本實用新型涉及一種具有溫度和壓力監(jiān)控功能的液化天然氣計量裝置，屬于LNG加氣站安全監(jiān)測領域。
背景技術：
：LNG作為一種新的能源得到廣泛的應用。由于LNG的物理特性，在生產經營過程中LNG易受壓力、溫度的影響導致儲罐內LNG的氣液比發(fā)生變化，給生產經營過程中的計量工作帶來極大的不便，同時因交割過程計量的不準確性給企業(yè)造成極大的損失。目前國內LNG加氣站進貨按照國家慣例均按質量交接，通常采用地磅計算重車與空車差值得出進貨質量。采用非直接式計量的地磅稱重方式給生產銷售過程中的計量工作帶來極大的不便，經分析我們認為：目前在LNG銷售計量中主要存在以下問題：(1)配送時間延長：LNG罐車要到加氣站附近的計量處(地磅)完成兩次稱重，使配送及時性受到影響，影響工作效率。(2)計量準確程度低：計量地磅精度受諸多因素的影響難以達到較高程度，一般在5％左右。(3)計量過程難以控制：由于在LNG的計量過程中無法實施實時的監(jiān)測，交割過程中量具本身的誤差、溫度、壓力、人為因素等諸多無法控制的因素。使得交割過程中無法保證計量的準確性。(4)進貨過程難以管理：在LNG進出貨時計量交割時不能實時監(jiān)控，管理人員不能實時遠程監(jiān)控進貨的全過程，無法把控計量過程的實際情況，造成計量、統(tǒng)計、管理的滯后性，不能達到精細化管理的要求。(5)現(xiàn)有的計量設備受外界環(huán)境影響造成計量誤差問題。由于目前國內外沒有“無源在線密度計、壓力計、溫度計”無法對儲罐內LNG多種參量進行實時測量，間接計量影響LNG儲罐介質計量的準確性。儲罐內LNG的密度目前無法直接讀取，而LNG的密度取決于LNG的組分，通常為430～470kg/m3，若甲烷含量越高，則密度越小；密度還是溫度的函數(shù)，若溫度越高則密度越小，其變化梯度約為1.35kg/(m3/℃)。由此可見在實際生產管理過程中對LNG密度的實時檢測至關重要。目前國內利用經氣相色譜法分析得到LNG的組分，通過計算求得。大多按照GB/T19204—2003《液化天然氣的一般特性》中使用的ISO6578中確定的計算方法；或采用GB/T2106B—2007《液化天然氣密度計算模型規(guī)范》加氣站LNG密度值計算法。以上計算方法都是通過計算間接得到LNG的密度，其準確性難以保證。而在實際工作中卸液時氣源的批次、廠家不同又采取不規(guī)范卸液方式，導致儲罐內介質發(fā)生分層、翻滾現(xiàn)象，給計量工作帶來極大的干擾，造成計量的不準確性。LNG為易燃易爆氣體，其物理、化學特征使LNG在儲運過程中罐體必須在低溫絕熱條件下儲存。為此在設計LNG智能化檢測系統(tǒng)時，儲罐內介質的密度、體積、質量等物理量的檢測傳感器一定要采用無源器件，確保工作的安全性?；陔妼W原理的傳統(tǒng)壓力傳感器或液位儀雖然能夠可以實現(xiàn)LNG儲罐液位或壓力的連續(xù)監(jiān)測，但現(xiàn)場監(jiān)測需要引入電，而LNG加氣站屬于易燃易爆危險環(huán)境，因此，傳統(tǒng)的電學壓力傳感器或液位儀不適用于LNG加氣站的安全監(jiān)測。技術實現(xiàn)要素：本實用新型提供一種具有溫度和壓力監(jiān)控功能的液化天然氣計量裝置，該液化天然氣計量裝置不引入任何形式的電，有著本質防爆特性、體積小、靈敏度高、耐腐蝕、抗電磁干擾等優(yōu)點，可全方位實時監(jiān)測加氣站的LNG儲罐的多項參量。為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種具有溫度和壓力監(jiān)控功能的液化天然氣計量裝置，包括：液化天然氣儲罐、調制解調儀、分別安裝于液化天然氣儲罐頂部和底部的第一F-P腔壓力傳感器、第二F-P腔壓力傳感器；所述第一F-P腔壓力傳感器、第二F-P腔壓力傳感器進一步包括膜片、腔本體、導光光纖和準直管，此腔本體的上表面開有一凹槽，此凹槽上覆蓋有所述膜片并形成一真空腔，所述準直管上端面與腔本體底端粘結連接，所述導光光纖的頂端嵌入腔本體內并與腔本體下表面齊平連接，導光光纖的末端裸露在準直管的外表面并作為與外圍解調設備連接端，所述導光光纖位于準直管內的中部區(qū)域刻有光柵，所述膜片下表面固定有一復合介質膜；所述調制解調儀接收來自第一F-P腔壓力傳感器、第二F-P腔壓力傳感器的感應信號，并從感應信號中提取出被監(jiān)測點的壓力和溫度數(shù)據(jù)信息。上述技術方案中進一步改進的方案如下：1.上述方案中，所述導光光纖與準直管底部之間通過一固定接頭安裝連接。2.上述方案中，所述膜片形狀為正方形、菱形、圓形。由于上述技術方案運用，本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點：本實用新型具有溫度和壓力監(jiān)控功能的液化天然氣計量裝置，其用光傳感器復用技術將光纖壓力、溫度傳感器復用到一根光纖，提高了效率，解決了多參量的同步檢測與傳輸，利用光纖壓力、溫度傳感器技術完全可實現(xiàn)加氣站進貨過程的本質安全實時計量，該監(jiān)測系統(tǒng)的信號傳輸媒介是光，現(xiàn)場監(jiān)測不引入任何形式的電，有著本質防爆特性、體積小、靈敏度高、耐腐蝕、抗電磁干擾等優(yōu)點，可全方位實時監(jiān)測加氣站的LNG儲罐的多項參量；其次，(1)光纖傳感器質量輕，光纖極細，易彎曲，特別適合于在對傳感器質量要求較高的場合使用；(2)光纖傳感器可以串/并聯(lián)復用，更重要的是還可以進行分布式傳感測量、作為傳感層形成“光纖傳感網(wǎng)”形成傳感器網(wǎng)絡或者陣列，實現(xiàn)高密度、大容量的智能化傳感網(wǎng)絡，完全符合“物聯(lián)網(wǎng)”技術發(fā)展需求，因此成為本質安全、高精度測量的重要實現(xiàn)手段，具有很好的市場應用前景。附圖說明附圖1為本實用新型液化天然氣計量裝置結構示意圖；附圖2為本實用新型液化天然氣計量裝置中F-P腔壓力傳感器結構示意圖；附圖3為本實用新型液化天然氣計量裝置的壓力和溫度信號光譜。以上附圖中：1、液化天然氣儲罐；2、調制解調儀；6、第一F-P腔壓力傳感器；7、第二F-P腔壓力傳感器；8、膜片；9、腔本體；91、凹槽；10、導光光纖；101、光柵；11、準直管；12、真空腔；13、復合介質膜；14、固定接頭。具體實施方式下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述：實施例：一種具有溫度和壓力監(jiān)控功能的液化天然氣計量裝置，包括：液化天然氣儲罐1、調制解調儀2、分別安裝于液化天然氣儲罐1頂部和底部的第一F-P腔壓力傳感器6、第二F-P腔壓力傳感器7；所述第一F-P腔壓力傳感器6、第二F-P腔壓力傳感器7進一步包括膜片8、腔本體9、導光光纖10和準直管11，此腔本體9的上表面開有一凹槽91，此凹槽91上覆蓋有所述膜片8并形成一真空腔12，所述準直管11上端面與腔本體9底端粘結連接，所述導光光纖10的頂端嵌入腔本體9內并與腔本體9下表面齊平連接，導光光纖10的末端裸露在準直管11的外表面并作為與外圍解調設備連接端，所述導光光纖10位于準直管11內的中部區(qū)域刻有光柵101，所述膜片8下表面固定有一復合介質膜13；所述調制解調儀2接收來自第一F-P腔壓力傳感器6、第二F-P腔壓力傳感器7的感應信號，并從感應信號中提取出被監(jiān)測點的壓力和溫度數(shù)據(jù)信息，所述數(shù)據(jù)庫服務器3記錄來自調制解調儀2的壓力和溫度數(shù)據(jù)信息。上述導光光纖10與準直管11底部之間通過一固定接頭14安裝連接。上述膜片8形狀為正方形、菱形、圓形。(1)現(xiàn)場光纖傳感層。光纖傳感層是LNG儲罐本質安全監(jiān)測系統(tǒng)的底層，是整個監(jiān)測系統(tǒng)的信息來源，由埋設于LNG儲罐相關位置的光纖壓力傳感器、光纖溫度傳感器組成。光纖傳感器實時探測LNG儲罐的壓力和溫度等基本信息，并通過光纖實時傳輸?shù)竭h程的LNG加氣站監(jiān)控室。(2)LNG加氣站安全監(jiān)測網(wǎng)絡層。位于LNG加氣站監(jiān)控室的LNG加氣站安全監(jiān)測網(wǎng)絡層主要由專用的光纖傳感調制解調儀、WEB服務器、應用服務器和數(shù)據(jù)庫服務器等設備組成，在整個LNG加氣站安全監(jiān)測系統(tǒng)中充當神經中樞和大腦。它能夠傳輸和處理從現(xiàn)場LNG儲罐光纖傳感層獲取的LNG儲罐安全監(jiān)測信息。LNG加氣站監(jiān)測站的功能主要有：①監(jiān)測的LNG儲罐安全數(shù)據(jù)實時信息顯示；②現(xiàn)場光纖傳感層的安全預報警參數(shù)設置；③LNG儲罐安全監(jiān)測信息實時、歷史趨勢圖；④用戶管理；⑤查詢統(tǒng)計。(3)LNG加氣站安全監(jiān)測應用層。LNG加氣站安全監(jiān)測應用層主要提供LNG儲罐安全監(jiān)測操作，并與其它子系統(tǒng)交互的接口，根據(jù)不同的用戶提供不同的應用。2.1.1LNG進貨質量計量通過安裝于LNG儲罐底部和頂部的高精度F-P光纖壓力傳感器，能夠實時探測LNG儲罐底部液態(tài)壓力P1及頂部氣態(tài)壓力P2，利用流體靜力學原理P＝ρgH，可得LNG儲罐的液位為：式中，ρLNG為LNG密度，g為當?shù)丶铀俣取Ｒ虼?，當給定LNG的密度ρLNG，由式(1)可以獲得LNG儲罐當前的液位，進而實現(xiàn)LNG儲罐液位的安全監(jiān)測。同時，根據(jù)液位與LNG儲罐容積表或壓力與LNG儲罐容積表的關系，可以得到當前LNG儲罐的容積，由式(2)，可得LNG儲罐進貨質量(Δm)In為：(Δm)In＝ΔV×ρLNG(2)LNG加氣站的進貨計量或加注計量均需要LNG密度的測量。因此，可在LNG儲罐合適的位置加裝F-P光纖壓力傳感器，構成一個光纖在線密度儀，實時探測LNG儲罐的壓力P3，如圖1所示的位置。光纖在線密度儀也可以置于泵池內。利用靜壓法原理，光纖在線密度儀可實時間接計算出LNG的密度為：式中ΔH為兩個高精度F-P光纖壓力傳感器安裝高度差。2.1.3溫度測量利用光纖壓力溫度復用專利技術，可以實現(xiàn)一根光纖同時遠距離實時傳輸LNG儲罐的壓力和溫度信號。安裝于LNG儲罐底部或頂部的光纖壓力傳感器，可以實時感知LNG儲罐底部/頂部LNG的壓力P1和P2，安裝于LNG儲罐底部或頂部的光纖溫度傳感器，可以實時感知LNG儲罐底部/頂部LNG的溫度T1和T2，對于壓力、溫度參量的實時檢測，完全可用于LNG儲罐當前容積的實時修正，提高LNG計量的精確性，在加上對LNG密度的檢測就構成一套完整的LNG儲罐智能化監(jiān)測系統(tǒng)。2.1.4火災安全預報警監(jiān)測由安裝于LNG儲罐周圍的光纖溫度傳感器(1根光纖可同時傳輸5點光纖溫度傳感信號)感知LNG儲罐周圍的環(huán)境溫度變化，根據(jù)預先設置的火災預報警信息，實時監(jiān)測LNG加氣站安全信息。2.2系統(tǒng)特點(1)本質安全的多參量監(jiān)測。全光纖LNG加氣站安全監(jiān)測系統(tǒng)采用技術先進的光纖傳感器，可以實現(xiàn)LNG儲罐的壓力、溫度及密度等多參量實時監(jiān)測，信號傳輸介質為光纖，LNG儲罐現(xiàn)場監(jiān)測不引入任何的電。(2)實時性好。LNG儲罐的多參量由相應的光纖傳感器實時探測并由光纖傳感調制解調儀實時解調輸出，由計算機獨立完成相應的計量任務，能有效地避免了人工干預存在的種種弊端。(3)精度高。安裝于LNG儲罐底部/頂部的高精度光纖壓力傳感器性能指標如表1所示：表1光纖壓力傳感器性能指標序號型號/指標光纖壓力傳感器1測量范圍0～10MPa壓力范圍可定制2精確度±0.1～0.3％/F.S3分辨率±20Pa4測試原理壓力(靜壓法HTG)質量5適用場合任何容器6測量介質可流動介質/氣體7測量介質溫度范圍-20℃～65℃溫度范圍可定制8傳感器工作環(huán)境溫度-20℃～55℃9相對濕度≤90％10傳輸距離2km(基本設置)用戶可定制11安裝調試安裝方式簡便，12體積小13防爆等級Ex(本質安全)(4)技術先進。①在現(xiàn)有光纖壓力傳感器的基礎上，利用光波復用技術，實現(xiàn)了一根光纖同時傳輸光纖壓力和溫度信號，復用后光纖壓力和溫度的光譜信號如圖2所示。②整個監(jiān)測系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)架構，利用Jboss開發(fā)平臺，完全實現(xiàn)了用戶在任何時間任何地點通過互聯(lián)網(wǎng)訪問LNG加氣站安全監(jiān)測現(xiàn)場的運行狀態(tài)。(5)成本低。①利用光纖壓力溫度復用專利技術，可以實現(xiàn)一根光纖同時遠距離實時傳輸光纖壓力和溫度信號。②利用光纖溫度解調技術，可以實現(xiàn)一根光纖同時遠距離實時傳輸最多5個監(jiān)測點溫度信號。③為滿足石油化工傳感應用多點測量及小型化的實際需求，我們團隊對壓力、溫度傳感系統(tǒng)多路復用技術展開研究。利用光開關切換和寬帶光源調制，設計了16路光纖傳感器的陣列型多通道傳感調制解調系統(tǒng)，掃描頻率為5kHz，腔長變化測量精度可達10pm，實現(xiàn)了多路光纖壓力溫度傳感器共用一套調制解調儀和信號處理系統(tǒng)，有效提高了調制解調儀的效率。LNG在線無源密度計，目前國內是一個空白。通過多年的努力，我公司研制的光纖壓力傳感器完全可以實現(xiàn)此項技術，突破液化石油氣存儲的安全監(jiān)測技術的禁區(qū)。采用上述新型具有溫度和壓力監(jiān)控功能的液化天然氣計量裝置時，其用光傳感器復用技術將光纖壓力、溫度傳感器復用到一根光纖，提高了效率，解決了多參量的同步檢測與傳輸，利用光纖壓力、溫度傳感器技術完全可實現(xiàn)加氣站進貨過程的本質安全實時計量，該監(jiān)測系統(tǒng)的信號傳輸媒介是光，現(xiàn)場監(jiān)測不引入任何形式的電，有著本質防爆特性、體積小、靈敏度高、耐腐蝕、抗電磁干擾等優(yōu)點，可全方位實時監(jiān)測加氣站的LNG儲罐的多項參量；其次，(1)光纖傳感器質量輕，光纖極細，易彎曲，特別適合于在對傳感器質量要求較高的場合使用；(2)光纖傳感器可以串/并聯(lián)復用，更重要的是還可以進行分布式傳感測量、作為傳感層形成“光纖傳感網(wǎng)”形成傳感器網(wǎng)絡或者陣列，實現(xiàn)高密度、大容量的智能化傳感網(wǎng)絡，完全符合“物聯(lián)網(wǎng)”技術發(fā)展需求，因此成為本質安全、高精度測量的重要實現(xiàn)手段，具有很好的市場應用前景。應當指出，以上所述具體實施方式可以使本領域的技術人員更全面地理解本實用新型創(chuàng)造，但不以任何方式限制本實用新型創(chuàng)造。因此，盡管本說明書參照附圖和實施例對本實用新型創(chuàng)造已進行了詳細的說明，但是，本領域技術人員應當理解，仍然可以對本實用新型創(chuàng)造進行修改或者等同替換，總之，一切不脫離本實用新型創(chuàng)造的精神和范圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本實用新型創(chuàng)造專利的保護范圍當中。當前第1頁1 2 3