本實用新型涉及石油存儲技術領域，尤其涉及一種可分辨油水界面的測溫桿。

背景技術：

為了獲取原油儲罐內的油品溫度，保障油品的安全儲存，工程上多在儲罐進出油管線上安裝溫度傳感器測量進出罐油溫。該方法實現(xiàn)簡單，但能獲得的油溫數(shù)據(jù)有限，無法全面揭示儲罐內的油溫分布情況。

近年來，有研究人員提出采用包含多個溫度傳感器的測溫桿進行儲罐內油溫測試的方法。一般來說，所設計的測溫桿具有多個測點，能夠測量儲罐縱向不同位置的油溫。但在實際測試過程中，由于進罐原油含有少量液態(tài)水，在長期儲存過程中受重力作用發(fā)生油水分離，在儲罐底部產(chǎn)生積水，且隨儲存時間延長，該水層厚度可達到半米以上，現(xiàn)有測溫裝置雖能獲得罐底的溫度分布，卻無法準確分辨油水界面，故難以判定所測得的罐底溫度是油溫還是水溫。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有測溫裝置存在不能分辨油水界面，無法準確測得儲罐內油溫分布的問題，本實用新型實施例提出了一種可分辨油水界面的測溫桿，所述測溫桿包括：數(shù)據(jù)采集器、法蘭、測量電極、絕緣管、多個溫度傳感器、絕緣封頭、固定扣及多根導線；其中，

所述法蘭用于將所述測溫桿固定在被測油罐的測溫口，所述法蘭上設置有安裝接頭或固定孔，所述測量電極通過所述安裝接頭或固定孔固定在法蘭上；

所述數(shù)據(jù)采集器通過一根導線連接所述測量電極的上部，所述數(shù)據(jù)采集器通過另一根導線連接所述被測油罐的金屬罐壁，所述測量電極及金屬罐壁構成一柱狀電容，測量電極及金屬罐壁分別為該柱狀電容的兩極；

所述測量電極外層套設絕緣管，所述絕緣封頭將所述測量電極及絕緣管的底部絕緣密封；

所述溫度傳感器嵌設在所述絕緣管上，各所述溫度傳感器分別通過導線與所述數(shù)據(jù)采集器連接，此處的導線由所述固定扣固定在所述絕緣管的內側壁上；

所述數(shù)據(jù)采集器用于采集所述測量電極及金屬罐壁所構成的柱狀電容的電容量及各溫度傳感器傳來的溫度信號，根據(jù)所述電容量輸出被測油罐中水的高度，并輸出各溫度傳感器測得的溫度值。

本實用新型提出的原油儲罐用可分辨油水界面位置的測溫桿，不但能夠測量儲罐軸向的多個測點的溫度，還能分辨油水界面位置，進而確定所測量的油溫和水溫，從而能更精確獲得儲罐內的油溫分布。由于儲罐底部油溫變化梯度大，也是儲罐內的低溫區(qū)域，如何準確分辨罐底油水界面，獲取罐底部的原油溫度對儲罐的安全生產(chǎn)管理具有重要意義。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的可分辨油水界面的測溫桿的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例中測量電極底端局部結構示意圖；

圖3為圖1中測量電極橫切面A-A’處的示意圖；

圖4為本實用新型實施例提供的油水界面測量電路原理圖。

附圖標號

1-數(shù)據(jù)采集器 2-信號輸出端

3-法蘭 4-安裝接頭

5-導線固定扣 6-絕緣管

7-測量電極 8-導線

9-溫度傳感器 10-導線

11-金屬罐壁 12-絕緣封頭

13-導線

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

為了解決現(xiàn)有的測溫裝置因不能分辨油水界面，而無法準確測得儲罐內油溫分布的問題，本實用新型實施例提供了一種可分辨油水界面位置的測溫桿，該測溫桿不但能夠測量油罐軸向上的多點溫度，還能分辨油罐內油水界面的位置，進而確定所測量得的油溫及水溫，更精確地獲得油罐內的溫度分布。

圖1為本實用新型實施例提供的可分辨油水界面位置的測溫桿，如圖1所示，該測溫桿包括：數(shù)據(jù)采集器1、法蘭3、固定扣5、絕緣管6、測量電極7、多個溫度傳感器9、絕緣封頭12及多根導線(如導線8、導線10、導線13)。

法蘭3用于將上述測溫桿固定在被測油罐的測溫口，法蘭3上設置有安裝接頭4或固定孔(圖1中未示出)，測量電極7通過安裝接頭4或固定孔固定在法蘭3上。數(shù)據(jù)采集器1通過導線10連接測量電極7的上部，數(shù)據(jù)采集器1通過導線13連接被測油罐的金屬罐壁11，測量電極7及述金屬罐壁11構成一柱狀電容，二者別分為該柱狀電容的兩極。

測量電極7外層套設絕緣管6，絕緣封頭12將測量電極7及絕緣管6的底部絕緣密封，測量電極7及絕緣管6底端的局部結構詳見圖2。

如圖3所示，溫度傳感器9嵌設在絕緣管6上，且溫度傳感器9與絕緣管6之間無空隙，以防油或水進入絕緣管6內。每個溫度傳感器9分別通過一根導線8與數(shù)據(jù)采集器1連接，且導線8由導線固定扣5固定在絕緣管6的內側壁上，多根導線8可由一個固定扣5固定，也可以由多個固定扣分別固定。

數(shù)據(jù)采集器1用于采集測量電極7及金屬罐壁11所構成的柱狀電容的電容量以及各溫度傳感器傳來的溫度信號，根據(jù)所測得的電容量輸出被測油罐中水的高度，并輸出各溫度傳感器所測得的溫度值。

如油罐內含有一定厚度的水，那么在將上述的測溫桿按照圖1所示形式設置在油罐內時，注意，該測溫桿的底部需觸及油罐的底部。通在一實施例中，可以按照原油儲罐的測溫口至油罐底部的垂直距離設計測量電極，以在測量時使測量電極7底部的絕緣封頭12緊貼油罐的底部。

如圖1所示，測量電極7與金屬罐壁11構成柱形電容器，油水界面以上部分的電容器以油位電介質，油水界面以下部分的電容器以水為電介質，兩者并聯(lián)構成整個電容，油水界面的上下變化導致以油為介質的等效電容和以水為介質的等效電容的電容量發(fā)生變化，把油水界面的高度用電容量來表示，然后變換成統(tǒng)一的標準電信號，傳輸給數(shù)據(jù)采集器1或者其他的二次儀表進行計算，可以得到油水界面的位置。由此可知油水界面以上的溫度傳感器測得的溫度為油溫，油水界面以下的溫度傳感器所測的溫度為水溫，這樣該原油儲罐用可分辨油水界面位置的測溫桿能夠分辨出測溫桿所測溫度是油溫還是水溫，有利于分辨罐底油溫分布。其原理如圖4所示，該電容的總容量按照如下公式計算：

另則有：

C＝C₀+kH

H＝(C-C₀)/k

C—總電容量；C₁—以水為介質的電容的電容量；C₂—以油為介質的電容的電容量；ε₀—真空介電常數(shù)；ε₁—水的相對介電常數(shù)；ε₂—油的相對介電常數(shù)；D—金屬罐壁直徑；d—測量電極直徑；H—油水界面高度；L—油面高度。

在以上參數(shù)ε₀、ε₁、ε₂、D、d、L都是常數(shù)的情況下，總電容C與油水界面高度H存在線性關系，將此電容進行必要的轉換，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(基于液位測量系統(tǒng)的定時器的開發(fā))一文中揭示，該文章于2016年12月發(fā)表在Journal of Measurement Science and Instrumentation期刊上。

上述的可分辨油水界面位置的測溫桿在利用溫度傳感器9測量各點液體溫度的同時，還能夠測量油罐底部的水層高度，精確地測量出油水界面位置，從而分辨出測溫桿所測溫度是油溫還是水溫，有利于準確獲取罐底部的油溫分布，具有較高的精度和實用性。

在一實施例中，上述絕緣管6為聚四氟乙烯材質，絕緣封頭12也可以選用聚四氟乙烯材質的材料制成。絕緣管6內部軸向固定若干溫度傳感器9，按上疏下密的形式非等間距地設置，溫度傳感器9與絕緣管6之間無空隙，以防油或水進入絕緣管6內。溫度傳感器9通過導線8與數(shù)據(jù)采集器1相連，其中導線8由導線固定扣5固定在絕緣管6內側，與絕緣管6內的測量電極7互不干擾，同時絕緣管6也將導線8及測量電極7包裹，形成一個密閉的空間。

在一實施例中，測量電極7為不銹鋼材質，也可以采用銅等金屬制成。

在一實施例中，數(shù)據(jù)采集器1上設有信號輸出端2，用于輸出溫度值和/或油罐中水的高度。

利用本實用新型提供的原油儲罐用可分辨油水界面位置的測溫桿，在利用溫度傳感器測量各測點處液體溫度的同時，還能夠測量油罐底部的水層高度，精確地測量出油水界面位置，通過測量電極與金屬罐壁構成柱形電容器，油水界面以上部分的電容器以油為電介質，油水界面以下部分的電容器以水為電介質，兩者并聯(lián)構成整個電容，油水界面的上下變化導致以油為介質的等效電容和以水為介質的等效電容的電容量發(fā)生變化，把油水界面高度變化量轉換成電容的變化量，然后再變換成統(tǒng)一的標準電信號，傳輸給二次儀表進行顯示，設計靈敏度高，動態(tài)響應特性好。

本實施例能夠利用溫度傳感器測量各點液體溫度，尤其能夠獲得油溫水溫分別的溫度，油水界面以上的溫度傳感器測得溫度為油溫，油水界面以下的溫度傳感器所測的溫度為水溫，這樣該原油儲罐用可分辨油水界面位置的測溫桿能夠分辨出測溫桿所測溫度是油溫還是水溫，有利于準確獲取罐底部的油溫分布，具有更高的精度和實用性。

本實用新型中應用了具體實施例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本實用新型的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。