出油井静压。各种函数关系的确立如下(由《胜坨油田“九五”开发规划》知道):

混液比重与含水、原油比重存在着如下关系:

当ro→0.91时,rL=(3.2ro-2.17)(1-f)+0.95f

当ro≤0.91时,rL=(0.8ro+0.01)(1-f)+0.95f

采液指数与含水存在着如下关系:

由油藏工程理论知道:流动压力与油层中深、动液面、混液比重存在着如下关系:Pf=rL*(HZ-HD)/100

生产压差与日产液、采液指数存在着如下关系:△P=qL/ηL

油井静压与流动压力、生产压差存在着如下关系:Po=Pf+△P

3、现场应用

利用液面推算油层静压的方法已在胜坨油田二区沙一段、沙二段的3单元和74-81单元推广应用。应用该方法后,获得的油藏压力资料明显增多,能够较客观地反映整个油藏的压力分布状况。

从上表看出,绝大部分是吻合的,说明用动液面计算的油井静压应该是可信的,在现场应该是实用的,因此可以在那些没有安排测压的油井中推广应用,以更全面地了解单元的压力状况,在产量特别紧张时,此法可以适当使用。