专利名称：厌氧发酵罐体沼气贮量的测量方法及实现该方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量领域，具体涉及到可再生能源领域的一种测量技术及测量装置。
背景技术：
能源和环境问题已成为当今社会最突出的问题，2006年1月随着我国发布了《中华人民共和国可再生能源法》，人们开始最大限度的开展可再生能源的推广和应用，厌氧发酵是一种能将农牧业等废弃物变为能源并进行无害化处理的技术。因此，为了提高厌氧发酵系统的效率和稳定性，人们对厌氧发酵过程中的各类装置研究越来越多，厌氧发酵罐是厌氧发酵过程中生物质废物和沼气的重要储存容器，由于所存储沼气的经济价值高，实现对其容积的精确计量，显得尤为重要。目前罐体容量的测量方法有容量比较法、光学垂准线法和光学参比线法等测量方法，测量效率比较低，并且是接触式测量，劳动强度比较大，只能做粗略的参考，误差较大，现场工作人员工作量较大，同时在工作中存在安全隐患。

发明内容
本发明为了解决现有厌氧发酵罐容积测量方法中存在的测量效率低、测量准确性差的问题，设计了一种厌氧发酵罐体沼气贮量的测量方法及实现该方法的装置。本发明所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量方法的过程为通过压力变送器监测厌氧发酵罐内的压力值，同时通过料位传感器监测厌氧发酵罐内的发酵沼液的料位高度；采用拉线料位计监测贮气膜的圆弧；根据同一时刻测量获得的上述各参数计算获得厌氧发酵罐内沼气贮量的过程为首先，根据测量获得的测贮气膜的圆弧，以及厌氧发酵罐的罐体内径、罐体内高度和罐体内料位高度计算获得厌氧发酵罐内的气体容积；然后，再根据获得的气体容积和厌氧发酵罐内的压力值，计算获得厌氧发酵罐内的沼气含量。上述方法，是通过测量贮气膜的圆弧，获得可以实时测量获得贮气膜内沼气含量。 在测量过程中，可以根据实时测量获得的贮气膜的中心高度的变化获得贮气膜内沼气的增加或减少的状况。实现上述测方法的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量装置包括厌氧发酵罐罐体、控制器和数据采集单元组成，所述数据采集单元包括压力测量装置、压力液位计和拉线料位计， 所述罐体的顶部密封固定有沼气贮气膜，所述贮气膜与罐体之间设置有与该贮气膜形状相同的保护网，在该保护网和贮气膜之间设置有拉线料位计的拉线，所述拉线料位计用于测量贮气膜的圆弧，并将测量获得的圆弧信息发送给控制器；压力测量装置用于测量罐体内的压力，并将测量获得的压力信息发送给控制器；压力液位计用于测量罐体内发酵沼液的液面高度，并将测量获得的液位信息发送给控制器；所述控制器用于根据同一时刻接收到的圆弧信息、压力信息和液面高度信息计算获得沼气贮量信息。本发明是基于压力变化及贮气膜圆弧变化来计算发酵罐体内容积的自动测量方
4法，以实现沼气发酵罐内的沼气容积的快速测量，进而能够实现厌氧发酵过程中沼气的总产量的计量。本发明所述的测量方法的测量过程中无需人工干预测量，能够实现厌氧发酵工程中的沼气贮量容积自动测量，进而实现厌氧发酵罐内沼气容积变化情况的监测。采用本发明所述的测量方法能够在实际工作中，根据厌氧发酵罐内产气量的大小，实时控制发酵罐内生物质能源的发酵速度。本发明所述的测量方法和测量装置，尤其适用于工厂化高温厌氧发酵沼气工程中沼气容积的测量处理。


图1是本发明所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量装置中的各个传感器在厌氧发酵罐上的位置示意图。
图2是本发明所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量装置的原理框图。
具体实施例方式具体实施方式
一、本实施方式所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量方法的过程为通过压力变送器监测厌氧发酵罐内的压力值，同时通过料位传感器监测厌氧发酵罐内的发酵沼液的料位高度；采用拉线料位计监测贮气膜的圆弧；根据同一时刻测量获得的上述各参数计算获得厌氧发酵罐内沼气贮量的过程为首先，根据测量获得的测贮气膜的圆弧，以及厌氧发酵罐的罐体内径、罐体内高度和罐体内料位高度计算获得厌氧发酵罐内的气体容积；然后，再根据获得的气体容积和厌氧发酵罐内的压力值，计算获得厌氧发酵罐内的沼气含量。上述方法，是通过测量贮气膜的圆弧，获得可以实时测量获得贮气膜内沼气含量。 在测量过程中，可以根据实时测量获得的贮气膜的中心高度的变化获得贮气膜内沼气的增加或减少的状况。
具体实施方式
二、本实施方式是对具体实施方式
一所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量方法的进一步限定，本实施方式中，根据测量获得的测贮气膜的圆弧，以及厌氧发酵罐的罐体内径、罐体内高度和罐体内料位高度计算获得厌氧发酵罐内的气体容积的过程为首先，根据测量获得的贮气膜的圆弧以及罐体的直径计算该圆弧与灌顶所形成的球壳空间的体积大小，进而获得贮气膜内总的贮气容积值；然后，根据罐体的直径、罐体内高度和罐体内料位高度计算获得罐体内的贮气容积值； 最后，将上述两个贮气容积值相加之后，获得厌氧发酵罐内的气体容积。贮气膜是以厌氧发酵罐的灌顶为底的球壳形状，在已知的罐体设计直径R的情况下，根据测量获得的贮气膜的圆弧计算该圆弧与灌顶所形成的球壳空间的体积大小，进而获得贮气膜内总的贮气容积值。根据测量上述参数时刻所对应的罐内压力值，同1个大气压下容积含气量进行对比，既可换算贮气膜内总沼气的含量。
具体实施方式
三、本实施方式是一种实现具体实施方式
一所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量方法的测量装置，该测量装置包括厌氧发酵罐罐体12、控制器2和数据采集单元3组成，所述数据采集单元3包括压力测量装置、压力液位计9和拉线料位计17，所述罐体12的顶部密封固定有沼气贮气膜14，所述贮气膜14与罐体12之间设置有与该贮气膜 14形状相同的保护网16，在该保护网16和贮气膜14之间设置有拉线料位计17的拉线，所述拉线料位计17用于测量贮气膜14的圆弧，并将测量获得的圆弧信息发送给控制器2 ；压力测量装置用于测量罐体12内的压力，并将测量获得的压力信息发送给控制器2 ；压力液位计9用于测量罐体内发酵沼液的液面高度，并将测量获得的液位信息发送给控制器2 ；所述控制器2用于根据同一时刻接收到的圆弧信息、压力信息和液面高度信息计算获得沼气贮量信息。本实施方式采用拉线料位计17测量贮气膜的圆弧，所述拉线料位计17的拉线的两个固定点位于贮气膜与罐体衔接处的罐体的一个直径的两端。其工作原理是当贮气膜的高度发生变化时，拉线的长度同时发生变化，通过测量获得拉线长度获得贮气膜圆弧的大小，在根据已知的罐体设计直径R，可计算获得贮气膜所形成的球壳形部分的高度h，通过公式可计算出贮气膜总的气体容积值。本实施方式中的拉线料位计17可以采用塞勒斯科(CELESCO) pt9420型位移传感器。本实施方式中采用压力液位计9测量罐体内发酵沼液高度信息，所述压力液位计 9安装于罐体底部。本实施方式中的压力料位计的量程标定为0 12m。所述压力液位计9位于罐体12内的灌底，用于测量罐体12内发酵沼液的液面高度。
具体实施方式
四、本实施方式是对具体实施方式
二所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量装置的进一步说明。本实施方式中，所述控制器2用于根据同一时刻接收到的圆弧信息、压力信息和液面高度信息计算获得沼气贮量信息的过程为首先，根据接收到的圆弧信息、液面高度信息以及厌氧发酵罐的罐体内径、罐体内高度计算获得厌氧发酵罐内的气体容积；然后，根据获得的气体容积和接收到的压力值计算获得厌氧发酵罐内的沼气含量。
具体实施方式
五、本实施方式是对具体实施方式
三所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量装置的进一步说明。本实施方式所述的测量装置还包括温度测量装置，该温度测量装置用于测量罐体12内的温度，并将测量获得的温度信息发送给控制器2 ；温度测量的功能是及时得到罐体内的发酵温度，通过得到的温度信号控制发酵罐保温入口的阀体开关程度和电机的转速，实现发酵罐内的温度平衡，如温度过低，将加大外部保温单元的流速和阀体的开度。
具体实施方式
六、本实施方式与具体实施方式
五所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量装置的区别在于，所述温度测量装置采用两个温度变送器5、7实现，所述两个温度变送器5、7分别固定在罐体内的下部和上部。本实施方式采用两个温度变送器5、7实现温度测量，提高温度测量精度。本实施方式中的两个温度变送器5、7，一个位于罐体内的中间与灌底之间，另一个位于罐体内的中间与顶部之间，在计算过程中，将两个温度变送器5、7的温度的平均值作为罐内的实际温度，进而提高测量精度。
具体实施方式
七、本实施方式与具体实施方式
六所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量装置的区别在于，所述罐体12包括保温入口 6和保温出口 8，其中保温出口 8位于接近罐底处，所述保温入口 6位于罐体12中部，所述两个温度变送器5、7中的一个位于保温入口与灌顶之间，另一个温度变送器位于保温出口和保温入口之间。所述保温入口 6和保温出口 8位于罐体的同一侧，用于实现保温物质的进出，实现发酵罐内的温度平衡。在罐体内部温度无法达到发酵需求时，通过控制保温入口 6和保温出口 8的开度，实现调整罐体内部温度的作用。
具体实施方式
八、本实施方式与具体实施方式
一至七任一实施方式所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量装置的区别在于，所述压力测量装置采用两个压力变送器4、13实现，所述两个压力变送器4、13均位于灌顶与贮气膜相交的圆周上，并且所述两个压力变送器4、13相差180°。本实施方式采用两个压力变送器4、13实现压力的测量，在计算过程中，将两个压力变送器4、13获得的压力信号的平均值作为罐内压力的实际值，进而提高测量精度。本实施方式中的压力测量装置安装于发酵罐体顶部，量积标定为0 38mm水柱。 本实施方式中的压力测量装置用于实时监测罐体内气体压力值。控制器还能够根据该压力值的变化情况控制发酵罐体内发酵的速度和发电机的发电效率，例如当罐体内压力过大时，可提高发电机的发电效率，或控制火炬进行多余沼气燃烧。进而起到保护贮气膜的作用。
具体实施方式
九、本实施方式与具体实施方式
一至八任一实施方式所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量装置的区别在于，所述罐体12包括发酵物入口 10和发酵物出口 11， 所述发酵物入口 10位于接近罐底处，发酵物出口 11位于该发酵物入口 10的上方。所述发酵物入口 10和发酵物出口 11分别用于实现发酵料液的进出。
具体实施方式
十、本实施方式与具体实施方式
一至九任一实施方式所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量装置的区别在于，控制器2采用可编程控制器PLC实现。
具体实施方式
十一、本实施方式与具体实施方式
一至十任一实施方式所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量装置的区别在于，该测量装置还包括工控机1，所述工控机1通过串行通信接口与控制器2相连接。 本实施方式增加了工控机1，控制器2可以通过串行通信端口与工控机1进行数据交换，实现罐内压力变化及各测量点数据的显示，并通过人机界面显示罐内各个参数，例如压力信息、料位信息、贮气膜圆弧信息、沼气体积信息等。还可以根据连续测量获得的上述各个信息绘制参数变化曲线等等。本实施方式中的工控机1内可以安装上层控制系统WinCC，控制器2与该上层控制系统WinCC的界面之间进行数据交换。所述“上层控制系统WinCC”是一种西门子有限公司开发的工业自动化控制软件，用于编制人机界面、控制系统的流程及各控制点的显示和数据采集等功能。本发明不局限于上述个实施方式所述技术方案，还可以是上述个实施方式所述技术特征的合理组合。
权利要求
1.厌氧发酵罐体沼气贮量的测量方法，其特征在于，该测量方法的过程为通过压力变送器监测厌氧发酵罐内的压力值，同时通过料位传感器监测厌氧发酵罐内的发酵沼液的料位高度；采用拉线料位计监测贮气膜的圆弧；根据同一时刻测量获得的上述各参数计算获得厌氧发酵罐体沼气贮量的过程为首先，根据测量获得的测贮气膜的圆弧，以及厌氧发酵罐的罐体内径、罐体内高度和罐体内料位高度计算获得厌氧发酵罐内的气体容积；然后，再根据获得的气体容积和厌氧发酵罐内的压力值，计算获得厌氧发酵罐内的沼气含量。
2.根据权利要求1所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量方法，其特征在于，所述根据测量获得的测贮气膜的圆弧，以及厌氧发酵罐的罐体内径、罐体内高度和罐体内料位高度计算获得厌氧发酵罐内的气体容积的过程为首先，根据测量获得的贮气膜的圆弧以及罐体的直径计算该圆弧与灌顶所形成的球壳空间的体积大小，进而获得C气膜内总的贮气容积值；然后，根据罐体的直径、罐体内高度和罐体内料位高度计算获得罐体内的贮气容积值；最后，将上述两个贮气容积值相加之后，获得厌氧发酵罐内的气体容积。贮气膜是以厌氧发酵罐的灌顶为底的球壳形状，在已知的罐体设计直径的情况下，根据测量获得的贮气膜的圆弧计算该圆弧与灌顶所形成的球壳空间的体积大小，进而获得贮气膜内总的贮气容积值。
3.实现权利要求1所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量方法的测量装置，其特征在于，该测量装置包括厌氧发酵罐罐体(12)、控制器(2)和数据采集单元(3)组成，所述数据采集单元⑶包括压力测量装置、压力液位计(9)和拉线料位计(17)，所述罐体(12)的顶部密封固定有沼气贮气膜(14)，所述贮气膜(14)与罐体(12)之间设置有与该贮气膜(14) 形状相同的保护网(16)，在该保护网(16)和贮气膜(14)之间设置有拉线料位计(17)的拉线，所述拉线料位计(17)用于测量贮气膜(14)的圆弧，并将测量获得的圆弧信息发送给控制器(2)；压力测量装置用于测量罐体(12)内的压力，并将测量获得的压力信息发送给控制器(2)；压力液位计(9)用于测量罐体内发酵沼液的液面高度，并将测量获得的液位信息发送给控制器(2)；所述控制器(2)用于根据同一时刻接收到的圆弧信息、压力信息和液面高度信息计算获得沼气贮量信息。
4.根据权利要求3所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量装置，其特征在于，所述拉线料位计(17)的拉线的两个固定点位于贮气膜与罐体衔接处的罐体的一个直径的两端。
5.根据权利要求3所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量装置，其特征在于，所述控制器(2)用于根据同一时刻接收到的圆弧信息、压力信息和液面高度信息计算获得沼气贮量信息的过程为首先，根据接收到的圆弧信息、液面高度信息以及厌氧发酵罐的罐体内径、 罐体内高度计算获得厌氧发酵罐内的气体容积；然后，根据获得的气体容积和接收到的压力值计算获得厌氧发酵罐内的沼气含量。
6.根据权利要求3、4或5所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量装置，其特征在于，所述压力测量装置采用两个压力变送器(4、13)实现，所述两个压力变送器(4、13)均位于灌顶与贮气膜相交的圆周上，并且所述两个压力变送器(4、13)相差180°。
7.根据权利要求3、4或5所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量装置，其特征在于，所述罐体(12)包括发酵物入口(10)和发酵物出口(11)，所述发酵物入口(10)位于接近罐底处，发酵物出口(11)位于该发酵物入口(10)的上方。
8.根据权利要求3、4或5所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量装置，其特征在于，控制器(2)采用可编程控制器PLC实现。
9.根据权利要求3、4或5所述的厌氧发酵罐体沼气贮量的测量装置，其特征在于，该测量装置还包括工控机(1)，所述工控机(1)通过串行通信接口与控制器(2)相连接。
全文摘要
厌氧发酵罐体沼气贮量的测量方法及实现该方法的装置，涉及测量领域，具体涉及到可再生能源领域的一种测量技术及测量装置。本发明解决了现有厌氧发酵罐容积测量方法中存在的测量效率低、测量准确性差的问题。所述测量方法是根据同一时刻测量获得的罐内压力、发酵沼液的料位高度、贮气膜的圆弧、以及罐体直径和高度计算获得罐内气体容积；进而获得罐体内的沼气含量。所述测量装置采用拉线料位计测量罐体顶部的贮气膜的圆弧信息，采用压力测量装置测量罐体内的压力，采用压力液位计测量罐体内发酵沼液的液面高度，控制器通过采集上述传感器的测量信息，并计算获得罐内沼气贮量信息。本发明适用于工厂化高温厌氧发酵沼气工程中沼气容积的测量处理。
文档编号G01F22/02GK102155966SQ20111007850
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月30日 优先权日2011年3月30日
发明者徐晓秋, 李北城, 潘志魁, 赵孝文 申请人:黑龙江省科学院科技孵化中心