智能化油水分离罐除油系统及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种智能化油水分离罐除油系统及控制方法，属于污水处理技术领 域。
【背景技术】
[0002] 在生产国际化、全球化的趋势下，工业生产过程中的安全问题日益成为各行各业 重点关注的对象。在钢铁、炼油、焦化、石化等工业生产过程中产生的含油污水若处理不当， 油污长时间滞留在油水分离罐内，挥发出的油气积聚形成的油相空间极易遇明火而发生爆 炸。在实际生产过程中，通常采用人工定期监控的传统方法，由于工作条件的限制，不能实 现实时监控，发生突发情况时无法高效处理，对工业生产进程和工人的人身安全问题造成 了严重影响。
[0003] 目前，油水分离罐的处理方式多采用重力沉降法和旋流分离法。前者利用油水两 相的密度差异在重力作用下分层，并通过沉降和过滤技术对罐内油污进行抽取，但此方式 自动化程度低，流程较复杂；后者则通过离心分离技术将油水两相分离，成本低廉、结构简 单，但分离效率较低，且不能分离液体中的固体悬浮物。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有油水分离罐除油方式存在的不足之处，本发明提供了一种智能化油 水分离罐除油系统及控制方法，能够智能识别油水分离罐中的油水气界面，高效排除油污， 并对运行过程进行实时监控，保障生产的安全性。
[0005] 本发明采用的技术方案是：
[0006] -、一种智能化油水分离罐除油系统：
[0007] 本发明包括油水识别模块、油水分离模块和油气界面检测模块，油水分离罐的罐 顶和罐底之间安装有包含步进电机、齿轮、齿带、滑块和导轨的液面检测机构，液面检测机 构与油水识别模块电连接，并与油水分离模块管路连接，油水分离罐顶部安装有油气界面 检测模块，油面上方的油相空间的油水分离罐罐壁安装有温度传感器和气压传感器;油水 识别模块、油气界面检测模块、液面检测机构、温度传感器和气压传感器均连接到单片机， 油水分离模块经继电器连接到单片机，单片机经无线通信模块与上位机连接通信。
[0008] 所述的液面检测机构具体包括步进电机、齿轮、齿带、滑块以及竖直安装在油水分 离罐罐顶和罐底之间的导轨，齿轮包括分别固定安装在油水分离罐罐顶的第一齿轮和油水 分离罐罐底的第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮之间连接有齿带，第一齿轮与步进电机同轴 连接，滑块一端与齿带固定连接，滑块另一端套在导轨中，通过步进电机带动齿带运动进而 带动滑块沿导轨上下移动;步进电机与单片机电连接；
[0009] 滑块中部开有一道贯穿的水平通孔，滑块底面设有与水平通孔相通的倒锥形孔， 倒锥形孔与油水分离模块连接，滑块水平通孔的侧方设有金属探头，金属探头固定连接到 滑块上，金属探头经螺旋电缆与油水识别模块连接。
[0010] 所述的油水识别模块包括电阻R2、电容C1、灯LED1、三极管Q1和三极管Q2,三极管 Q1的基极依次经电阻R5和电阻R1接地，三极管Q1的集电极依次经电阻R2和灯LED1接电源正 极，三极管Q1的发射极接地，电阻R5和电阻R1之间引出作为金属探头的一端，金属探头的另 一端连接到电源正极;三极管Q2的基极经电阻R4连接到三极管Q1的集电极，三极管Q2的发 射极接地，三极管Q2的集电极依次经电阻R3和灯LED2接电源正极，电容C1两端分别连接到 三极管Q2的集电极和发射极并作为输出端。
[0011] 所述的金属探头、滑块水平通孔下缘和倒锥形孔的上缘在同一水平面上。
[0012] 所述的油水分离模块包括吸油口、吸油软管、排油口、排油阀、排油管道和吸油栗； 吸油口的入口与滑块的倒锥形孔相连，吸油口经吸油软管和排油口连接，排油口依次经排 油阀、排油管道后和吸油栗连接。
[0013] 所述的油气界面检测模块采用分别检测其相对油面距离的第一测距传感器和油 水分离罐内径的第二测距传感器，第一测距传感器安置于油水分离罐罐顶内壁并水平放 置;第二测距传感器安置于油水分离罐罐壁上部并竖直放置。
[0014] 所述的无线通信模块包括主控端和受控端，主控端采用第一 NRF24L01芯片及USB 转NRF24L01模块，与上位机的USB接口连接;受控端采用第二NRF24L01芯片，与单片机的10 口相连。
[0015] 本发明的油水识别模块利用油水导电特性差异可自动识别油水分布，其金属探头 固定于滑块;位于罐顶和罐壁上部的油气界面检测模块利用声波的全反射现象用以检测油 面高度；油水分离模块主要由吸油口、吸油软管、排油口、排油阀、排油管道和吸油栗组成， 其中吸油口固定于滑块正下方;滑块可通过步进电机和齿带沿导轨垂直移动。当检测到吸 油口位于油中，单片机通过继电器打开排油阀和吸油栗；当检测到吸油口位于油相空间或 水中，单片机通过继电器关闭排油阀和吸油栗。
[0016] 二、一种智能化油水分离罐除油系统的控制方法，包括以下步骤：
[0017] 步骤1)将油水分离罐静置使得罐内分层，从上往下依次为油相空间、油和水；
[0018] 步骤2)初始化以下参数为零:111 = 111=112 = 0，1]1表示吸油栗工作参数，111、112分别表 示滑块下移参数和滑块上移参数；
[0019] 步骤3)通过油气界面检测模块检测计算获得油面相对油水分离罐罐底的实际高 度AH;
[0020] 步骤4)根据步骤3)所测得的实际高度ΔΗ，通过步进电机带动齿带将滑块沿导轨 移动到油面附近，使得金属探头浸没于液体中；
[0021] 步骤5)判断油水识别模块检测反馈的是高电平还是低电平：
[0022]若油水识别模块检测反馈的是高电平，则继续下一步骤；
[0023]若油水识别模块检测反馈的是低电平，则跳转到步骤11);
[0024] 步骤6)判断吸油栗工作参数m是否满足m=0:若吸油栗工作参数m = 0,则继续下一 步骤;若吸油栗工作参数m不等于0,则通过继电器打开排油阀和吸油栗，利用油水分离模块 进行排油操作，跳转到步骤8);
[0025]步骤7)将滑块下移参数nl赋值+1;
[0026]步骤8)通过单片机控制滑块继续向下移动间隔距离S;
[0027]步骤9)判断当前的滑块下移参数nl是否满足nl=滑块移动次数阈值N，
[0028] 若当前的滑块下移参数nl=滑块移动次数阈值N，则进入下一步骤；
[0029] 若当前的滑块下移参数nl不等于滑块移动次数阈值N，则跳回到步骤5);
[0030] 步骤10)将吸油栗工作参数m置为1，并跳回步骤5);
[0031] 步骤11)通过继电器关闭排油阀和吸油栗，并控制滑块向上移动间隔距离S，将滑 块上移参数n2赋值+1;
[0032]步骤12)判断当前的滑块上移参数n2是否满足n2 =滑块移动次数阈值N，
[0033] 若当前的滑块上移参数n2 =滑块移动次数阈值N，则进入下一步骤；
[0034] 若当前的滑块上移参数n2不等于滑块移动次数阈值N，则将吸油栗工作参数m置为 〇,并跳回到步骤5);
[0035]步骤13)停止排油操作。
[0036] 所述步骤3)中油面相对油水分离罐罐底的实际高度ΔΗ采用以下公式计算：
[0037] A Ff^Fin
[0038]
[0039] 其中，Di为油水分离罐罐壁的测量内径，Hi表示油面相对油水分离罐罐底的测量高 度，油水分离罐罐顶相对油面的测量高度Hi通过第一测距传感器测量获得，油水分离罐罐 壁的测量内径Di通过第二测距传感器测量获得;Ho表示油水分离罐罐顶相对油面的实际高 度，Do为油水分离罐的实际内径;H2为油水分离罐罐顶相对油水分离罐罐底的实际高度。
[0040] 本发明的有益效果是：
[0041] 本发明利用油水导电特性的差异和声波全反射现象，有效识别油水气界面，判断 吸油口在油水中的分布位置，从而自动控制排油阀通断及吸油栗工作状态；同时利用高精 度的温度、气压传感器对油水分离罐内温度和气压进行实时监控，并通过高性能的无线通 信模块进行数据传输。
[0042] 本发明智能化程度高，油水分离高效，能够实时监控油水分离罐的运行状态，保障 生产安全。
【附图说明】
[0043]图1是本发明实施例的结构图；
[0044] 图2是本发明电气连接和机械连接的框图；
[0045] 图3是滑块的剖视图和俯视图；
[0046] 图4是油水识别模块的电路图；
[0047]图5是本发明控制方法的流程图。
[0048]图中：油水识别模块100，金属探头200，油气界