水力除焦光纤传感在线监测研究

摘要

延迟焦化工艺是石油化工企业一项非常重要的生产工艺，而水力除焦作业是延迟焦化生产过程中的重要环节。目前，石化行业普遍依靠除焦工人在高约50米且弥漫有害气体的焦炭塔顶部聆听水力除焦过程中的声音来判断除焦运行的状态，这就导致除焦工人不仅无法准确定位除焦的位置，也无法判断对应位置的除焦进展。这种仅凭人工经验的操作方式不仅工作效率低，而且会造成巨大的水电能耗，更为严重的是这会危害工人的身体健康。 为了节能降耗，并将除焦工人解放到地面操作室进行远程除焦作业，石化行业迫切需要一种能够远程在线监测水力除焦进展的技术，来代替目前的人工经验操作方式。为此，本文对一种水力除焦光纤传感在线监测的技术进行研究。通过基于DSP的信号采集与处理单元对均布于焦炭塔塔壁上的光纤F-P声学传感阵列拾取到的水力除焦过程的声学信号进行处理，从而判断水力除焦的进展。论文取得的研究成果如下： （1）根据对石化行业水力除焦监测技术的分析，并结合光纤传感技术的优势，提出采用光纤F-P声学传感器来对石化行业的水力除焦进展进行监测。 （2）结合DSP处理器在信号处理中的特点，提出了一种水力除焦光纤传感在线监测系统方案，并对该系统中基于SOA的自动调Q光源、光电转换电路和基于DSP的信号采集与处理单元进行了设计。 （3）进行了水力除焦光纤传感在线监测的信号采集与处理软件设计与实现。根据光纤F-P声学传感对信号处理的要求，确定了软件设计总体方案。最后，对软件的各个功能模块进行了设计与实现，主要包括信号采集软件、数字滤波器算法、快速傅里叶变换算法、焦层厚度模式匹配和UART串口通信。 （4）在武汉石化进行了水力除焦光纤传感在线监测的现场试验研究。现场试验表明：利用该信号处理技术可以获得水力除焦过程的焦层厚度变化与声学信号之间的定量关系，从而判断焦炭塔的水力除焦进展。

目录

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第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究背景和意义

1.3 水力除焦监测技术的研究现状

1.4 光纤传感技术的概述

1.5 本文的主要研究内容

第2章 光纤F-P声学传感器基本原理

2.1 光纤F-P干涉仪的基本原理

2.2 光纤F-P声学传感器结构

2.3 光纤F-P声学传感器的传感原理

2.4 光纤F-P传感器的信号解调技术

2.5 本章小结

第3章 水力除焦光纤传感在线监测系统方案及硬件组成

3.1 水力除焦光纤传感在线监测系统总体方案设计

3.2 系统组成

3.3 基于DSP的信号采集与处理单元设计

3.4 本章小结

第4章 水力除焦光纤传感在线监测的信号处理软件设计

4.1 软件开发平台介绍

4.2 软件设计总体方案

4.3 信号采集软件

4.4 数字滤波器算法

4.5 快速傅里叶变换算法

4.6 焦层厚度模式匹配

4.7 UART串口通信

4.8 本章小结

第5章 水力除焦光纤传感在线监测的现场试验研究

5.1 现场试验系统的搭建

5.2 试验结果及分析

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 主要创新点

6.3 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果和参与的项目