最新安全监测技术.docx
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最新安全监测技术
安全监测技术
题目
油库安全监测系统传感器设计四（压电式压力传感器设计）
学生姓名
学号
专业班级
设
计
内
容
与
要
求
课程设计主要完成某油库安全监测系统硬件设计中压电式压力传感器的选型、应用及接线等。
要求运用已学过各类传感器的知识，完成安全监测系统中传感器的原理、选型、厂家产品参数、接线等内容，将书本传感器的理论知识与厂家具体产品对应起来，使得可以真正理论联系实际。
要求熟悉相关传感器的原理与硬件结构，学会计算机监测系统硬件设计的步骤和方法，具有初步设计小型计算机安全监测系统硬件方案中传感器部分的能力。
课程设计内容及基本要求如下：
1.熟悉油库工艺流程、监控目标及监控要求。
2.学会常用的各种传感器（温度、流量、压力、液位等）参数及使用，了解其工作原理。
3.课程设计中以压电式压力传感器为主，详细介绍所选压力传感器的工作原理、硬件组成、测量电路、使用时的注意事项。
详细介绍所选压力传感器的厂家产品参数、接线、特点等参数。
4.完成监测系统硬件方案设计，画出原理图。
5.课程设计时间一周，完成课程设计报告。
起止时间
2013年6月16日至2013年6月22日
指导教师签名
年月日
系（教研室）主任签名
年月日
学生签名
年月日
1绪论..............................................................1
1.1国内外油库现状..............................................1
1.2油库的布局要求..............................................2
1.2.1平面布置................................................2
1.2.2立面布置................................................3
1.3油库的主要设备..............................................4
1.4油库的工艺流程及主要技术指标................................5
1.5油库监控目标和要求..........................................5
1.6系统I/O点数统计............................................6
2传感器介绍......................................................8
2.1压电式传感器................................................8
2.2压力式液位传感器...........................................8
2.2.1工作原理...............................................8
2.2.2压力液位传感器的分类....................................10
2.2.3压力液位传感器的功能特性................................10
2.2.4主要技术参数............................................10
2.3压力式液位传感器的选择......................................10
2.3.1液位传感器的选择技巧....................................10
2.3.2ZRN701A投入式液位传感器................................11
3其他传感器选型..................................................15
3.1热电阻温度传感器............................................15
3.1.1工作原理................................................15
3.1.2选型须知................................................15
3.2热电偶......................................................16
3.2.1工作原理................................................16
3.2.2结构要求................................................17
3.3应变式压力器................................................17
3.3.1工作原理.................................................17
3.3.2内部结构................................................18
3.4压电式压力传感器............................................18
3.4.1压电式压力传感器的特点..................................18
3.4.2压电式压力传感器的应用..................................18
4结论...........................................................20
参考文献...........................................................21
附录A热电偶分度表............................................22
1绪论
凡是用来接收、储存和发放原油或原油产品的企业和单位都称为油库。
同时，油库也指用以贮存油料的专用设备，因油料具有的特异性用以相对应的油库进行贮藏。
油库是协调原油生产、原油加工、成品油供应及运输的纽带，是国家石油储备和供应的基地，它对于保障国防和促进国民经济高速发展具有相当重要的意义。
随着交通、国防、石化事业飞速发展，油品供求成倍增长。
随之加油站、油库、输油管线及相关配套计量管理器措施也在快速跟进，油库除新建外，老库急需增容扩建，由于经济体制及管理模式不同致使油库管理水平参差不齐。
1995年以来，国家安全生产管理局针对油站油库安全隐患、环境污染、合理使用能源诸多问题。
随着新科技引用，要求油库配备液位仪配备必要的安全监测（监控）系统。
近年来不断有大型爆炸事故发生在石油化工企业，不仅造成重大的人员、财产损失，也暴露了我国石油化工生产安全保障体系存在着安全隐患。
本课程设计根据课程设计指导书以及相关资料，运用智能模块，组态王能软件系统，设计和绘制油库监控系统和工艺流程图。
本文针对以上情况提出了油库储罐安全监测系统的设计思想，并对该系统的组成和特性进行了详细的描述。
介绍了将管理软件和硬件监控相结合的安全生产监控系统，把罐区诸多危险因素和危险参数给予实时监测、报警和控制，及时发现事故隐患，并采取措施加以防范，避免事故的发生。
为加强油罐区安全管理、减少事故的发生提供了有效安全监测方法。
1.1国内外油库现状
我国非常丰富的石油资源，是今后一个时期内国民经济发展的重要因素之一，无论是开发利用国内石油资源，还是利用国外石油资源，它们都离不开储备油库。
在石油价格飙升的带动下，目前全国范围内压缩石油的需求也在急剧上升。
石油在城市中的应用越来越广泛，使得许多城市的油库建设成为重点。
由于技术的原因，目前我国城市用油以城市加油站为主。
在现在加油站不断增多的情况下，要求有更多的油库尽快建成。
全国各省市地方也在积极地兴建新的油库，改进油库建设技术，发展油库，保证油库安全，这些都显的极为重要。
国内外油库建设技术领域的专家学者就油库设计开发应用前景及合作已进行了很长时间的研究。
有关专家认为，管道局与国内外压缩机生产、科研及技术服务等单位的合作，必将推动油库建设效率、高稳定性、高信息化、高科技含量和高附加值的方向发展。
根据我国国情，我国现在战略储备量还很少，但近年来国内油库库容保持快速增长态势。
到2011年底，我国油品储备总量达到5756万m�0�6，从地域来看，主要分布在广东、江苏、浙江、上海、山东等地。
预计到2020年，我国石油储备将达8500万吨。
石油库建设规模不一，库容大则在500×104m�0�6以上，单罐容积达（10-15）×西安石油大学本科课程设计2104m�0�6，小的也有几千到几万m�0�6。
目前很多新建、在建的项目都是30万立方米以上的超大型油库。
这预示着在未来的十几年间，我国油库的发展在以后会有很大的发展空间，还有一大批油库待建。
同时，我国油库的自动化控制技术也在加快发展中。
但计算机监控系统在油库现场的应用比外国起步迟，相对落后。
因此将计算机应用在油库的安全建设和监控方面更加重要。
在国外，对大型石油石化公司的“低成本战略”进行了全方位、多角度的综合分析，并提出了适合我国石油石化工业国情的“低成本战略”。
美国政府早在二战时期就有国家战略石油储备的构想，但直到20世纪70年代“石油危机”发生后，美国的战略石油储备才开始正式建立。
70年代前期，阿拉伯国家以石油为武器对西方国家实施禁运，导致美国国内石油产品供应紧缺，价格飞涨，最终使美国经济陷入长时期的严重衰退。
美国前总统福特于1975年12月22日签署了《能源政策和储备法》，其中最重要的内容之一就是决定建立战略石油储备，目的是为了在此后发生类似事件时，可以对美国能源市场起到保护和缓冲作用。
1.2油库的布局要求
1.2.1平面布置
油库平面布置的目的是为了合理地确定油库各设施的位置，以保证油库有一个安全的环境，使得油品的储存、输转以及收发作业能够顺利地进行。
油库装卸区的位置取决于铁路专用线的进库方位和码头位置。
铁路装卸区宜布置在油库的边缘地带，这样不致因铁路油罐车的进出而影响其它各区的操作管理，也减少铁路与库内道路的交叉，有利于安全和消防。
水路装卸区的内河装卸油品码头应建在其它相邻码头或建（构）筑物的下游，如确有困难时，在设有可靠的安全设施条件下，亦可建在上游。
海港装卸油品码头，不宜与其它码头建在同一港区水域内，主要是考虑当装卸油码头与其它码头布置在同一港区水域内时，一旦油船或油码头发生火灾，船舶撤离困难，特别是当装卸油码头设在港区进出口附近时，船舶根本无法撤离，将会造成严重损失。
如确有困难时，在设有可靠的安全设施条件下（如加强消防和防污染等措施），亦可建在同一港区水域内。
公路装卸区应布置在油库面向公路的一侧，油库出入口附近，并尽量靠近公路干线，以便与公路干线衔接。
该区是外来人员和车辆来往较多的区域，宜设围墙与其它各区隔开，并应设单独的出入口，外来车辆可不驶入其它各区，出入方便，比较安全。
在出入口处应设业务室、休息室，外来人员只限在该区活动，更有利于安全管理。
储油区是油库平面布置的重点。
油库中绝大多数油品都储存在这里，它是油库的核心要害部位，要特别注意它的安全。
储油区的位置在工艺上，应使收发油的作业都比较方便，输油线路短。
一般油罐排列的顺序是轻质油罐离装卸油泵房较远，重质油罐离装卸油泵房较近，大多数是汽油、煤油、柴油的顺序，这样排列在工艺上是有利的。
因为轻质油品的粘度比较小，不需要加热，管线长度增加，摩阻损失增加不大。
对于粘度较大、凝固点较高的重质油品的油罐，如果布置在较远的位置，由于管线增长，相应的加热保温设施也要增加，不仅管线的摩阻损失增加，而且管线的建设投资费用也要增加。
辅助生产区是为生产服务的，其有关设施应尽量靠近生产单位，以利于生产。
锅炉房为明火生产建筑，应布置在油气散发区年最小风频方向的下风侧，并尽可能布置在供热负荷的中心地段或接近热负荷较大的建（构）筑物，以便尽量缩短管线，减少热损耗，并考虑自流回水的可能性。
消防泵房的位置要便于进水，便于瞭望油罐区和消防人员的活动。
行政管理区内的一些业务部门，一般布置在油库主要出入口附近，并应设单独对外的出入口，宜设围墙与其它各区隔开，以便于联系工作和使接洽业务人员不进库区。
油库内的道路设计，应使库内各区之间有公路连接。
布置在库内的道路应做到联系方便，线路短捷，便于排水，符合安全防火要求。
污水处理设备的布置位置，应便于承接各种污水管道和适合处理后的排放方向，并与行政管理区与生活区有一定的距离和处于下风方向，在总图设计之前，应会同建设单位和地方有关单位一起复勘，落实雨水、污水排放方向和归宿地点。
1.2.2立面布置
进行立面布置的目的，是要合理地确定出各工艺设备、建（构）筑物和管线的标高，保证各生产设施之间，特别是装卸油品作业时能有良好的工作条件，满足生产上的需要。
同时，要通过立面布置使土石方工程量最小，并达到基本平衡。
对库内地势予以全面规划，以便于排泄地面水，保证管线及道路坡度均匀。
。
油库若建在平原地区，场地可以随着原有地势，适当平整，然后定出相应的设施和建（构）筑物标高；若在山区建库，则可根据该项设备的位置，结合地形和生产要求决定其标高，油库场地则分区分项给予平整。
图1-1油库平面布局图
1.3油库的主要设备
1.储油设备
（1）立式圆形金属油罐
锥顶罐:
主要用于储存润滑油
拱顶罐:
主要用于储存柴油、煤油、汽油、重油
内浮顶罐:
主要用于储存汽油
外浮顶罐:
主要用于储存原油
（2）卧式油罐
地上:
大多用于储存润滑油,也有用于加油站地上储油罐和LPG储罐
地下:
主要用于加油站地上和地下储油罐
（3）球罐主要用于储存液化石油气
2.输送设备
主要有:
管线，阀门，机泵。
管线敷设在库区，大多数情况下不会出现问题。
比较容易出现问题，或者我们与之关系密切的主要是阀门和机泵。
.
机泵和阀门是油库的主要设备。
油库用泵类型:
收发油泵:
离心油泵,螺杆泵，而重油收油也有用往复泵。
扫舱扫线泵:
齿轮泵,真空泵（往复式和水环式）,往复式泵等。
消防泵:
清水泵和泡沫泵，大多使用多级离心泵（D型）.。
常用阀门类型如下:
闸伐，截止伐，球伐，旋伐，单向伐，安全阀，减压伐，节流伐等。
3.收发油设备
主要有:
装卸油鹤管，栈桥等，用于进行收发油操作。
4.码头设施
码头，趸船，栈桥，输油臂，收油胶管等。
5.仪表设备
计量、测温、测压仪表。
计量仪表设备主要的是液位计和流量计。
液位计：
钢带式，差压式，雷达，超声波液位计。
流量计大致可分为速度式和容积式，速度式流量计大都用于计量粘度密度较小的油品，而容积式流量计主要用于计量粘度密度较大的油品。
流量计：
涡轮，椭圆齿轮和萝茨流量计等。
测温测压仪表：
温度计和压力表
6.油罐附件呼吸阀，阻火器，量油孔，透光孔，通气孔，人孔，进出油管线，放水管，排污孔，胀油管，放气管等。
7.其它设备电机、电器、压缩机、过滤器和法兰等。
1.4油库的工艺流程及主要技术指标
所谓工艺流程是指油库所有工艺设备为完成油库的业务而构成的有机集合。
工艺流程应包括油库内管线、管件、阀门、机泵、油罐及其连接关系，所输、所储油品的种类，设备的大小型号，油品的流向等。
如果把这种有机集合反映在图纸上，便是工艺流程图。
对油库的工艺流程设计一般有如下要求：
1）能够完成油库所有业务要求，保证油品质量；
2）操作方便，互不干扰，不致因几种油品同时收发而互相影响；
3）调度灵活，泵机组间互为备用；
4）安全可靠，能尽可能地避免误操作，能在发生故障时迅速切断油路；
5）经济节约，充分发挥设备的利用率。
油库的工艺流程一般有：
分离器流程。
从各个采油队输送过来的原油首先通过计量器计量后又进入联合站的油气水三相分离器，在这里实现气体和液体的分离。
原油从分离器一端进入，然后天然气从另一端上部流出进行天然气外输，而油水混合的液体从下部流出进入一次沉降罐。
油罐区流程。
油罐区的储罐主要的任务是进行油水分离，分离器将油水混合液体输入沉降罐，沉降罐分离出大部分的原油，并把部分天然气再行收集，而将水输到污水区，进行污水处理，然后原油进入加热炉加热和脱水器脱水。
经过加热和脱水后的原油进入净化油罐，等待外输。
加热炉流程。
从油罐区二次沉降罐输送过来的原油在这里经过加热，以利于原油的输送，然后送到脱水器脱水。
原油外输流程。
经过加热和脱水处理的原油含水已经很少，通过原油外输泵将原油输送出联合站。
污水处理工艺流程。
在这一流程里，从一次沉降罐过来的污水首先进入缓冲罐，将含有的残留天然气进行收集。
1.5油库监控目标和要求
本课程设计研究目的是针对集油站发油，装油、卸油等工艺过程的分析，进行监控系统的硬件与软件设计，同时对系统的适应性进行研究，建立一套具有实际应用能力的监控系统。
本次设计的计算机监控系统应达到以下目的：
1）能及时地，正确地对运行设备的运行参数和运行状况做出全面监测，预防和消除事故隐患。
2）对设备和运行状况进行必要的指导，提高设备运行的安全性、可靠性和有效性，把运行设备发生事故的概率降低到最低水平，将事故造成的损失减低到最低程度。
3）通过对运行设备进行监测、隐患分析和性能评估等，为设备的结构修改、设计优化和安全运行提供数据和信息。
总的来说，进行计算机监测的目的就是确保设备的安全运行，预防和消除事故隐患，避免事故发生。
因此，自动化控制与管理信息系统为实现加集油站全面自动化监控提供了可能。
1.6系统I/O点数统
根据油库的流程图，先要列出统计出系统的I/O点数，系统的I/O点数如表1-1所示.系统I/O点数通过列表的形式列举如下表。
表1-1油库控制系统I/O变量表
序号
设备名称
总点数
控制量
AI
AO
DI
DO
1
一个三相分离器
8
水的液位压力温度
3
油室的液位压力温度
3
2
油室水室的液位恒定控制
3
2
一个缓冲罐
4
罐的液位压力温度
2
罐的压力恒定控制
3
3
一个分馏塔
3
塔的液位压力温度
1
4
一个沉降罐
3
罐的液位压力温度
3
5
一个柴油罐
3
3
6
一个天然气罐
2
罐的液位压力温度
3
7
一个汽油罐
3
罐的压力温度
2
8
七个电磁阀
7
罐的液位压力温度
3
9
两个外输泵
8
泵的前后压力
7
泵的启停
4
泵的运行状态显示
2
10
四个中途泵
16
泵的前后压力
2
11
泵的启停
8
12
泵的运行状态显示
4
六个流量计
3
监控各反应器前的流量
4
合计
60
38
3
6
13
在详细设计完I/O点数后，还要列些每个点的参数表，参数表中每一个值都必须与现场完全对应,得到下表1-2。
表1-2模拟量I/O点参数表
I/O位号
设备型号变量说明
I/O类型
工程单位
信号类型
量程上限
量程下限
报警上线
报警下线
偏差报警
正常值
1
三相分离器
AI
m
mA
10
0
9
1
1
5
AO
c
mA
100
0
80
30
10
50
2
天然气罐
AI
m
mA
10
0
9
1
1
5
AO
p
mA
100
0
80
30
10
50
3
缓冲罐
AI
m
mA
10
0
9
1
1
5
AO
p
mA
100
0
80
30
10
50
4
分馏塔
AI
m
mA
10
0
9
1
1
5
5
沉降罐
AI
m
mA
10
0
9
1
1
5
6
稳压塔
AI
m
mA
10
0
9
1
1
5
7
AO
c
mA
100
0
80
30
10
50
储油罐
AI
m
mA
10
0
9
1
1
5
8
泵
AI
m
mA
10
0
9
1
1
5
9
流量计
AI
m
mA
10
0
9
1
1
5
2传感器介绍
2.1压电式传感器
压电式传感器是基于某些介质材料的雅典效应来工作的，它是一种典型的有源传感器。
压电式传感器具有体积小、质量小、工作频带宽等特点，因此在各种动态力、机械冲力与振动的测量，以及声学、医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。
在自然界中，大多数晶体都具有压电效应，但其压电效应十分微弱。
随着对材料的深入研究，人们发现石英晶体、碳酸钡、锆碳酸铅等材料是性能优良的压电材料。
压电材料可以分为两大类：
压电晶体和压电陶瓷。
压电材料的主要特性参数有以下几个。
（1）压电常数
压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数，它直接关系到压电输出灵敏度。
（2）弹性常数
压电材料的弹性常数决定着压电元件的固有频率和动态特性。
（3）介电常数
对于一定形状、尺寸的压电元件而言，其固有电容与见电常数有关；而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。
（4）机械耦合系数。
在压电效应中，机械耦合系数是指转换输出能力（如电能）与输入的能力（如机械能）之比的平方根，这是衡量压电材料机-电能量转换效率的一个重要参数。
（5）电阻
压电材料的绝缘电阻将减少电荷的泄露，从而改善压电传感器的低频特性。
（6）居里点温度。
它是指压电材料开始丧失压电特性的温度。
2.2压力式液位传感器
一般采用半导体膜盒结构，自检、自诊断和远传的功能。
利用金属片接受液体压力。
通过封入的硅油导压传送给半导体应变片进行压力式液位传感器的应用愈来愈广。
近年来．已经研制出了体积小、温度范围宽、可靠性好、精度高的压力式液位传感器，液位的丈量。
由于固态压力传感器（压阻电桥式）性能的提高和微处理技术的发展。
同时，其应用范
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