基于SCADA的成品油界面检测方法探讨

李朝伟

(中国石油集团西部管道有限责任公司，新疆鄯善838202)

目前，成品油输油站场普遍采用光学界面仪检测油品界面信号，由于对介质的洁净程度要求较高，因此中国成品油管道尚无法满足该要求，从而需要频繁地定期维护、保养、调校，且稳定性和可靠性较差，这是国内成品油输油管道上使用光学界面仪进行检测的通病。

1 光学界面仪工作原理

光学界面仪在不同传播介质的交界面上会同时发生光的反射和折射现象，而反射光及折射光的比率与构成交界面的两种介质的相对折射率有关。本文正是利用临界角双反射原理，用于检测油品输送过程中混油段介质折射率的变化，进而实现油品界面检测功能。

光学界面仪通过1台直径5 mm的蓝宝石半球面镜头光学传感器，将2根光纤精密地熔接在镜头的平面上，半球面镜头利用临界角双反射原理可检测油品输送过程中混油段介质折射率的变化，光学界面仪工作原理如图1所示。

图1 光学界面仪工作原理示意

2 超声波流量计声速工作原理

超声波流量计是利用声学原理通过对管道中流体的声速测量从而获得其流速值。目前原油及成品油管道多采用夹壁式超声波流量计，以时差法为测量原理，主要由超声波换能器、信号处理电路及流量显示系统三部分组成。通过速度差测量流体的流速，且时间差与介质流速成正比，介质流速越快，时差值就越大。超声波流量计测量原理如图2所示。

图2 超声波流量计测量原理示意

流量计通过对管道内输送介质不同方向的超声波传播速度进行测量，并经流量计算机进行数据处理，得出管道内介质的流速和流量。且不同的输送介质超声波的传播速度不一样。

3 超声波流量计实现油品界面检测功能

采用先进的SCADA技术，将现场仪表信号通过第三方模块采入PLC，并上传至人机图形用户界面，SCADA控制系统网络拓扑结构如图3所示。

图3 SCADA控制系统网络拓扑结构示意

该SCADA控制系统由PLC、通信服务器、操作员工作站、打印机、交换机、路由器和不间断电源(UPS)等设备组成，主要完成站内工艺数据的采集、监视、控制等功能，并向调度中心传送实时数据，同时接受调度中心下达的任务。PLC、通信服务器、操作员工作站、打印机、路由器等通过交换机连接成局域网，通过双机双网的冗余配置，提高了SCADA控制系统的整体可靠性。

西部某成品油输油站场进站超声波流量计采用声速作为油品界面的检测信号，在检测汽油和柴油时声速值会不一样。由于现场超声波流量计只有1个4～20 mA输出端口，传输协议为HART，而上位机需要显示瞬时流量、累计流量和声速3个主变量，因此选用MVI156-HART第三方通信模块同时采集这3个信号。

4 两种检测方法的比较

目前成品油管道在线油品界面检测的主要设备包括光学界面检测仪和密度计，通过光学界面信号和密度信号相互印证，判断混油界面。通过近3个月的趋势图对比，以2017年12月6日和12月8日为例，经过两个批次的油品切割，使声速与密度的变化保持一致，相比于光学界面仪的检测结果，声速与密度的检测结果更加稳定，准确性更高。光学界面、密度、声速趋势对比如图4所示。

a) 2017年12月6日 b) 2017年12月8日图4 光学界面、密度、声速趋势对比示意

以12月22日采集的输油管道混油段数据为例，前一批次输送的是柴油，正在输送的是汽油，生成的密度、声速、光学界面信号趋势如图5和图6所示，光学界面仪将检测的光学界面信号转化为4～20 mA标准电信号，控制系统将4～20 mA 标准电信号再转换成0～100的模拟信号。由图5 可见声速与密度变化一致，由图6可见光学界面信号滞后于密度信号。

图5 密度与声速信号曲线对比

图6 密度与光学界面信号曲线对比示意

综上可以发现，超声波流量计的声速与密度信号在混油段变化一致，其灵敏性高、信号稳定，对于密度的微小变化能够迅速地反应，因此可以用于油品界面跟踪。如果用超声波流量计检测油品界面，可以停用成品油密度撬座，并可以彻底解决由于光学界面仪失准而无法有效跟踪界面的问题，也不受时间、天气、设备检修的影响，可实现24 h不间断检测。

5 结束语

利用超声波流量计声速检测方法，不需要与介质直接接触，超声波波长短、衍射性能差、定向性能优良，在不同的介质中速度稳定，通过实际应用，稳定性和可靠性也较好，可以在全国范围内推广。对基层单位来讲可以停用相应设备，降低管理难度和维护的工作量，实现一机多能。超声波声速检测油品界面的准确度、精度以及在不同环境温度下的差异还需进一步研究。