本發(fā)明涉及一種基于光纖F-P腔壓力傳感器的LNG加氣站計量裝置，屬于LNG加氣站安全監(jiān)測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：目前國內(nèi)LNG加氣站進貨按照國家慣例均按質(zhì)量交接，通常采用地磅計算重車與空車差值得出進貨質(zhì)量。采用非直接式計量的地磅稱重方式給生產(chǎn)銷售過程中的計量工作帶來極大的不便，經(jīng)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(shè)備受外界環(huán)境影響造成計量誤差問題。由于目前國內(nèi)外沒有“無源在線密度計、壓力計、溫度計”無法對儲罐內(nèi)LNG多種參量進行實時測量，間接計量影響LNG儲罐介質(zhì)計量的準確性。儲罐內(nèi)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??；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(chǎn)管理過程中對LNG密度的實時檢測至關(guān)重要。目前國內(nèi)利用經(jīng)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(nèi)介質(zhì)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(shè)計LNG智能化檢測系統(tǒng)時，儲罐內(nèi)介質(zhì)的密度、體積、質(zhì)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(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種基于光纖F-P腔壓力傳感器的LNG加氣站計量裝置，該LNG加氣站計量裝置不引入任何形式的電，有著本質(zhì)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，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于光纖F-P腔壓力傳感器的LNG加氣站計量裝置，包括：液化天然氣儲罐、調(diào)制解調(diào)儀、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、WEB服務(wù)器、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，所述數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接到調(diào)制解調(diào)儀，所述應(yīng)用服務(wù)器、WEB服務(wù)器均連接到數(shù)據(jù)庫服務(wù)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(jié)連接，所述導光光纖的頂端嵌入腔本體內(nèi)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(diào)設(shè)備連接端，所述導光光纖位于準直管內(nèi)的中部區(qū)域刻有光柵，所述膜片下表面固定有一復(fù)合介質(zhì)膜；所述調(diào)制解調(diào)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(yīng)信號，并從感應(yīng)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(wù)器記錄來自調(diào)制解調(diào)儀的壓力和溫度數(shù)據(jù)信息，所述應(yīng)用服務(wù)器、WEB服務(wù)器用于訪問存儲于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器內(nèi)的壓力和溫度數(shù)據(jù)信息；所述復(fù)合介質(zhì)膜由氮化硅層、五氧化二鉭層疊加組成，所述氮化硅層與膜片接觸，此五氧化二鉭層朝向凹槽。上述技術(shù)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(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點：本發(fā)明基于光纖F-P腔壓力傳感器的LNG加氣站計量裝置，其用光傳感器復(fù)用技術(shù)將光纖壓力、溫度傳感器復(fù)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(shù)完全可實現(xiàn)加氣站進貨過程的本質(zhì)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(zhì)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；(1)光纖傳感器可以串/并聯(lián)復(fù)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(luò)或者陣列，實現(xiàn)高密度、大容量的智能化傳感網(wǎng)絡(luò)，完全符合“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)發(fā)展需求；(2)光纖傳輸光波損耗小，不受任何電磁干擾實現(xiàn)遠距離測量和控制。附圖說明附圖1為本發(fā)明LNG加氣站計量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本發(fā)明LNG加氣站計量裝置中F-P腔壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為附圖2的局部結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4為本發(fā)明LNG加氣站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(diào)制解調(diào)儀；3、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；4、應(yīng)用服務(wù)器；5、WEB服務(wù)器；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(fù)合介質(zhì)膜；14、固定接頭；151、氮化硅層；152、五氧化二鉭層。具體實施方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述：實施例：一種基于光纖F-P腔壓力傳感器的LNG加氣站計量裝置，包括：液化天然氣儲罐1、調(diào)制解調(diào)儀2、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3、應(yīng)用服務(wù)器4、WEB服務(wù)器5、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，所述數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3連接到調(diào)制解調(diào)儀2，所述應(yīng)用服務(wù)器4、WEB服務(wù)器5均連接到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3；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(jié)連接，所述導光光纖10的頂端嵌入腔本體9內(nèi)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(diào)設(shè)備連接端，所述導光光纖10位于準直管11內(nèi)的中部區(qū)域刻有光柵101，所述膜片8下表面固定有一復(fù)合介質(zhì)膜13；所述調(diào)制解調(diào)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(yīng)信號，并從感應(yīng)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(wù)器3記錄來自調(diào)制解調(diào)儀2的壓力和溫度數(shù)據(jù)信息，所述應(yīng)用服務(wù)器4、WEB服務(wù)器5用于訪問存儲于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3內(nèi)的壓力和溫度數(shù)據(jù)信息；所述復(fù)合介質(zhì)膜13由氮化硅層151、五氧化二鉭層152疊加組成，所述氮化硅層151與膜片8接觸，此五氧化二鉭層152朝向凹槽91。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(zhì)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(shè)于LNG儲罐相關(guān)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(luò)層。位于LNG加氣站監(jiān)控室的LNG加氣站安全監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)層主要由專用的光纖傳感調(diào)制解調(diào)儀、WEB服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等設(shè)備組成，在整個LNG加氣站安全監(jiān)測系統(tǒng)中充當神經(jīng)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(yù)報警參數(shù)設(shè)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(yīng)用層。LNG加氣站安全監(jiān)測應(yīng)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(yīng)用。2.1.1LNG進貨質(zhì)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?qū)崟r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：H=P1-P2ρLNG·g---(1)]]>式中，ρLNG為LNG密度，g為當?shù)丶铀俣?。因此，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(guān)系，可以得到當前LNG儲罐的容積，由式(2)，可得LNG儲罐進貨質(zhì)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(gòu)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(nèi)。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：ρLNG=P1-P3ΔH·g---(3)]]>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(fù)用專利技術(shù)，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(gòu)成一套完整的LNG儲罐智能化監(jiān)測系統(tǒng)。2.1.4火災(zāi)安全預(yù)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(yù)先設(shè)置的火災(zāi)預(yù)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(zhì)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(shù)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(zhì)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(yīng)的光纖傳感器實時探測并由光纖傳感調(diào)制解調(diào)儀實時解調(diào)輸出，由計算機獨立完成相應(yīng)的計量任務(wù)，能有效地避免了人工干預(yù)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(zhì)量5適用場合任何容器6測量介質(zhì)可流動介質(zhì)/氣體7測量介質(zhì)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(shè)置)用戶可定制11安裝調(diào)試安裝方式簡便，12體積小13防爆等級Ex(本質(zhì)安全)(4)技術(shù)先進。①在現(xiàn)有光纖壓力傳感器的基礎(chǔ)上，利用光波復(fù)用技術(shù)，實現(xiàn)了一根光纖同時傳輸光纖壓力和溫度信號，復(fù)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(gòu)，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(fù)用專利技術(shù)，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(diào)技術(shù)，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(yīng)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(fù)用技術(shù)展開研究。利用光開關(guān)切換和寬帶光源調(diào)制，設(shè)計了16路光纖傳感器的陣列型多通道傳感調(diào)制解調(diào)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(diào)制解調(diào)儀和信號處理系統(tǒng)，有效提高了調(diào)制解調(diào)儀的效率。LNG在線無源密度計，目前國內(nèi)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(shù)，突破液化石油氣存儲的安全監(jiān)測技術(shù)的禁區(qū)。采用上述新型基于光纖F-P腔壓力傳感器的LNG加氣站計量裝置時，其用光傳感器復(fù)用技術(shù)將光纖壓力、溫度傳感器復(fù)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(shù)完全可實現(xiàn)加氣站進貨過程的本質(zhì)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(zhì)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；(1)光纖傳感器可以串/并聯(lián)復(fù)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(luò)或者陣列，實現(xiàn)高密度、大容量的智能化傳感網(wǎng)絡(luò)，完全符合“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)發(fā)展需求；(2)光纖傳輸光波損耗小，不受任何電磁干擾實現(xiàn)遠距離測量和控制。應(yīng)當指出，以上所述具體實施方式可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明創(chuàng)造，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管本說明書參照附圖和實施例對本發(fā)明創(chuàng)造已進行了詳細的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，仍然可以對本發(fā)明創(chuàng)造進行修改或者等同替換，總之，一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護范圍當中。當前第1頁1 2 3