[发明专利]炼焦塔水力除焦在线监测的Y型双FBG光纤振动传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感技术领域，特别是一种石化行业炼焦塔水力除焦在线监测的Y型双FBG光纤振动传感器。

背景技术

炼焦塔是炼油工业中延迟焦化装置的重要设备之一，其主要用在石化炼油企业生产的最后一个环节,水力除焦的原理是利用由从水力切焦器喷嘴出来的高压水射流的强大冲击力将焦炭切割下来,水力切焦器喷嘴在塔内升降和转动,使塔内的焦碳脱落,直到把炼焦塔内的焦炭全部除净为止。目前，国内在石化行业的生产过程中，几乎都靠操作人员通过观察塔底部溜槽中的焦炭水混浊程度和聆听切焦过程的声音,依据工作经验来判断炼焦塔内的焦炭是否除净。工人无法准确定位焦层厚度的变化和切焦器喷嘴的位置，使得重复切焦操作频率高，工作效率相对较低，并且溜槽与观测窗的距离较远，受天气条件与昼夜视线的影响较大，比如在大雨或大雾的天气，操作人员就无法准确观察下面溜槽的情况，这就对切焦工作造成了较大的麻烦，影响到切焦的效率和安全性，造成巨大的电能损失，增大工人劳动强度。

在水力除焦进程在线监测方面，目前国外有采用石英音叉测量炼焦塔内高压水击打塔壁所产生声音来判断水力除焦进程的报道，该系统可监测除焦的干净程度，不能监测水力除焦过程中焦层厚度的变化和切焦器喷嘴的位置。近年来，国内外一些单位开始研究在线监测水力除焦进程的传感测量方法，华东理工大学的王涛等人使用石英晶体传感器对水力除焦过程中的振动信号进行了相关的检测。类似的如洛阳涧光石化设备有限公司也采用压电振动传感器监测塔壁上焦炭清除状态。由于他们的监测方法主要采用压电晶体传感器测量塔壁振动信号，所用传感器主要为电类传感器，受电磁干扰与温度的影响，测量精度不高，而且传感器布点受限(一般在8点以下)，从实验效果上只能够监测从切焦器喷嘴出来的高压水是打到焦层上还是打在已除净焦炭的炼焦塔内壁，不能够真正监测到水力除焦过程中焦层厚度的变化和切焦器喷嘴的较准确位置。在技术手段方面，由于电类传感器放置于集成了多类电器设备的炼焦塔上，电磁干扰不可避免，加之炼焦塔的较高的温度，不可避免的会大大降低其测量精度；另外，电类传感器要采取防爆和降低温度影响的封装措施，造成体积大与成本高，加之电类传感器的复用特性等限制了其在塔壁上的布点数，不能真正反映焦层厚度变化规律与切焦器喷嘴的较准确位置。

自1989年Morey首次将光纤布拉格光栅(FBG)用作传感元件以来，光纤传感技术受到了广泛重视，得到了迅速的发展。与传统传感器相比FBG传感器有本质防爆、抗电磁干扰和信号可远距离传输等诸多优点。但是，至今还未见将光纤光栅振动传感器运用于水力除焦进程的监测，主要归结于现有光纤振动传感器的响应频率较低这一局限性。

为了提高光纤光栅振动传感器的响应频率和工作稳定性，张东生等提出了一种竖直推挽式结构传感器；徐刚等也设计了一种新型的高频传感器。但是，这两种传感器响应频率依然偏低(3000Hz以下，有效响应频率2000Hz以下)，不能满足水力除焦进程监测对传感器响应频率的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的缺陷，提供一种炼焦塔水力除焦在线监测的Y型双FBG光纤振动传感器，该传感器通过对塔壁高频法向振动信号的采集解决炼焦塔水力除焦的监测系统中焦层厚度难以判别的问题，同时光纤传感器可以不受温度、电磁干扰等影响，使用起来更加安全与方便。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的炼焦塔水力除焦在线监测的Y型双FBG光纤振动传感器，包括振动导杆、散热结构、Y型振动件、密封壳、配重体和光纤光栅，以及支撑整个传感器的连接基座，其中：振动导杆左端的接触探头与焦炭塔塔壁紧密接触，散热结构固定在振动导杆上，密封壳通过螺口装配在振动导杆右端的固定件上，密封壳装有配重体和Y型振动件，第一光纤光栅经过Y型振动件的一端引出后固定在密封壳上，第二光纤光栅从Y型振动件的另一端引出和预拉伸后固定在密封壳上。

所述Y型振动件由支杆和与该支杆上端固定相连的呈叉形布置的两个臂组成，该支杆的下端固定在密封壳的底部上。

所述Y型振动件位于振动导杆上的散热结构所在位置后方150mm±5mm处，其能够消除塔壁传导出的复杂运动，只保留其法向振动。

所述振动导杆由接触探头和不锈钢圆管组成，其中：接触探头带有弧形，该弧形按照塔壁弧度加工而成；接触探头的弧形中部通过激光焊接与不锈钢圆管相连接。

所述散热结构由若干片的圆环形金属片组成，这些圆环形金属片通过螺纹固定在振动导杆上。