專利名稱：振動監(jiān)控的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振動監(jiān)控裝置和使用這種振動監(jiān)控裝置的方法。具體 而言，本發(fā)明涉及確定焦化塔內(nèi)部的焦炭或者焦炭副產(chǎn)品的水平，以 及利用加速度計(jì)和用于簽名檢測的數(shù)學(xué)算法地?zé)o破壞簽名識別系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在原油被處理的石油煉制操作中常常會產(chǎn)生殘油。很多煉油廠從 重質(zhì)殘留烴中回收有價(jià)值的產(chǎn)品。當(dāng)在延遲焦化器單元中處理時，殘 油在熔爐中被加熱到足夠引起破壞性蒸餾的溫度，在該破壞性蒸餾中， 殘油的有價(jià)值的部分會被轉(zhuǎn)化，或者"裂解"為有用的烴產(chǎn)品，并且 剩余物形成了石油焦炭，主要由碳組成的材料。
大體而言，延遲焦化處理涉及加熱來自分餾裝置的重?zé)N給料，然 后將加熱的重?zé)N給料泵入通常被稱為焦炭塔的大型鋼制容器。加熱的 重質(zhì)給料的未蒸發(fā)部分在焦炭塔內(nèi)沉淀，這里保留時間和溫度的綜合 影響實(shí)現(xiàn)了焦炭的形成。來自焦炭容器頂部的蒸汽返回到分餾裝置的 底部，用于進(jìn)一步處理為所需的輕烴產(chǎn)品。焦炭塔內(nèi)的正常的操作壓
力典型地是從25至50p.s.i的范圍內(nèi)，并且給料輸入溫度可以在S00。F 和1000。F之間改變。
焦炭塔的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀在各個設(shè)備之間差別很大。焦炭塔一般 是高度為卯至100英尺、直徑為20至30英尺的大型、直立、圓柱形、 金屬容器。焦炭塔具有頂頭和與底頭相配的底部。焦炭塔一般成對地 存在，以便他們可以交替地操作。焦炭在容器內(nèi)沉淀積累，直到被填 滿，這時，加熱的給料被轉(zhuǎn)到交替使用的空焦炭塔。在一個焦炭塔填 充加熱的殘油的同時，另一個容器被冷卻并清除焦炭。焦炭去除，通常也被稱為除焦，從淬火步驟(quench step)開始， 在該淬火步驟中，蒸汽然后和水被引入到填充焦炭的容器內(nèi)，以實(shí)現(xiàn) 易揮發(fā)的輕烴的回收，并且冷卻大量的焦炭。在焦炭塔已經(jīng)被填充、 剝離然后淬火以使焦炭處于固態(tài)并且使溫度下降到合理的水平之后， 淬火水通過管道從塔排出，從而允許塔的安全去頭(unheading)。當(dāng) 底部開口被去頭時，塔然后與大氣壓力相投，以允許去除焦炭。 一旦 去頭完成，塔內(nèi)的焦炭通過高壓水注從塔內(nèi)切除。
除焦在大多數(shù)工廠里是利用由鉆桿和鉆頭組成的液力系統(tǒng)來實(shí) 現(xiàn)，該鉆桿和鉆頭將高壓水引入焦床。稱為截割工具的旋轉(zhuǎn)組合鉆頭 典型地是直徑為22英寸，具有多個噴嘴，并且被安裝在直徑大約為7 英寸的長空心鉆桿的下端上。鉆頭在鉆桿上穿過在容器頂部的凸緣開 口下降到容器內(nèi)。利用噴嘴穿過焦炭鉆出了 "鉆孔"，該噴嘴在與豎 直呈大約0度和23度之間的角度噴射高壓水。這形成了直徑大約為2 至3英尺的導(dǎo)向鉆孔，用于焦炭下落。
在完成初始鉆孔之后，鉆頭然后機(jī)械地被切換為準(zhǔn)備用于截割 "截"孔的至少兩個水平噴嘴，該截孔延伸到整個塔直徑。在截割模 式下，噴嘴隨著鉆桿緩慢地旋轉(zhuǎn)、水平向外噴射水注，這些水注將焦 炭截割成碎片，這些碎片從容器的開口底部落入到將焦炭引向接收區(qū) 的斜道。在所有使用的系統(tǒng)中，鉆桿然后從容器頂部的凸緣開口縮回。 最后，容器的頂部和底部通過替換使用在容器裝置上的頭裝置、凸緣 或者其他關(guān)閉裝置而關(guān)閉。容器然后變?yōu)榍鍧嵉?，并且?zhǔn)備下一個填 充重?zé)N給料的循環(huán)。
在一些焦炭截割系統(tǒng)中，在鉆孔被形成之后，鉆桿必須從焦炭塔 去除，并且重置為截割模式。這花費(fèi)時間，很不方便，并且存在著潛 在的危險(xiǎn)。在其他的系統(tǒng)中，模式被自動地切換。在焦炭塔內(nèi)的自動 切換常常會使得鉆桿堵塞，這仍然需要在完成焦炭截割工藝之前將鉆
9桿取下進(jìn)行清潔。由于所有的變化發(fā)生在塔內(nèi)，因此，在自動切換系 統(tǒng)中，常常很難確定鉆桿是處于截割模式還是鉆孔模式。識別高壓水 是處于截割還是鉆孔的錯誤將導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。因此，由于切換操作 者并不知道截割工藝是完成還是僅僅阻塞，所以焦炭截割效率受到影 響。
如果液力截割系統(tǒng)在鉆桿從頂部塔開口升出之前沒有被關(guān)閉，則 操作者將會遭受著高壓水注，并且受到嚴(yán)重傷害，包括肢解。因此， 當(dāng)手動將截割頭從鉆孔模式改變?yōu)榻馗钅Ｊ綍r，或者當(dāng)操作者不能夠 準(zhǔn)確地判斷頭是處于截割、鉆孔還是關(guān)閉時，操作者在正被除焦的容 器附近遭受面臨高壓水注的顯著的安全危險(xiǎn)。
在焦化工藝中所面臨的另一個問題是，確定塔頂部處的焦炭的水 平。類似地，位于焦炭頂部的泡沫的水平也難以確定。如果焦炭水平 過高或者如果泡沫進(jìn)入到連接于塔的給料管道內(nèi)，則可能會發(fā)生本領(lǐng) 域的技術(shù)人員所熟知的無數(shù)嚴(yán)重問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及在延遲焦化器單元操作期間用于遠(yuǎn)程監(jiān)控截割工具的 狀態(tài)的系統(tǒng)，和在焦化過程期間用于遠(yuǎn)程監(jiān)控塔內(nèi)的焦炭或者泡沫的 水平的系統(tǒng)。前一系統(tǒng)涉及用于允許與從被稱為焦炭塔的大型圓柱形
容器內(nèi)去除被稱為焦炭的固體碳質(zhì)殘?jiān)嘘P(guān)的操作者從遠(yuǎn)程位置確定 除焦操作的狀態(tài)的系統(tǒng)。后一系統(tǒng)涉及允許與焦化期間監(jiān)控塔內(nèi)的焦
炭和/或泡沫水平有關(guān)的操作者更精確并且更有效地防止泡沫溢出和由 于焦炭水平升得過高而引起災(zāi)難性的后果的系統(tǒng)。
一些實(shí)施例涉及連續(xù)監(jiān)控和檢測運(yùn)載著高溫和/或高壓流體或者 氣體的彎管和管道降低的材料厚度。
在一些實(shí)施例中，監(jiān)控系統(tǒng)可以用于測量軸承磨損。在優(yōu)選的實(shí)施例中，在重要旋轉(zhuǎn)機(jī)發(fā)生故障之前，可以檢測到軸承的損壞。
在一些實(shí)施例中，監(jiān)控系統(tǒng)可以用于檢測焦炭堵塞在進(jìn)入到焦炭 塔之前加熱石油的熔爐管道。
在一些實(shí)施例中，監(jiān)控系統(tǒng)可以用于監(jiān)控/檢測管道內(nèi)的流體/氣體 的移動。
優(yōu)選的實(shí)施例涉及利用振動監(jiān)控系統(tǒng)接收關(guān)于除焦或者焦化操作 的有用的信息的系統(tǒng)。 一些實(shí)施例涉及利用聲音監(jiān)控系統(tǒng)、溫度監(jiān)控 系統(tǒng)、和/或壓力監(jiān)控系統(tǒng)來接收該有用信息的系統(tǒng)。
本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例涉及這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許操作者在焦 炭塔內(nèi)截割焦炭時遠(yuǎn)程地檢測截割工具的狀態(tài)，并且在焦炭塔內(nèi)可靠 地截割焦炭同時遠(yuǎn)程地檢測工具何時在"鉆孔"和"截割"模式之間 切換，并且不需要將鉆頭移出焦炭塔，用于機(jī)械的改變或者檢査。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例還涉及這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許操作者通過 使用垂直布置的加速度計(jì)遠(yuǎn)程地測量焦炭塔內(nèi)焦炭或者泡沫的水平。
優(yōu)選的實(shí)施例提供指示除焦或者焦化操作的狀態(tài)的視頻顯示器。 在一些實(shí)施例中，視頻顯示器允許操作者確定當(dāng)前截割工具處于什么
模式。在一些實(shí)施例中，視頻顯示器包括通過FFT算法運(yùn)行的信號的 顯示。
在一些實(shí)施例中，振動數(shù)據(jù)用于提供關(guān)于延遲焦化器單元的截割 工具的機(jī)械狀態(tài)的信息；在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)被用于提供關(guān)于焦炭 和/或泡沫相對于塔的頂部的信息。優(yōu)選的實(shí)施例利用了包括加速度計(jì) 的振動監(jiān)控系統(tǒng)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，振動監(jiān)控系統(tǒng)可以連接到延遲 焦化器單元內(nèi)的一個或者多個位置。在一些實(shí)施例中，這些測量值中的一些通過無線裝置轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò) 接入點(diǎn)和/或中繼器，該中繼器將來自無線裝置的信號轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)接入 點(diǎn)。在其他實(shí)施例中，由振動監(jiān)控裝置生成的數(shù)據(jù)通過有線的連接被 傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)，而沒有使用無線裝置。在一些實(shí)施例中，在網(wǎng)絡(luò) 接入點(diǎn)處接收的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到可以對振動數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和利用的計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)。
在一些實(shí)施例中，從振動監(jiān)控裝置接收的數(shù)據(jù)通過軟件應(yīng)用被轉(zhuǎn)
化成有用的形式。在優(yōu)選的實(shí)施例中，通過快速傅立葉變換("FFT") 運(yùn)行數(shù)據(jù)，該快速傅立葉變換將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成FFT指紋，該FFT指紋可 以用作與除焦操作期間的不同操作模式相關(guān)的簽名。
一些實(shí)施例包括振動監(jiān)控裝置，該裝置包括加速度計(jì)，其中， 該加速度計(jì)提供輸出信號；至少一個網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，該網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)從振 動監(jiān)控裝置接收輸出；軟件，該軟件用于將來自輸出信號的原始數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)化成有用的波形；和顯示裝置，該顯示裝置或者告知操作者焦炭塔 內(nèi)的截割工具的狀態(tài)，或者告知操作者在焦化期間塔內(nèi)的焦炭和/或泡 沫的水平。


結(jié)合附圖，本發(fā)明的前述和其他的目的及特征將從以下說明和所 附的權(quán)利要求中變得更加顯而易見。應(yīng)該理解的是，附圖僅僅是示出 了本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此不應(yīng)該認(rèn)為是限制其范圍，通過利用附 圖，將用附加特征和細(xì)節(jié)說明和解釋本發(fā)明，圖中-
圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的代表性的基于計(jì)算機(jī)的
系統(tǒng)；
圖1B示出了基本的煉油廠流程圖2A和2B示出了在除焦操作期間用于估計(jì)截割工具的狀態(tài)的操 作布局的可選實(shí)施例；圖3示出了具有部分下降的鉆桿的焦炭塔的實(shí)施例； 圖4示出了具有完全升起的鉆桿的焦炭塔的實(shí)施例； 圖5示出了放置在把水供給到鉆上的固定管道上的兩個加速度計(jì) (accelerometer )的實(shí)施例；
圖6示出了包含與除焦操作中與截割、打孔、和鉆孔有關(guān)的實(shí)時
頻率和波形的顯示器實(shí)施例；
圖7示出了用于在確定焦炭塔內(nèi)的焦炭水平過程中測試使用的加 速度計(jì)的仿真設(shè)定；以及
圖8示出了顯示加速度計(jì)輸出信號的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
容易理解的是，如通常在文中的圖中說明和示出的本發(fā)明的部件 可以以很多種不同的配置進(jìn)行布置和設(shè)計(jì)。因此，如在附圖中所表示 的，下面的本發(fā)明的系統(tǒng)、裝置、和方法的實(shí)施例的更詳細(xì)的描述本 意不是限制如所要求的本發(fā)明的范圍，而僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例 的代表。
參考附圖，可以更好的理解本發(fā)明的實(shí)施例，其中，貫穿附圖， 相同的部件指定為相同的數(shù)字。盡管下面的更具體的說明部分被分為 幾部分，但是應(yīng)該注意的是，這些部分形成的本意不是以任何的方式 進(jìn)行限制，而僅僅是為了方便讀者而提供的。
1.基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)和裝置的概述
圖1A和相應(yīng)的論述用于提供基于計(jì)算機(jī)環(huán)境的概述，該基于計(jì)算 機(jī)的環(huán)境是本發(fā)明的一些實(shí)施例可以實(shí)施的適當(dāng)?shù)牟僮鳝h(huán)境。本領(lǐng)域 的技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，本發(fā)明可以將一個或者多個計(jì)算機(jī)裝置并 入多種系統(tǒng)配置，包括多種基于網(wǎng)絡(luò)的配置。另外，本發(fā)明的實(shí)施例 還包括一種或者多種配置成在其上包括或可能包括數(shù)據(jù)或用于操縱數(shù) 據(jù)的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令一一例如，軟件代碼、
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、對象、程序、子程序、程序模塊等一一使一個或者多個計(jì)算機(jī)裝置執(zhí)行一個或多個功能，并且包括用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例的 方法或者步驟的一種類型的方法。計(jì)算機(jī)可讀取介質(zhì)的實(shí)例包括各種
類型的隨機(jī)存取存儲器("RAM")介質(zhì)、只讀存儲器("ROM") 介質(zhì)、光盤("CD")、數(shù)字化視頻光盤("DVD")、硬盤、存儲 棒、軟盤、電子信號、或者任何其他能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)裝置提供數(shù)據(jù)或者 可執(zhí)行指令的裝置或部件。電子信號典型地體現(xiàn)為光介質(zhì)或者載波。
參考圖1A，用于實(shí)施本發(fā)明的代表系統(tǒng)可以包括計(jì)算機(jī)裝置100， 該計(jì)算機(jī)裝置可以是通用的或者專用計(jì)算機(jī)。例如，計(jì)算機(jī)裝置100 可以是個人計(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、個人數(shù)字助理("PDA")或者 其他手持電子裝置、工作站、小型計(jì)算機(jī)、主機(jī)、超級計(jì)算機(jī)、多處 理器系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、基于處理器的電子裝置等。術(shù)語"計(jì)算機(jī)裝 置"這里是概括使用的，并且可以指單個計(jì)算機(jī)裝置或者多個計(jì)算機(jī) 裝置，無論是獨(dú)立的或者聯(lián)網(wǎng)的。
計(jì)算機(jī)裝置100可以包括系統(tǒng)總線120，該系統(tǒng)總線可以被配置 成連接計(jì)算機(jī)裝置100的不同的部件，并且可以能夠在部件之間實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)總線120可以包括多種總線結(jié)構(gòu)的一種，該多種總線 結(jié)構(gòu)包括存儲器總線或者存儲器控制器、外圍總線、或者使用各種總 線結(jié)構(gòu)中任一種的局域總線。通過系統(tǒng)總線120連接的典型的部件可 以包括處理系統(tǒng)140和存儲器160。其他的部件可以包括一個或者多個 大容量存儲裝置接口 180、輸入接口 200、輸出接口 220、和/或網(wǎng)絡(luò)接 □ 240。
處理系統(tǒng)140可以包括一個或多個處理器，例如中央處理器和任 選地被設(shè)計(jì)成用于執(zhí)行特定功能或者任務(wù)的一個或者多個其他處理 器。典型地是執(zhí)行存儲在存儲器160內(nèi)的計(jì)算機(jī)可讀指令的處理系統(tǒng) 140，該存儲器160反過來可以體現(xiàn)為計(jì)算機(jī)可讀取介質(zhì)，例如RAM 或者ROM介質(zhì)、磁性硬盤、可移動磁盤、磁帶、光盤等等。
14存儲器160可以體現(xiàn)為一個或者多個計(jì)算機(jī)可讀取介質(zhì)，該計(jì)算 機(jī)可讀取介質(zhì)可以被配置成在其上包括數(shù)據(jù)或者用于操縱數(shù)據(jù)的指 令，并且可以通過系統(tǒng)總線120被處理系統(tǒng)140訪問。存儲器160例 如可以包括用于永久存儲信息的ROM 280，和/或用于臨時存儲信息的 RAM 300。 ROM280可以包括基本輸入/輸出系統(tǒng)("BIOS")，其具 有一個或者多個用于諸如在計(jì)算機(jī)裝置100的啟動期間建立通信的子 程序。RAM 300可以包括一個或多個程序模塊，例如，一個或者多個 操作系統(tǒng)、軟件應(yīng)用、和/或程序數(shù)據(jù)。
一個或多個大容量存儲裝置接口 180可以用于將一個或多個大容 量存儲裝置260連接到系統(tǒng)總線120。大容量存儲裝置260可以被并入 計(jì)算機(jī)裝置100或者是其外圍設(shè)備，并且允許計(jì)算機(jī)裝置100保存大 量的數(shù)據(jù)。任選地， 一個或者多個大容量存儲裝置260可以從計(jì)算機(jī) 裝置100移去。大容量裝置的實(shí)例包括硬盤驅(qū)動器、磁盤驅(qū)動器、磁 帶驅(qū)動器、和光盤驅(qū)動器。大容量存儲裝置260可以從磁性硬盤、可 移動磁盤、磁帶盒、光盤、或者其他計(jì)算機(jī)可讀取介質(zhì)讀取和/或?qū)懭搿?大容量存儲裝置260和其對應(yīng)的計(jì)算機(jī)可讀取介質(zhì)可以提供非易失性 數(shù)據(jù)存儲和/或可執(zhí)行指令，該可執(zhí)行指令可以包括一個或者多個程序 模塊，例如，操作系統(tǒng)、 一個或者多個軟件應(yīng)用、程序模塊、程序數(shù) 據(jù)等等。該可執(zhí)行指令是用于執(zhí)行這里所公開的步驟或者方法的手段
的實(shí)例。
可以使用一個或多個輸入接口 200，以使用戶能夠通過一個或多 個相應(yīng)的輸入裝置320向計(jì)算機(jī)裝置100輸入數(shù)據(jù)和/或指令。該種輸 入裝置的實(shí)例包括但不局限于鍵盤、鼠標(biāo)、跟蹤球、觸摸屏、光筆、 指示筆或者其他的指示裝置、麥克風(fēng)、游戲桿、游戲鍵盤、圓盤式衛(wèi) 星電視天線、掃描儀、可攜式攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等等。用于將輸入裝 置320連接到系統(tǒng)總線120的輸入接口 200的實(shí)例包括串行端口、并 行端口 、游戲端口 、通用串行總線("USB")端口 、防火墻(IEEE 1394) 等。一個或多個輸出接口 220可以用于將一個或者多個相應(yīng)的輸出裝 置340連接到系統(tǒng)總線120。輸出裝置340的實(shí)例包括監(jiān)控器或者顯示 屏、擴(kuò)音器、打印機(jī)等。具體的輸出裝置340可以與計(jì)算機(jī)裝置100 結(jié)合或者是其外圍設(shè)備。輸出接口 220的實(shí)例包括視頻適配器、音頻 適配器、并行端口等等。
—個或者多個網(wǎng)絡(luò)接口 240可以使計(jì)算機(jī)裝置100能夠與一個或 者多個其他的本地或者遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)裝置(通常在360處示出)經(jīng)由可 以包括有線和/或無線連接的網(wǎng)絡(luò)380交換信息。網(wǎng)絡(luò)接口 240的實(shí)例 包括用于連接到局域網(wǎng)("LAN")或調(diào)制解調(diào)器、無線鏈路的網(wǎng)絡(luò) 適配器，或者用于連接到諸如因特網(wǎng)的廣域網(wǎng)("WAN")的其他適 配器。網(wǎng)絡(luò)接口 240可以結(jié)合到計(jì)算機(jī)裝置100或者是其外圍設(shè)備。 在聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)中，可存取的程序模塊或者其部分可以被存儲在遠(yuǎn)程存 儲器存儲裝置中。另外，在聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)裝置100可以加入 到分布式計(jì)算環(huán)境中，在分布式計(jì)算環(huán)境中，通過多個聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī) 裝置來執(zhí)行各種功能或者任務(wù)。
2.延遲焦化工藝的概述
圖1B示出了煉油廠操作2的實(shí)施例。在典型的延遲焦化工藝中， 高沸點(diǎn)石油殘?jiān)还┙o到一個或者多個焦炭塔5，在該焦炭塔內(nèi)，他們 被熱裂解為輕質(zhì)產(chǎn)品和固體殘?jiān)灰皇徒固?。焦炭?典型地是巨 大的圓柱形容器，該圓柱形容器具有頂頭(top head)和與底頭相配的 圓錐形底部。焦化的基本目標(biāo)是將熔點(diǎn)極高的石油殘?jiān)鼰崃呀獬奢^輕 質(zhì)的燃料餾分。焦炭是該工藝的副產(chǎn)品。延遲焦化是吸熱反應(yīng)，利用 熔爐7供給熱量用以在塔5內(nèi)完成焦化反應(yīng)。精確過程很復(fù)雜，并且 在所有發(fā)生的反應(yīng)中，僅僅分離為三個不同的步驟1)在供料通過熔 爐7時，供料的部分汽化和輕微焦化；2)在蒸汽通過焦炭塔5時，蒸 汽裂解；和3)陷入塔5內(nèi)的重液體裂解和聚合，直到該重液體轉(zhuǎn)換為 蒸汽和焦炭。該工藝對于溫度極其敏感，不同的溫度產(chǎn)生不同類型的焦炭。例 如，如果溫度過低，則焦炭的反應(yīng)不能夠充分處理，則會出現(xiàn)瀝青或 者軟焦炭形成物。如果溫度過高，則所形成的焦炭通常很硬并且難以 利用液力除焦設(shè)備從塔內(nèi)去除。較高的溫度還增大了在熔爐管內(nèi)或者 輸送管內(nèi)焦化的危險(xiǎn)。如所述的那樣，延遲焦化是在石油煉廠內(nèi)所使 用的熱裂解過程，以提高石油殘油質(zhì)量并將其轉(zhuǎn)化成液體和氣體產(chǎn)品 流，留下了固體濃縮碳材料或者焦炭。在該過程中使用的熔爐7達(dá)到
熱裂解溫度，該溫度范圍上至1，000°F。由于在熔爐7內(nèi)的短暫停留時 間，因此供給材料的焦化被延遲，直到其到達(dá)加熱器下游的大型焦化 塔5。在正常的操作中，有兩個焦炭塔，這里分別在4和6處指定，以 使當(dāng)一個塔被填充或者"在線"(例如塔6)時，另一個"離線"(例 如塔4)，由此，可以清除所產(chǎn)生的焦炭。應(yīng)該注意的是，除在進(jìn)行論 述需要具體參考在線塔6或者下線塔4時之外，這里參考的一個和多 個焦炭塔概括地用數(shù)字5來指示。
在典型的煉油廠工藝中，可以產(chǎn)生多種不同物理結(jié)構(gòu)的石油焦炭。 即，有丸粒狀的焦炭、海綿狀焦炭、和/或針狀焦炭(在下文中統(tǒng)稱為 "焦炭")，并且每種均通過他們的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性來區(qū)分。這 些物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性還用于確定材料的最終用途。對于所制造的焦 炭可用于多種用途， 一些用途可以用作燃燒的燃料，用作鋁、化學(xué)、 或者鋼鐵工業(yè)中的煅燒焦炭，或者用作能夠產(chǎn)生用于石油化學(xué)工業(yè)的 蒸汽、電流、或者氣體給料的汽化焦炭。
為了生產(chǎn)焦炭，延遲焦化器單元供料源自于原油9的供給，經(jīng)過 一系列的處理設(shè)備，最終流入用于制造焦炭的焦炭塔5內(nèi)。延遲焦化 工藝典型地包括連續(xù)型批處理(batch-continuous process)，連續(xù)型批 處理意思是在來自熔爐7的供料流在兩個或者多個焦炭塔5之間交替 填充時該處理是正在進(jìn)行的或者是連續(xù)的。如所提到的那樣，當(dāng)一個 塔在線填充焦炭時，另一個被剝離、冷卻、除焦、并且準(zhǔn)備接收另一批。在過去，這己經(jīng)證實(shí)是非常耗時和耗工的處理，其中，連續(xù)型批
處理中的每一批需要大約12至20個小時才完成。實(shí)際上，來自管狀 熔爐7的熱油，或者通常所稱的"殘油"在系統(tǒng)中被供給到焦炭塔5 中的一個。該油非常熱并且產(chǎn)生熱蒸汽，該熱蒸汽在焦炭塔5的較冷 壁上凝結(jié)。在塔5被填充時，大量的液體沿著塔5的側(cè)部流入底部的 沸騰湍動的池內(nèi)。隨著該過程繼續(xù)，熱殘油和冷凝蒸汽致使焦炭塔壁 加熱。這自然地反過來，使得殘油產(chǎn)生越來越少的冷凝蒸汽，該最終 致使在焦炭塔5的底部的液體開始加熱到焦化溫度。過一段時間后， 在焦炭塔5內(nèi)形成主溝，隨著時間繼續(xù)，在積累的焦炭上方的液體減 少并且液體轉(zhuǎn)化為更粘的焦油。該焦油試圖倒流到主溝下，該焦油可 以在頂部成焦炭，由此，致使溝開始分支。該處理通過焦炭塔5繼續(xù) 進(jìn)行，直到塔變滿，其中液體池慢慢地變成固體焦炭。當(dāng)?shù)谝唤固克?滿了之后，熱油供料轉(zhuǎn)到第二焦炭塔，并且第一焦炭塔被隔離、蒸發(fā) 以去除殘留的烴，通過填充水被冷卻、打開、然后除焦。貫穿焦炭的 制造，反復(fù)重復(fù)該循環(huán)過程。
除焦過程是在完成焦化過程之后用于從塔5去除焦炭的過程。由 于焦炭塔5的形狀，所以焦炭在靠近并附屬凸緣或者用于在制造過程 中封閉焦炭塔的開口的其他構(gòu)件的的區(qū)域內(nèi)積累。為了對塔5進(jìn)行除 焦，凸緣或者構(gòu)件必須首先被移除或者移位。在凸緣系統(tǒng)的情況下， 一旦滿了，焦炭塔5與大氣壓力相通，并且頂部凸緣(典型地直徑為4 英尺的凸緣)被打開且移除，以能夠放置液力焦炭截割裝置11。在冷 卻水從容器中排出后，底部凸緣(典型的直徑為7英尺的凸緣)被打 開并移除。由于該過程移除或脫離了在凸緣的表面堆積的焦炭的頭， 因此該過程通常被稱為"去頭"過程。
一旦移除了凸緣，通過使用高壓水注從焦床的頂部到底部鉆導(dǎo)向 孔來從塔5去除焦炭。此后，在焦炭塔5內(nèi)剩余焦炭的主體被截割粉 碎，這些粉碎體從底部落下，進(jìn)入收集箱，例如在鋼軌焦車上的箱等。 焦炭然后被脫水、粉碎、并運(yùn)送到焦炭貯藏庫或者裝載設(shè)施。3.振動監(jiān)控設(shè)備
盡管本發(fā)明本意在于覆蓋貫穿延遲焦化器單元系統(tǒng)的振動監(jiān)控裝 置的使用，并且本發(fā)明的設(shè)備可以用于監(jiān)控延遲焦化操作的任一點(diǎn)的 振動，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該承認(rèn)的是，這里說明和解釋的本發(fā)明 還可以被設(shè)計(jì)成并應(yīng)用在可以提供關(guān)于機(jī)械操作的有用數(shù)據(jù)的其他環(huán) 境中。
一些實(shí)施例涉及利用聲學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)來接收關(guān)于除焦操作的有用信 息的系統(tǒng)。 一些實(shí)施例涉及利用溫度監(jiān)控系統(tǒng)來接收關(guān)于除焦操作的 有用信息的系統(tǒng)。 一些實(shí)施例涉及利用壓力監(jiān)控系統(tǒng)來接收關(guān)于除焦 操作的有用信息的系統(tǒng)。
盡管本說明的大部分主要集中在作為本發(fā)明的示例性實(shí)施例的振 動監(jiān)控系統(tǒng)的使用，但是以下說明同樣地適用于聲學(xué)、溫度、和/或壓 力監(jiān)控系統(tǒng)。期望的是，聲學(xué)、溫度、和/或壓力監(jiān)控系統(tǒng)的使用可以 用于代替這里所述的振動監(jiān)控系統(tǒng)，或者與這里所述的振動監(jiān)控系統(tǒng) 結(jié)合使用。因此，以下說明不局限于振動監(jiān)控系統(tǒng)。而是，振動監(jiān)控 系統(tǒng)是本發(fā)明的非限制性的優(yōu)選實(shí)施例的實(shí)例。
同樣，由于本發(fā)明對于焦化和除焦過程特別地有用，因此，這里 的說明特別涉及這些制造領(lǐng)域。然而，可以預(yù)見的是，本發(fā)明還可以 適于應(yīng)用在產(chǎn)生不同元素或不同于焦炭的副產(chǎn)品的其他制造工藝。因 此，這些其他的工藝應(yīng)該被考慮在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
現(xiàn)在參考圖2A，示出了用于在延遲焦化操作期間的振動監(jiān)控系 統(tǒng)。在圖2A中，示出了除焦系統(tǒng)，該除焦系統(tǒng)包括鉆桿8和用于在塔 5內(nèi)截割焦炭的截割頭14。截割頭14進(jìn)一步包括鉆孔用噴嘴12和截 割用噴嘴IO。鉆孔用噴嘴12通常是面向下的，截割用噴嘴10通常是 水平定向的。
19該振動監(jiān)控系統(tǒng)包括連接到延遲焦化器單元系統(tǒng)內(nèi)的至少一個位 置處和可操作地連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)21的傳感器或者變送器(優(yōu)選的是
諸如加速度計(jì)的振動傳感器)16。 一個或者多個加速度計(jì)16可以被放 置在焦化器單元系統(tǒng)的部件上，以測量各個部件的振動；圖2A示出了 放置在其上的兩個加速度計(jì)。另外，加速度計(jì)16可以被放置在焦化器 單元系統(tǒng)上的任何位置或者地點(diǎn)。圖2A示出了放置在塔5的外側(cè)上的 一個加速度計(jì)16，和放置在鉆桿8上的一個加速度計(jì)16 (注意，加速 度計(jì)16可以被放置在塔5或者鉆桿8上的任何位置，并不局限于所示 出的特定位置)。圖2B示出了放置在第一流體管道16、水或者流體泵 50、和第二流體管道16上的加速度計(jì)16，其中，示出的焦化器單元系 統(tǒng)包括貯液池52 (同樣，加速度計(jì)16的放置不局限于所示出的特定位 置)。
加速度計(jì)16還可以被放置在焦化器單元系統(tǒng)內(nèi)的任何方位。例 如，圖2A示出了在垂直定向上被放置在鉆桿8上的加速度計(jì)16，和 在水平定向上被放置在焦炭塔5的外部上的加速度計(jì)16。例如，本發(fā) 明的加速度計(jì)16可被放在鉆桿8上，以便與鉆桿的徑向軸、旋轉(zhuǎn)軸、 縱向軸、水平軸、和/或垂直軸一致。因此，從加速度計(jì)16所獲取的數(shù) 據(jù)類型將取決于加速度計(jì)16的放置和定向。
傳感器或者加速度計(jì)16優(yōu)選地從焦化器單元系統(tǒng)中的一個或者 多個點(diǎn)收集振動數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)被傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)21。根據(jù)加速度 計(jì)16的定向，加速度計(jì)16可以在一個或者多個軸上測量振動。在本 發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，加速度計(jì)16測量諸如水平或者垂直軸的一個軸 上的振動。在一些實(shí)施例中，多個加速度計(jì)16可以用于在單個位置測 量多軸上的振動。在一些實(shí)施例中，加速度計(jì)16測量兩個或者多個軸 的振動。在非限制性的實(shí)例中， 一個加速度計(jì)16可以用于測量水平軸 上的振動，而另一加速度計(jì)16可以用于測量垂直軸上的振動。再次參考圖2A，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)21可以包括下述中的一個或者多個 有源中繼器18、網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)20、本地計(jì)算機(jī)裝置、遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)裝置24、 和/或另一計(jì)算機(jī)裝置或者其他部件23。設(shè)想的是，不管在所示出的實(shí) 施例中附圖示出的連接如何，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)21內(nèi)的部件之間的連接，或 者與和從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)21的連接，可以包括有線或者無線連接。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，加速度計(jì)16測量在給定的焦炭塔5內(nèi) 與截割工具14的操作狀態(tài)相關(guān)的振動(例如，截割工具是處于截割、 鉆孔、還是斜坡模式(ramping mode)，斜坡模式是從鉆孔轉(zhuǎn)到截割的 過程，或者是從截割轉(zhuǎn)到鉆孔的過程)。當(dāng)鉆處于鉆孔模式，水從高 壓噴嘴12噴射出以通過在離線焦炭塔4內(nèi)殘留的固體焦炭截割鉆孔 時，加速度計(jì)16將測量由于鉆孔過程所產(chǎn)生的振動。在鉆孔過程期間 (或者在諸如截割、斜坡處理的其他過程期間)，通過加速度計(jì)16所 接收的數(shù)據(jù)可以被無線地傳輸?shù)接性粗欣^器18，直接傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)接入 點(diǎn)20，或者傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)21內(nèi)的另一個計(jì)算機(jī)裝置23。無線中 繼器18優(yōu)選地將數(shù)據(jù)傳遞到網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)20，但也可以將數(shù)據(jù)傳遞到計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)21內(nèi)的任意計(jì)算機(jī)裝置23。
一旦在接入點(diǎn)20或者計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20內(nèi)的其他點(diǎn)接收到，由加速 度計(jì)16所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)21的部件，并且可以被存 儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)。該數(shù)據(jù)可以被放大，輸出為快速傅立葉變換("FFT")、 校正、和/或變換。合成的波形然后可以用于產(chǎn)生FFT指紋。因此，當(dāng) 鉆桿8處于鉆孔模式時，由鉆孔的振動特征所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)為FFT 指紋，其表示并由此識別用于給定焦炭塔的鉆孔過程。相同的過程可 以關(guān)于截割和斜坡模式產(chǎn)生。
本發(fā)明設(shè)想的是，每個獨(dú)立的焦炭塔可以具有唯一的指紋。因此， 本發(fā)明設(shè)想使用能夠識別給定焦炭塔5的唯一指紋的軟件，并且該軟 件能夠產(chǎn)生和/或解釋修改的數(shù)據(jù)(例如，F(xiàn)FT指紋)，該修改的數(shù)據(jù) 將允許操作者能夠容易地確定截割工具當(dāng)前處于鉆孔、截割、或者斜
21坡狀態(tài)。
當(dāng)鉆孔機(jī)8已經(jīng)成功地完成通過焦炭塔5內(nèi)的固體焦炭并且已經(jīng)
形成鉆孔時，操作者將水流從鉆孔噴嘴12轉(zhuǎn)到截割噴嘴10。在半自動 和全自動系統(tǒng)中，鉆頭14被保持在焦炭塔5內(nèi)，并且對于操作者不可 見。因此，如果沒有監(jiān)控鉆頭14的狀態(tài)(鉆頭是處于鉆孔、截割、還 是斜坡模式)的裝置，則操作者不能夠確定鉆頭14是否己經(jīng)成功地從 鉆孔模式轉(zhuǎn)到截割模式。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，當(dāng)鉆孔機(jī)從鉆孔 轉(zhuǎn)到截割時，屬于焦化器單元的一部分的加速度計(jì)16測量振動變化。
另一實(shí)施例示出了本發(fā)明的一些實(shí)施例的附加特征。在非限制性 的實(shí)例中，在延遲焦化操作中，放置在一個或者多個提到的位置處的 一個或者多個加速度計(jì)16在延遲焦化操作期間收集數(shù)據(jù)。由加速度計(jì) 16收集并由計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)可以為特定的焦炭塔5產(chǎn)生"出生證明" 或者簽名頻率指紋。 一旦出生證明指紋己經(jīng)被確定或者建立，除焦過 程的正常操作可以被遠(yuǎn)程地監(jiān)控。
在"運(yùn)行模式"簽名從延遲焦化操作被接收到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)21中 時，該運(yùn)行模式簽名可以與出生證明簽名進(jìn)行比較，以確定延遲焦化 操作的操作模式。在非限制性實(shí)例中，在截割模式下截割工具14的運(yùn) 行模式簽名會產(chǎn)生一個運(yùn)行模式簽名，該運(yùn)行模式簽名當(dāng)與出生證明 比較時將允許處于遠(yuǎn)程位置的操作者可靠并且重復(fù)地確定該截割工具 14處于截割模式。因此，對于給定的焦化塔5，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)21收集并 且會集數(shù)據(jù)，允許計(jì)算機(jī)系統(tǒng)21和/或操作者通過從一個或者多個加速 度計(jì)16所接收的數(shù)據(jù)來辨認(rèn)延遲焦化器單元是處于截割、鉆孔、還是 和/或斜坡模式。
在一些實(shí)施例中，加速度計(jì)16接收涉及與處于截割模式的特定截 割工具14相關(guān)的振動的數(shù)據(jù)，通過加速度計(jì)16在一個或者多個軸上 測量振動的幅度和頻率，并且通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)21將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胩幚韱卧?，在該中央處理單元中，?shù)據(jù)通過FFT被轉(zhuǎn)換為與特定的截割 工具14的截割模式相關(guān)的FFT指紋。在其他的實(shí)施例中，除使用FFT 之外，還可以使用平均關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)簽名(averaging and correlating fundamental signature)。因此，對于任何延遲焦化器單元操作，本發(fā) 明的軟件可以從加速度計(jì)16中接收與鉆孔、截割或者斜坡相關(guān)的數(shù)據(jù)， 并且識別與特定鉆孔機(jī)的鉆孔、截割和域斜坡模式相對應(yīng)的FFT指紋。
在一些實(shí)施例中，與鉆孔和截割相關(guān)的振動數(shù)據(jù)或者FFT指紋可 以被譯成簡單的指示燈系統(tǒng)。例如，當(dāng)鉆孔機(jī)處于鉆孔模式時，系統(tǒng) 設(shè)定點(diǎn)亮特定顏色(例如綠色)的燈，當(dāng)鉆處于截割模式時，點(diǎn)亮不 同顏色(例如紅色)的指示燈。這種簡化的指示燈系統(tǒng)可以用于通過 使任何操作者非常容易地快速確定鉆孔機(jī)是處于鉆孔模式還是截割模 式，從而防止用戶的失誤。
本發(fā)明設(shè)想將加速度計(jì)16連接到延遲焦化器單元操作中的至少 一個位置。本發(fā)明設(shè)想通過多種方式連接加速度計(jì)16。在本發(fā)明的一 些實(shí)施例中，加速度計(jì)16可以通過磁耦合連接到延遲焦化器單元的一 部分。在其他實(shí)施例中，加速度計(jì)16可以被栓接到要被測量的裝置。 在其他的實(shí)施例中，加速度計(jì)16可以被放置成"鞍狀"并且被捆束到 用于振動測量的裝置。在非限制性的實(shí)例中，加速度計(jì)16可以被放置 成"鞍狀"內(nèi)并且利用不銹鋼帶被捆到鉆桿8的頂部，在期望的定向 和以通過確保與鉆桿8 —致定位和接觸來保持?jǐn)?shù)據(jù)獲取過程完整性的 方式將加速度計(jì)16固定到鉆桿8上，。
圖3示出了在線焦炭塔6和離線焦炭塔4，其中，離線焦炭塔4 在局部下降位置具有一鉆桿8。圖3的截割工具14被示出為從鉆頭沿 水平方向噴射流體。因此，在圖3中所示的鉆頭處于截割模式。圖3 另外示出了鉆孔13，該鉆孔已經(jīng)被截割穿過焦炭，其允許碎片下落到 焦炭塔5下方的斜道。另外，圖3示出了用于加速度計(jì)16在焦化器單 元系統(tǒng)內(nèi)的另外可能的放置。本發(fā)明假定將一個或者多個加速度計(jì)16
23連接到延遲焦化器單元操作內(nèi)的其他位置，以測量鉆孔機(jī)的截割模式 和鉆孔模式的振動輸出。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，加速度計(jì)16被備 用地放置，并且被用在鉆桿上的至少一個位置處。因此，在本發(fā)明的
一些實(shí)施例中，多個加速度計(jì)16可以連接到一個鉆桿，以備用地將數(shù) 據(jù)提供給本發(fā)明用于分析的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)21。
在一些實(shí)施例中，多個加速度計(jì)16可以被連接到第一管道54—— 該第一管道將流體從貯液器52引入到流體泵50—一以備用地將數(shù)據(jù)提 供給本發(fā)明用于分析的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)21。在其他的實(shí)施例中，多個 加速度計(jì)16可以被連接到第二管道56，以備用地將數(shù)據(jù)提供給到本發(fā) 明用于分析的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)21。在其他實(shí)施例中，多個加速度計(jì)16 可以在延遲焦化器單元操作的任意不同位置處連接，以將數(shù)據(jù)提供供 給本發(fā)明用于分析的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)21。
圖4示出了處于完全升起位置的鉆桿8。在本發(fā)明的一些實(shí)施例 中，加速度計(jì)16可以被連接到鉆桿8的頂部，如圖4所示?？蛇x地， 一個或者多個加速度計(jì)16可以被放置在焦炭塔5、貯液器52、第一管 道54、流體泵50和/或第二流體管道56上，以測量焦炭塔5的振動狀 態(tài)(即，確定鉆頭是處于截割、鉆孔、還是斜坡模式)?？蛇x地，一 個或者多個加速度計(jì)16可以被放置在貫穿延遲焦化器單元操作的不止 一個位置處。
在一些實(shí)施例中，加速度計(jì)16可以進(jìn)一步包括電傳感器、溫度傳 感器、數(shù)字信號處理器、數(shù)據(jù)存儲器、無線收發(fā)器、內(nèi)置電池、和/或 內(nèi)置天線。在一些實(shí)施例中，加速度計(jì)16可以優(yōu)選地利用內(nèi)置鋰電池 提供動力，其中，固態(tài)加速度計(jì)16安全地通過無線鏈路收集和傳輸振 動數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收集參數(shù)可以根據(jù)Windows⑧網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)被配置。在本發(fā) 明的一些實(shí)施例中，加速度計(jì)16完全是無線的。在其他的實(shí)施例中， 加速度計(jì)16是有線地連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)21。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，加速度計(jì)16對振動和/或溫度敏感的。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，加速度計(jì)16測量或者具有0.5Hz至10kHz 的頻率響應(yīng)與1Hz到40kHz的采樣速度。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中， 加速度計(jì)16測量或者具有0.5Hz之下的頻率響應(yīng)。在其他的實(shí)施例中， 加速度計(jì)16測量或者具有10kHz以上的頻率響應(yīng)。在非限制性的實(shí)施 例中，加速度計(jì)16具有在0.01、 0.1、 0.2、 0.3、 0.4、 0.5、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 20、 30、 50、 60、 70、 80、 卯、和/或100kHz的頻率響應(yīng)。在其他的實(shí)施例中，加速度計(jì)具有小于 1Hz的采樣頻率。在其他的實(shí)施例中，加速度計(jì)具有大于40kHz的采 樣頻率。因此，在非限制性的實(shí)例中，加速度計(jì)具有0.5Hz、 lHz、 10Hz、 20Hz、 30Hz、頻z、 50Hz、 60Hz、 70Hz、畫z、醒z、 lkHz、 10kHz、 20kHz、 30kHz、 40kHz、 60kHz、 80kHz、 100kHz、和/或超過100kHz 的采樣頻率。
在一些實(shí)施例中，加速度計(jì)16是在5g和50g之間的范圍內(nèi)可選 擇的軟件。在一些實(shí)施例中，加速度計(jì)16是可以選擇為小于5g或者 大于50g的軟件。因此，在非限制性實(shí)施例中，加速度計(jì)軟件是可選 擇為lg、 10g、 20g、 30g、 40g、 50g、 60g、 70g、 80g、 90g、雨g、和 /或超過100g。在一些實(shí)施例中，加速度計(jì)16產(chǎn)生時間軌跡、FFT和 總體數(shù)據(jù)格式，并且可以將數(shù)據(jù)傳輸遠(yuǎn)至250英尺。在一些實(shí)施例中， 加速度計(jì)16產(chǎn)生時間軌跡、FFT和總體數(shù)據(jù)格式，并且將數(shù)據(jù)傳輸超 過250英尺。因此，在一些實(shí)施例中，加速度計(jì)可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?00 ft、 400 ft、 500 ft、 600 ft、 700 ft、 800 ft、 900 ft、 1000 ft、 2000 ft、 3000 ft、 4000 ft、 5000 ft、 10000 ft和/或超過10000 ft。在一些實(shí)施例中， 加速度計(jì)16具有使用壽命持續(xù)不止兩(2)年的易于替換的電池，
在一些實(shí)施例中，當(dāng)傳感器16處于網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)20的范圍之外時， 本發(fā)明的有源中繼器18可以操作。如果傳感器或者加速度計(jì)16距離 網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)20超過250英尺或者如果物體屏蔽了從加速度計(jì)16發(fā)出 的信號，則這可能會發(fā)生。在一些實(shí)施例中使用的有源中繼器18的優(yōu)點(diǎn)在于完全無線、易于安裝、具有達(dá)到250英尺的范圍，具有易于 替換的電池，并且利用固體(即，不移動部分)傳輸加密的空中校正 的無線數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)20橋接本發(fā)明的 無限傳感器網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)裝置22、 24之間的間隙。數(shù)千個加速度計(jì)16 可以共享由一個或者多個網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)20所主機(jī)的相同的無線網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng) 絡(luò)接入點(diǎn)20的存在允許多個加速度計(jì)將數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)21內(nèi) 的計(jì)算機(jī)裝置22、 24。在一些實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)20以離線的模式 存儲數(shù)據(jù)記錄，并且加密誤差校正無線傳輸或者利用來自本發(fā)明的數(shù) 據(jù)收集器(即，加速度計(jì)16)的誤差校正的無線傳輸數(shù)據(jù)。在一些實(shí) 施例中，網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)20利用或者是無線連接或者互聯(lián)網(wǎng)連接，與本發(fā) 明的計(jì)算機(jī)裝置的中央處理單元通信。
圖5示出了定位在水管道或者流體管道54上的兩個加速度計(jì)16， 該管道54可以表示由前面圖中所示出的或者管道54或者管道56。如 圖5所示，多于一個加速度計(jì)16可被用于在操作中測量任一給定點(diǎn)處 的振動數(shù)據(jù)。如圖5所示，加速度計(jì)16被連接到底座17上，并且連 接于導(dǎo)線15，該導(dǎo)線15將加速度計(jì)連接到計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)21，以使 加速度計(jì)16可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接糜诜治龅挠?jì)算機(jī)。如圖5所示的，不 同的加速度計(jì)16可以定向在不同的軸上，以獲得多個數(shù)據(jù)集，以便確 認(rèn)在延遲焦化操作中的截割工具14的操作狀態(tài)。在非限制性的實(shí)例中， 如圖5所示， 一個加速度計(jì)16可以被放置成測量在水平軸上的振動， 而另一個加速度計(jì)16可以被放置成測量在垂直軸上的振動。貫穿延遲 焦化器單元操作，如圖5所示的加速度計(jì)16可以被同樣地定位。
圖6示出了顯示屏70，該顯示屏可以在計(jì)算機(jī)的監(jiān)控器上進(jìn)行顯 示并且可以被操作者、技術(shù)人員和工程師使用，以監(jiān)控和/或分析在延 遲焦化器單元操作期間截割工具14是處于截割、鉆孔、還是斜坡模式。 如所示的那樣，顯示器70可以指示當(dāng)前時間鉆孔機(jī)是什么模式一一斜坡、截割、或者鉆孔一一并且可以指示從哪個定向軸接收數(shù)據(jù)。如圖6
所示，這里測量的定向軸是豎直軸58。
另外，對于特定加速度計(jì)16與實(shí)時頻率(單位赫茲)相關(guān)的數(shù)據(jù) 可以被顯示60。實(shí)時頻率可以用于分析與在延遲焦化器單元操作中的 鉆孔、截割、斜坡、或者其他處理(包括與水泵50相關(guān)的振動)相關(guān) 的頻率。
另外，如圖6所示，鉆孔機(jī)模式歷史記錄62可以被顯示，以允許
操作者或者其他人分析在一段時間內(nèi)或者幾分鐘、幾個小時、幾周、 幾年或者更長時間內(nèi)已經(jīng)發(fā)生地鉆孔、斜坡、或者截割的歷史記錄。
除了由圖6所示的數(shù)據(jù)之外，本發(fā)明設(shè)想允許用戶訪問和有價(jià)值 地使用和更改其他數(shù)據(jù)集。如圖6所示，顯示器70還可以包括簡單的 指示燈64，該指示燈允許操作者確定當(dāng)前的鉆孔機(jī)模式，包括鉆孔機(jī) 是處于截割、斜坡、還是鉆孔模式。
圖6中還示出了可以構(gòu)成顯示器70部分的一些特征的實(shí)例計(jì)算 相關(guān)性54、信號63、泵簽名61、和例如包括鉆孔和截割簽名的出生證 明65。
如所提到的那樣，振動監(jiān)控系統(tǒng)被提供用于在延遲焦化器單元操 作中的任何一點(diǎn)處監(jiān)控振動。在非限制性的實(shí)例中， 一些實(shí)施例涉及 連續(xù)地監(jiān)控和檢測在運(yùn)載著高溫和/或高壓流體或者氣體的彎管部和管 道內(nèi)降低的材料厚度。
在一些實(shí)施例中，監(jiān)控系統(tǒng)可以用于測量軸承磨損。在優(yōu)選的實(shí) 施例中，在不被監(jiān)控或者僅僅被周期監(jiān)控的重要的旋轉(zhuǎn)機(jī)器發(fā)生故障 之前，可以檢測到軸承損壞。在一些實(shí)施例中，監(jiān)控系統(tǒng)可以用于檢測熔爐管道內(nèi)的焦炭堵塞， 這些熔爐管道在進(jìn)入焦炭塔之前用于加熱石油。
在一些實(shí)施例中，監(jiān)控系統(tǒng)可以用于監(jiān)控/檢測管道內(nèi)的流體和/ 或氣體的移動。
在一些實(shí)施例中，代替檢測振動特性，或檢測振動特性的同時， 可以監(jiān)控諸如熱、壓力、聲音的其他特征和/或一些其他可以計(jì)量的特 征。
至此，己經(jīng)依據(jù)使用傳感器或者加速度計(jì)16來確定截割工具14 的模式論述了實(shí)施例。本發(fā)明的一些實(shí)施例還設(shè)想類似地在焦化處理 期間使用傳感器或者加速度計(jì)16來檢測焦化器單元系統(tǒng)內(nèi)的振動，以 便確定塔5內(nèi)的焦炭和泡沫的水平，從而防止不期望的塔停歇，并且 促進(jìn)焦化器單元更有效的操作。
圖7示出了其中26"高、20"寬的塔80被填充有與焦炭基本相同 密度的材料的不同灌裝面的模擬。在塔80上的點(diǎn)82處施加輸入力或 者沖量，以模擬焦炭塔5被填充時的自然移動。四個加速度計(jì)16被垂 直定位在塔上，并且連接于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)21。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)21內(nèi)的軟件被 用于獲取處于不同材料水平的簽名。
圖8示出了分別與12"填充、18"填充、24"填充、和26"填充(頂) 相對應(yīng)的四個不同的簽名92、 94、 96、和98的顯示90。因此，在該 模擬中，其示出了本發(fā)明的實(shí)施例能夠成功地獲取有用的填充信息。
關(guān)于使用傳感器或者加速度計(jì)16用以確定在塔5內(nèi)的焦炭水平的 本發(fā)明的實(shí)施例與用于確定截割工具14的狀態(tài)的本發(fā)明的實(shí)施例類似 地被實(shí)施，并且前面說明的各種實(shí)施例可以被應(yīng)用到用于焦炭或者泡 沫水平測量的實(shí)施例。用于監(jiān)控焦炭或者泡沫水平的振動監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)選地測量相對于塔5的頂部的水平，并且包括連接到焦化系統(tǒng)和計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)21的一個或者多個傳感器或者加速度計(jì)16。如同用于確定截割 工具14的狀態(tài)的傳感器16 —樣，用于確定焦炭或者泡沫水平狀態(tài)的 傳感器16可以在任何對應(yīng)于不同軸的任何定向(Orientation)被放置 在焦化系統(tǒng)中的任何位置或者地方。優(yōu)選地，在焦炭或者泡沫水平檢 測系統(tǒng)中的傳感器16被連接到塔5的外部。在一些實(shí)施例中，傳感器 或者加速度計(jì)16被豎直地放置在塔5上。更具體而言， 一些實(shí)施例設(shè) 想將四個加速度計(jì)16以與在圖7的模擬中所示類似的方式，在塔5上 豎直地放置為一排。
權(quán)利要求
1.一種振動監(jiān)控裝置，包括至少一個變送器，其被連接到延遲焦化器單元系統(tǒng)內(nèi)的部件，所述變送器提供表示所述部件處物理特性的輸出信號；計(jì)算機(jī)可讀的介質(zhì)，其可操作地連接于所述變送器，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)提供用于修改所述輸出信號的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令；以及顯示器，其可操作地連接于所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述顯示器指示所述延遲焦化器單元系統(tǒng)的操作狀態(tài)。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述變送器包括加速度計(jì)。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述至少一個變送器包括沿 著焦炭塔垂直布置的多個加速度計(jì)。
4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述多個加速度計(jì)包括四個 加速度計(jì)。
5. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述部件包括截割工具。
6. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述部件包括截割工具的鉆桿。
7. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述變送器通過安裝裝置被 連接到所述部件。
8. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述部件包括焦炭塔。
9. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述部件包括流體管道。
10. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述部件包括流體泵。
11. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述部件包括貯液器。
12. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述物理特性是從由振動、 溫度、壓力和聲音組成的組中選擇的。
13. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，用于修改所述輸出信號的 所述指令包括用于執(zhí)行快速傅立葉變換的指令。
14. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述操作狀態(tài)包括正被除 焦的焦炭塔內(nèi)部的截割工具的狀態(tài)。
15. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述操作狀態(tài)包括截割工 具的狀態(tài)，所述狀態(tài)是從由截割、鉆孔和斜坡組成的組中選擇的。
16. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述操作狀態(tài)包括在焦化 操作期間正被填充到焦炭塔內(nèi)的焦炭的水平。
17. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述操作狀態(tài)包括在焦化 操作期間正被填充到焦炭塔內(nèi)的泡沫的水平。
18. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，用于修改所述輸出信號的 所述指令包括經(jīng)過快速傅立葉變換運(yùn)行所述輸出信號，以形成快速傅 立葉變換指紋。
19. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述顯示器進(jìn)一步輸出操 作歷史記錄。
20. —種用于在延遲焦化器單元操作中監(jiān)控截割工具的裝置，包括至少一個振動傳感器，其被連接到延遲焦化器單元；以及 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其被連接到所述傳感器，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括能夠 翻譯從所述傳感器發(fā)送的信號的部件。
21. 如權(quán)利要求20所述的裝置，其中，所述至少一個振動傳感器 包括多個加速度計(jì)。
22. 如權(quán)利要求20所述的裝置，其中，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將所述信 號轉(zhuǎn)換為簽名頻率指紋。
23. 如權(quán)利要求20所述的裝置，其中，所述信號被傳輸?shù)接性粗?繼器，所述有源中繼器依序?qū)⑺鲂盘柊l(fā)送到作為所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的 一部分的網(wǎng)絡(luò)連接。
24. 如權(quán)利要求20所述的裝置，其中，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步包 括通過快速傅立葉變換將所述信號翻譯為出生證明的軟件。
25. —種用于在焦炭產(chǎn)生期間監(jiān)控焦炭塔內(nèi)所產(chǎn)生的材料的水平 的裝置，所述裝置包括至少一個振動傳感器，其被連接到延遲焦化器單元；以及 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其被連接到所述傳感器，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括能夠 翻譯從所述傳感器發(fā)送的信號的部件。
26. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述至少一個振動傳感器 包括多個加速度計(jì)。
27. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將所述信 號轉(zhuǎn)換為簽名頻率指紋。
28. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述信號被傳輸?shù)接性粗?繼器，所述有源中繼器依序?qū)⑺鲂盘柊l(fā)送到作為所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的 一部分的網(wǎng)絡(luò)連接。
29. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步包 括通過快速傅立葉變換將所述信號翻譯為簽名頻率指紋并且由此允許 用戶識別的軟件。
30. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述材料包括焦炭。
31. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述材料包括在生產(chǎn)焦炭 期間所產(chǎn)生的泡沫。
32. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述振動傳感器包括垂直 連接到所述塔的四個振動傳感器。
33. —種用于確定與延遲焦化塔操作的操作狀態(tài)有關(guān)的快速傅立 葉變換波形的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括傳感器，其被連接到延遲焦化塔系統(tǒng)內(nèi)的部件上，所述傳感器產(chǎn) 生表示所述部件的實(shí)時物理特性的數(shù)據(jù)； 信號發(fā)生器，其用于發(fā)送所述數(shù)據(jù)； 信號接收器，其用于接收所述數(shù)據(jù)；軟件，用于運(yùn)行將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有用波形的快速傅立葉變換； 中央處理單元，其通過評估所述波形來識別所述操作狀態(tài)；以及顯示器，其可操作地連接到所述軟件。
34. 如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述操作狀態(tài)包括鉆孔和 截割。
35. 如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述操作狀態(tài)包括焦炭塔內(nèi)的焦炭的填充水平。
36. 如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述操作狀態(tài)包括位于焦 炭塔內(nèi)的焦炭頂部的泡沫的填充水平。
37. —種用于確定與焦炭塔內(nèi)的截割工具的截割、鉆孔、和斜坡 模式有關(guān)的快速傅立葉變換波形的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括振動傳感器，其被連接到除焦系統(tǒng)的一部分，所述振動傳感器在 除焦期間產(chǎn)生數(shù)據(jù)；將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有用的波形的中央處理單元； 通過所述波形來識別所述截割工具的所述模式的中央處理單元；以及顯示器，其可操作地連接到所述中央處理單元，用于指示所述截 割工具的所述模式。
38. —種用于確定與在焦炭生產(chǎn)期間在焦炭塔內(nèi)所產(chǎn)生的材料 的水平有關(guān)的快速傅立葉變換波形的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括-振動傳感器，其被連接到除焦系統(tǒng)的一部分，所述振動傳感器在 焦化期間產(chǎn)生數(shù)據(jù)；將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有用的波形的中央處理單元；通過所述波形測量所述塔內(nèi)的所述材料的填充水平的中央處理單 元；以及顯示器，其可操作地連接到所述中央處理單元，用于指示所述填 充水平。
39. —種用于確定延遲焦化塔操作的操作狀態(tài)的方法，所述方法 包括-將變送器安裝在延遲焦化器單元操作中的位置處，用于提供與在 所述位置處的運(yùn)動相關(guān)的輸出信號； 處理所述輸出信號；以及通過所處理的輸出信號確定所述操作狀態(tài)。
40. 如權(quán)利要求39所述的方法，其中，所述確定包括確定截割工 具是正在鉆孔、截割、還是斜坡。
41. 如權(quán)利要求39所述的方法，其中，所述確定包括確定焦炭塔 內(nèi)的材料的不同填充水平。
42. 如權(quán)利要求39所述的方法，其中，所述處理包括通過快速傅 立葉變換運(yùn)行所述輸出信號。
全文摘要
公開了一種延遲除焦器單元操作期間用于監(jiān)控截割工具的狀態(tài)的系統(tǒng)、裝置和方法，以及用于在焦化過程期間遠(yuǎn)程地監(jiān)控塔內(nèi)的焦炭或者泡沫的水平的系統(tǒng)。一個或者多個傳感器或者加速度計(jì)被連接到延遲焦化單元操作的位置處，以讀取從各個加速度計(jì)被定位在其上的部件所發(fā)出的振動。振動數(shù)據(jù)被傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以提供延遲焦化單元操作的操作者可以觀察的有用信息。
文檔編號G06F19/00GK101611293SQ200680037542
公開日2009年12月23日 申請日期2006年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者喬治·夫凱拉斯, 安東尼·小利布, 弗雷德里克·博拉, 魯賓·F·拉赫 申請人:科蒂斯-賴特流體控制公司