一種定量控制水中氧氣含量及流量的裝置的制造方法
【專利摘要】一種定量控制水中氧氣含量及流量的裝置，高壓腔外繞加熱電阻絲，加熱電阻絲通過雙路PID控制電路連接控制；高壓腔通過電磁閥與密封測試箱、氮氣瓶、氧氣瓶相連；高壓腔頂部還設置有抽氣口和進水口；高壓腔內設置有溫度傳感器、溶解氧傳感器和壓力傳感器，且三個傳感器均與雙路PID控制電路相連，高壓腔1內還設置有雙路PID控制電路控制的攪拌器，雙路PID控制電路與人機界面相連接，高壓腔底部還通過泵連通至密封箱；本實用新型通過溫度、壓力兩種方式協同控制水中溶解氧濃度，生成不同溫度、壓力、溶解氧濃度的水體，可同時在人機界面上顯示水體的溫度、壓力、溶解氧濃度以及流速。采用氮氧置換和高壓注氧方法，大大拓展了水中溶解氧含量的范圍。
【專利說明】
一種定量控制水中氧氣含量及流量的裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及測控工程技術領域，特別涉及一種定量控制水中氧氣含量及流量的裝置。
【背景技術】
[0002]目前，多數油田都把注水開發作為油田開發的首選方式。但是，水中溶解氧造成注水管道腐蝕穿孔現象嚴重。有的注水管道系統兩三個月就得檢修一次，極大地影響了油田的正常生產。為了研究水中溶解氧與管道腐蝕之間的關系，就需要一個能夠定量控制溶解氧含量、流量的系統或裝置。目前，水中溶解氧含量控制系統主要用于水產養殖、葡萄酒發酵等領域。在水產養殖領域，中國實用新型專利CN104345636A使用鼓風機曝氣，溶解氧探頭檢測水體氧氣含量，采用PID控制鼓風機工作。CN203299602U主要使用鼓風機曝氣，同時使用溶解氧探頭檢測水體氧氣含量，該系統使用惰性氣體排氧，整個系統使用PLC完成控制。相對而言，CN203299602U拓展了水體溶解氧含量的下限。CN104925937A采用高壓注氧方式制造高富氧水，拓展了水體溶解氧含量的上限水平。在葡萄酒發酵領域，CN103923783A采用氮氧置換方式控制溶解氧含量，進一步拓展了溶解氧含量的范圍。但以上系統均采用單一的曝氣方式，對溶解氧含量控制能力相對有限。
【發明內容】
[0003]為了克服上述現有技術的不足，本實用新型的目的是提供一種定量控制水中氧氣含量及流量的裝置，為深入研究管道腐蝕與注水溶解氧含量、溫度、流量、壓力之間的關系提供一種可行的方案，為保證注水管線在生產過程中的安全作業奠定基礎。
[0004]為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是:
[0005]—種定量控制水中氧氣含量及流量的裝置，包括不銹鋼材料制成的高壓腔I，高壓腔I的頂部設有螺紋旋蓋2，高壓腔I外繞加熱電阻絲3，加熱電阻絲3與雙路PID控制電路12連接并受其控制，加熱電阻絲3外裹有氧化鋁纖維氈保溫層4;高壓腔I經頂部的螺紋旋蓋2通過第一電磁閥5與密封測試箱6相連通；高壓腔I經頂部的螺紋旋蓋2通過第二電磁閥7與氮氣瓶20相連通;高壓腔I經頂部的螺紋旋蓋2通過第三電磁閥8與氧氣瓶19相連通;高壓腔I的頂部2還設置有抽氣口和進水口且進水口設置第五電磁閥18;高壓腔I內部設置有溫度傳感器9以及溶解氧傳感器10，高壓腔I底部設置有壓力傳感器11，且三個傳感器均與雙路PID控制電路12的信號端相連接，高壓腔I內還設置有攪拌器13，攪拌器13的驅動電機14與雙路PID控制電路12的信號端相連接，雙路PID控制電路12的信號端與人機界面15相連接，高壓腔I底部通過第四電磁閥16連通排水口，高壓腔I底部還通過栗17連通至密封箱6。
[0006]本實用新型的有益效果是:
[0007]本實用新型可以通過溫度、壓力兩種方式控制水中溶解氧濃度，可以生成不同溫度、壓力、溶解氧濃度的水體，可同時在人機界面上顯示水體的溫度、壓力、溶解氧濃度以及流速。采用氮氧置換和高壓注氧方法，大大拓展了水中溶解氧含量的范圍。
【附圖說明】
[0008]附圖是本實用新型的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖對本實用新型詳細闡述，但實例并不限制本實用新型的保護范圍。
[0010]參照附圖，一種定量控制水中氧氣含量及流量的裝置，包括不銹鋼材料制成的高壓腔I，高壓腔I的頂部設有螺紋旋蓋2，高壓腔I外繞加熱電阻絲3，加熱電阻絲3與雙路PID控制電路12連接并受其控制，加熱電阻絲3外裹有氧化鋁纖維氈保溫層4;高壓腔I經頂部的螺紋旋蓋2通過第一電磁閥5與密封測試箱6相連通;高壓腔I經頂部的螺紋旋蓋2通過第二電磁閥7與氮氣瓶20相連通;高壓腔I經頂部的螺紋旋蓋2通過第三電磁閥8與氧氣瓶19相連通;高壓腔I的頂部2還設置有抽氣口和進水口且進水口設置第五電磁閥18;高壓腔I內部設置有溫度傳感器9以及溶解氧傳感器10，高壓腔I底部設置有壓力傳感器11，且三個傳感器均與雙路PID控制電路12的信號端相連接，高壓腔I內還設置有攪拌器13，攪拌器13的驅動電機14與雙路PID控制電路12的信號端相連接，雙路PID控制電路12的信號端與人機界面15相連接，高壓腔I底部通過第四電磁閥16連通排水口，高壓腔I底部還通過栗17連通至密封箱6 0
[0011]本實用新型的工作原理為:
[0012]根據亨利公式，溶解氧的含量取決于溫度、壓力以及溶質和溶劑的性質。不同大氣壓和不同水溫下溶解氧濃度的計算公式如下:
[0013]Dof= (ρ/ρο) Χ477.8/(Τ+32.26)1
[0014]其中，ρ為實測大氣壓，PQ為標準大氣壓，T為實測溫度，單位為。C。根據公式1，可以增大壓力、降低溫度來增加水中溶解氧濃度，減小壓力、增加溫度來減小水中溶解氧濃度。如果需要進一步降低或清除水中溶解氧，可以對水中充入氮氣以置換氧氣。整個系統如附圖所示，由不銹鋼材料制成一個密封高壓腔I，腔蓋采用螺紋旋蓋2旋入密封，高壓腔I外繞電阻絲3加熱，為降低熱擴散，在電阻絲外裹一層氧化鋁纖維氈保溫層4。使用氧氣瓶19和氮氣瓶20提供兩種氣源，來控制水中溶解氧含量。系統由一個PID控制電路12控制，用戶通過人機界面15輸入期望的參數:水的溫度、水中溶解氧濃度以及水的流量。PID控制電路12根據公式I計算氧氣的分壓。系統首先控制水溫達到要求，人機界面15輸入的水溫要求高于環境水溫。然后，根據計算得到的氧氣分壓，控制氧氣的第三電磁閥8接通，直至壓力傳感器11回傳的壓力數據達到計算的氧氣分壓。啟動溶解氧檢測，如果溶解氧濃度大于設定值，開啟抽氣口氣栗，降低壓力值，降低溶解氧濃度;如果溶解氧濃度小于設定值，則打開第三電磁閥8繼續注氧，提高溶解氧濃度。如果計算得到的氧氣分壓過低，超過了氣栗的抽真空能力，則通過對水中充入氮氣以置換氧氣。待水中溶解氧濃度和溫度符合設定參數后，控制栗17將水按設置的流量值注入密封箱6。密封箱6中可接入注水模擬管道或懸掛金屬掛片，研究腐蝕效應的形成機理。密封箱6的容積相對于高壓腔較小，這樣可保證接通密封箱6時，水體壓力下降不大。當密封箱6中接入注水模擬管道時，要求管道容積相對于高壓腔較小。
[0015]本實用新型使用了五個電磁閥、一個水栗和一個氣栗，使用氮氣和氧氣兩種鋼瓶氣源；使用了溫度、壓力和溶解氧三種傳感器，微控制器采用臺灣宏晶科技的STC12C5616AD，自帶8路高速10位A/D轉換。參數輸入采用薄膜鍵盤，顯示采用0LED12864。高壓腔通過管道與密封測試箱形成一個封閉循環系統，用于研究管道腐蝕穿孔的形成機理。溫度控制采用PID控制，系統根據設定值和溫度傳感器實測值進行PID運算，控制電阻絲通、斷電。當溫度達到設置參數后，根據設定壓力值和壓力傳感器值進行PID運算，控制抽氣電磁閥和氧氣電磁閥的開、關；當溶解氧濃度要求很低時，系統還需要打開氮氣電磁閥。系統所使用的氣栗抽真空度不小于0.01個標準大氣壓，因此當計算的氧氣分壓小于0.01個標準大氣壓時，需要啟動氮氧置換過程。PID控制器采用武漢漢口電爐有限公司RTXJ-G50系列智能型專家自整定控制器。
【主權項】
1.一種定量控制水中氧氣含量及流量的裝置，其特征在于，包括不銹鋼材料制成的高壓腔(I)，高壓腔(I)的頂部設有螺紋旋蓋(2)，高壓腔(I)外繞加熱電阻絲(3)，加熱電阻絲3與雙路PID控制電路12連接并受其控制；高壓腔(I)經頂部的螺紋旋蓋(2)通過第一電磁閥(5)與密封測試箱(6)相連通;高壓腔(I)經頂部的螺紋旋蓋(2)通過第二電磁閥(7)與氮氣瓶(20)相連通;高壓腔(I)經頂部的螺紋旋蓋(2)通過第三電磁閥(8)與氧氣瓶(19)相連通；高壓腔(I)的頂部還設置有抽氣口和進水口且進水口設置第五電磁閥(18);高壓腔(I)內部設置有溫度傳感器(9)以及溶解氧傳感器(10)，高壓腔(I)底部設置有壓力傳感器(11)，且三個傳感器均與雙路PID控制電路(12)的信號端相連接，高壓腔(I)內還設置有攪拌器(13)，攪拌器(13)的驅動電機(14)與雙路PID控制電路(12)的信號端相連接，雙路PID控制電路(12)的信號端與人機界面(15)相連接，高壓腔(I)底部通過第四電磁閥(16)連通排水口，高壓腔(I)底部還通過栗(17)連通至密封測試箱(6)。2.根據權利要求1所述的一種定量控制水中氧氣含量及流量的裝置，其特征在于，加熱電阻絲(3)外裹有氧化鋁纖維氈保溫層(4)。
【文檔編號】G05D27/02GK205670275SQ201620285307
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年4月7日
【發明人】張峰, 李小和, 雒明世, 程國建, 盧勝男
【申請人】西安石油大學