一种可分辨油水界面的测温杆的制作方法

本实用新型涉及石油存储技术领域，尤其涉及一种可分辨油水界面的测温杆。

背景技术：

为了获取原油储罐内的油品温度，保障油品的安全储存，工程上多在储罐进出油管线上安装温度传感器测量进出罐油温。该方法实现简单，但能获得的油温数据有限，无法全面揭示储罐内的油温分布情况。

近年来，有研究人员提出采用包含多个温度传感器的测温杆进行储罐内油温测试的方法。一般来说，所设计的测温杆具有多个测点，能够测量储罐纵向不同位置的油温。但在实际测试过程中，由于进罐原油含有少量液态水，在长期储存过程中受重力作用发生油水分离，在储罐底部产生积水，且随储存时间延长，该水层厚度可达到半米以上，现有测温装置虽能获得罐底的温度分布，却无法准确分辨油水界面，故难以判定所测得的罐底温度是油温还是水温。

技术实现要素：

为了解决现有测温装置存在不能分辨油水界面，无法准确测得储罐内油温分布的问题，本实用新型实施例提出了一种可分辨油水界面的测温杆，所述测温杆包括：数据采集器、法兰、测量电极、绝缘管、多个温度传感器、绝缘封头、固定扣及多根导线；其中，

所述法兰用于将所述测温杆固定在被测油罐的测温口，所述法兰上设置有安装接头或固定孔，所述测量电极通过所述安装接头或固定孔固定在法兰上；

所述数据采集器通过一根导线连接所述测量电极的上部，所述数据采集器通过另一根导线连接所述被测油罐的金属罐壁，所述测量电极及金属罐壁构成一柱状电容，测量电极及金属罐壁分别为该柱状电容的两极；

所述测量电极外层套设绝缘管，所述绝缘封头将所述测量电极及绝缘管的底部绝缘密封；

所述温度传感器嵌设在所述绝缘管上，各所述温度传感器分别通过导线与所述数据采集器连接，此处的导线由所述固定扣固定在所述绝缘管的内侧壁上；

所述数据采集器用于采集所述测量电极及金属罐壁所构成的柱状电容的电容量及各温度传感器传来的温度信号，根据所述电容量输出被测油罐中水的高度，并输出各温度传感器测得的温度值。

本实用新型提出的原油储罐用可分辨油水界面位置的测温杆，不但能够测量储罐轴向的多个测点的温度，还能分辨油水界面位置，进而确定所测量的油温和水温，从而能更精确获得储罐内的油温分布。由于储罐底部油温变化梯度大，也是储罐内的低温区域，如何准确分辨罐底油水界面，获取罐底部的原油温度对储罐的安全生产管理具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的可分辨油水界面的测温杆的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中测量电极底端局部结构示意图；

图3为图1中测量电极横切面A-A’处的示意图；

图4为本实用新型实施例提供的油水界面测量电路原理图。

附图标号

1-数据采集器 2-信号输出端

3-法兰 4-安装接头

5-导线固定扣 6-绝缘管

7-测量电极 8-导线

9-温度传感器 10-导线

11-金属罐壁 12-绝缘封头

13-导线

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

为了解决现有的测温装置因不能分辨油水界面，而无法准确测得储罐内油温分布的问题，本实用新型实施例提供了一种可分辨油水界面位置的测温杆，该测温杆不但能够测量油罐轴向上的多点温度，还能分辨油罐内油水界面的位置，进而确定所测量得的油温及水温，更精确地获得油罐内的温度分布。

图1为本实用新型实施例提供的可分辨油水界面位置的测温杆，如图1所示，该测温杆包括：数据采集器1、法兰3、固定扣5、绝缘管6、测量电极7、多个温度传感器9、绝缘封头12及多根导线(如导线8、导线10、导线13)。

法兰3用于将上述测温杆固定在被测油罐的测温口，法兰3上设置有安装接头4或固定孔(图1中未示出)，测量电极7通过安装接头4或固定孔固定在法兰3上。数据采集器1通过导线10连接测量电极7的上部，数据采集器1通过导线13连接被测油罐的金属罐壁11，测量电极7及述金属罐壁11构成一柱状电容，二者别分为该柱状电容的两极。

测量电极7外层套设绝缘管6，绝缘封头12将测量电极7及绝缘管6的底部绝缘密封，测量电极7及绝缘管6底端的局部结构详见图2。

如图3所示，温度传感器9嵌设在绝缘管6上，且温度传感器9与绝缘管6之间无空隙，以防油或水进入绝缘管6内。每个温度传感器9分别通过一根导线8与数据采集器1连接，且导线8由导线固定扣5固定在绝缘管6的内侧壁上，多根导线8可由一个固定扣5固定，也可以由多个固定扣分别固定。

数据采集器1用于采集测量电极7及金属罐壁11所构成的柱状电容的电容量以及各温度传感器传来的温度信号，根据所测得的电容量输出被测油罐中水的高度，并输出各温度传感器所测得的温度值。

如油罐内含有一定厚度的水，那么在将上述的测温杆按照图1所示形式设置在油罐内时，注意，该测温杆的底部需触及油罐的底部。通在一实施例中，可以按照原油储罐的测温口至油罐底部的垂直距离设计测量电极，以在测量时使测量电极7底部的绝缘封头12紧贴油罐的底部。

如图1所示，测量电极7与金属罐壁11构成柱形电容器，油水界面以上部分的电容器以油位电介质，油水界面以下部分的电容器以水为电介质，两者并联构成整个电容，油水界面的上下变化导致以油为介质的等效电容和以水为介质的等效电容的电容量发生变化，把油水界面的高度用电容量来表示，然后变换成统一的标准电信号，传输给数据采集器1或者其他的二次仪表进行计算，可以得到油水界面的位置。由此可知油水界面以上的温度传感器测得的温度为油温，油水界面以下的温度传感器所测的温度为水温，这样该原油储罐用可分辨油水界面位置的测温杆能够分辨出测温杆所测温度是油温还是水温，有利于分辨罐底油温分布。其原理如图4所示，该电容的总容量按照如下公式计算：

另则有：

C＝C₀+kH

H＝(C-C₀)/k

C—总电容量；C₁—以水为介质的电容的电容量；C₂—以油为介质的电容的电容量；ε₀—真空介电常数；ε₁—水的相对介电常数；ε₂—油的相对介电常数；D—金属罐壁直径；d—测量电极直径；H—油水界面高度；L—油面高度。

在以上参数ε₀、ε₁、ε₂、D、d、L都是常数的情况下，总电容C与油水界面高度H存在线性关系，将此电容进行必要的转换，就可以得到油水界面的位置。

上述原理已在Development of timer based on liquid level measurement system(基于液位测量系统的定时器的开发)一文中揭示，该文章于2016年12月发表在Journal of Measurement Science and Instrumentation期刊上。

上述的可分辨油水界面位置的测温杆在利用温度传感器9测量各点液体温度的同时，还能够测量油罐底部的水层高度，精确地测量出油水界面位置，从而分辨出测温杆所测温度是油温还是水温，有利于准确获取罐底部的油温分布，具有较高的精度和实用性。

在一实施例中，上述绝缘管6为聚四氟乙烯材质，绝缘封头12也可以选用聚四氟乙烯材质的材料制成。绝缘管6内部轴向固定若干温度传感器9，按上疏下密的形式非等间距地设置，温度传感器9与绝缘管6之间无空隙，以防油或水进入绝缘管6内。温度传感器9通过导线8与数据采集器1相连，其中导线8由导线固定扣5固定在绝缘管6内侧，与绝缘管6内的测量电极7互不干扰，同时绝缘管6也将导线8及测量电极7包裹，形成一个密闭的空间。

在一实施例中，测量电极7为不锈钢材质，也可以采用铜等金属制成。

在一实施例中，数据采集器1上设有信号输出端2，用于输出温度值和/或油罐中水的高度。

利用本实用新型提供的原油储罐用可分辨油水界面位置的测温杆，在利用温度传感器测量各测点处液体温度的同时，还能够测量油罐底部的水层高度，精确地测量出油水界面位置，通过测量电极与金属罐壁构成柱形电容器，油水界面以上部分的电容器以油为电介质，油水界面以下部分的电容器以水为电介质，两者并联构成整个电容，油水界面的上下变化导致以油为介质的等效电容和以水为介质的等效电容的电容量发生变化，把油水界面高度变化量转换成电容的变化量，然后再变换成统一的标准电信号，传输给二次仪表进行显示，设计灵敏度高，动态响应特性好。

本实施例能够利用温度传感器测量各点液体温度，尤其能够获得油温水温分别的温度，油水界面以上的温度传感器测得温度为油温，油水界面以下的温度传感器所测的温度为水温，这样该原油储罐用可分辨油水界面位置的测温杆能够分辨出测温杆所测温度是油温还是水温，有利于准确获取罐底部的油温分布，具有更高的精度和实用性。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。