[發(fā)明專(zhuān)利]煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測(cè)的Y型雙FBG光纖振動(dòng)傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410527733.0
• 申請(qǐng)日: 2014-10-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104236471B
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 童杏林;楊帆;武文斌;肖翔;王坤;蔡婷;趙敏利
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)石油化工股份有限公司;武漢理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/06
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/06
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專(zhuān)利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種石化行業(yè)煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測(cè)的Y型雙FBG光纖振動(dòng)傳感器。

背景技術(shù)

煉焦塔是煉油工業(yè)中延遲焦化裝置的重要設(shè)備之一，其主要用在石化煉油企業(yè)生產(chǎn)的最后一個(gè)環(huán)節(jié),水力除焦的原理是利用由從水力切焦器噴嘴出來(lái)的高壓水射流的強(qiáng)大沖擊力將焦炭切割下來(lái),水力切焦器噴嘴在塔內(nèi)升降和轉(zhuǎn)動(dòng),使塔內(nèi)的焦碳脫落,直到把煉焦塔內(nèi)的焦炭全部除凈為止。目前，國(guó)內(nèi)在石化行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，幾乎都靠操作人員通過(guò)觀察塔底部溜槽中的焦炭水混濁程度和聆聽(tīng)切焦過(guò)程的聲音,依據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷煉焦塔內(nèi)的焦炭是否除凈。工人無(wú)法準(zhǔn)確定位焦層厚度的變化和切焦器噴嘴的位置，使得重復(fù)切焦操作頻率高，工作效率相對(duì)較低，并且溜槽與觀測(cè)窗的距離較遠(yuǎn)，受天氣條件與晝夜視線的影響較大，比如在大雨或大霧的天氣，操作人員就無(wú)法準(zhǔn)確觀察下面溜槽的情況，這就對(duì)切焦工作造成了較大的麻煩，影響到切焦的效率和安全性，造成巨大的電能損失，增大工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

在水力除焦進(jìn)程在線監(jiān)測(cè)方面，目前國(guó)外有采用石英音叉測(cè)量煉焦塔內(nèi)高壓水擊打塔壁所產(chǎn)生聲音來(lái)判斷水力除焦進(jìn)程的報(bào)道，該系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)除焦的干凈程度，不能監(jiān)測(cè)水力除焦過(guò)程中焦層厚度的變化和切焦器噴嘴的位置。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外一些單位開(kāi)始研究在線監(jiān)測(cè)水力除焦進(jìn)程的傳感測(cè)量方法，華東理工大學(xué)的王濤等人使用石英晶體傳感器對(duì)水力除焦過(guò)程中的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了相關(guān)的檢測(cè)。類(lèi)似的如洛陽(yáng)澗光石化設(shè)備有限公司也采用壓電振動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)塔壁上焦炭清除狀態(tài)。由于他們的監(jiān)測(cè)方法主要采用壓電晶體傳感器測(cè)量塔壁振動(dòng)信號(hào)，所用傳感器主要為電類(lèi)傳感器，受電磁干擾與溫度的影響，測(cè)量精度不高，而且傳感器布點(diǎn)受限(一般在8點(diǎn)以下)，從實(shí)驗(yàn)效果上只能夠監(jiān)測(cè)從切焦器噴嘴出來(lái)的高壓水是打到焦層上還是打在已除凈焦炭的煉焦塔內(nèi)壁，不能夠真正監(jiān)測(cè)到水力除焦過(guò)程中焦層厚度的變化和切焦器噴嘴的較準(zhǔn)確位置。在技術(shù)手段方面，由于電類(lèi)傳感器放置于集成了多類(lèi)電器設(shè)備的煉焦塔上，電磁干擾不可避免，加之煉焦塔的較高的溫度，不可避免的會(huì)大大降低其測(cè)量精度；另外，電類(lèi)傳感器要采取防爆和降低溫度影響的封裝措施，造成體積大與成本高，加之電類(lèi)傳感器的復(fù)用特性等限制了其在塔壁上的布點(diǎn)數(shù)，不能真正反映焦層厚度變化規(guī)律與切焦器噴嘴的較準(zhǔn)確位置。

自1989年Morey首次將光纖布拉格光柵(FBG)用作傳感元件以來(lái)，光纖傳感技術(shù)受到了廣泛重視，得到了迅速的發(fā)展。與傳統(tǒng)傳感器相比FBG傳感器有本質(zhì)防爆、抗電磁干擾和信號(hào)可遠(yuǎn)距離傳輸?shù)戎T多優(yōu)點(diǎn)。但是，至今還未見(jiàn)將光纖光柵振動(dòng)傳感器運(yùn)用于水力除焦進(jìn)程的監(jiān)測(cè)，主要?dú)w結(jié)于現(xiàn)有光纖振動(dòng)傳感器的響應(yīng)頻率較低這一局限性。

為了提高光纖光柵振動(dòng)傳感器的響應(yīng)頻率和工作穩(wěn)定性，張東生等提出了一種豎直推挽式結(jié)構(gòu)傳感器；徐剛等也設(shè)計(jì)了一種新型的高頻傳感器。但是，這兩種傳感器響應(yīng)頻率依然偏低(3000Hz以下，有效響應(yīng)頻率2000Hz以下)，不能滿足水力除焦進(jìn)程監(jiān)測(cè)對(duì)傳感器響應(yīng)頻率的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測(cè)的Y型雙FBG光纖振動(dòng)傳感器，該傳感器通過(guò)對(duì)塔壁高頻法向振動(dòng)信號(hào)的采集解決煉焦塔水力除焦的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中焦層厚度難以判別的問(wèn)題，同時(shí)光纖傳感器可以不受溫度、電磁干擾等影響，使用起來(lái)更加安全與方便。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測(cè)的Y型雙FBG光纖振動(dòng)傳感器，包括振動(dòng)導(dǎo)桿、散熱結(jié)構(gòu)、Y型振動(dòng)件、密封殼、配重體和光纖光柵，以及支撐整個(gè)傳感器的連接基座，其中：振動(dòng)導(dǎo)桿左端的接觸探頭與焦炭塔塔壁緊密接觸，散熱結(jié)構(gòu)固定在振動(dòng)導(dǎo)桿上，密封殼通過(guò)螺口裝配在振動(dòng)導(dǎo)桿右端的固定件上，密封殼裝有配重體和Y型振動(dòng)件，第一光纖光柵經(jīng)過(guò)Y型振動(dòng)件的一端引出后固定在密封殼上，第二光纖光柵從Y型振動(dòng)件的另一端引出和預(yù)拉伸后固定在密封殼上。

所述Y型振動(dòng)件由支桿和與該支桿上端固定相連的呈叉形布置的兩個(gè)臂組成，該支桿的下端固定在密封殼的底部上。

所述Y型振動(dòng)件位于振動(dòng)導(dǎo)桿上的散熱結(jié)構(gòu)所在位置后方150mm±5mm處，其能夠消除塔壁傳導(dǎo)出的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，只保留其法向振動(dòng)。

所述振動(dòng)導(dǎo)桿由接觸探頭和不銹鋼圓管組成，其中：接觸探頭帶有弧形，該弧形按照塔壁弧度加工而成；接觸探頭的弧形中部通過(guò)激光焊接與不銹鋼圓管相連接。

所述散熱結(jié)構(gòu)由若干片的圓環(huán)形金屬片組成，這些圓環(huán)形金屬片通過(guò)螺紋固定在振動(dòng)導(dǎo)桿上。