几种常用油水界面仪.pdf

1、 收 稿 日 期 :2006208210 ;修 改 稿 收 到 日 期 :2006210220作 者 简 介 :陈 勇 智 (1972 - ) ,男 ,四 川 广 安 人 ,西 南 石 油 大 学 在读 硕 士 ,曾 在 一 线 采 油 厂 从 事 仪 表 工 作 近 10 年 ,具 有 较 丰 富 的 工作 经 验 。几 种 常 用 油 水 界 面 仪陈 勇 智 1 ,杜 晓 冬 2 ,曾 庆 刚 3(11 西 南 石 油 大 学 ,四 川 成 都 610500 ;21 华 北 石 油 公 司 采 油 二 厂 ,河 北 霸 州 065703 ;31 南 充 炼 油 厂 ,四 川 南 充 63

2、7001)摘 要 :在 油 田 生 产 日 益 现 代 化 的 今 天 ,自 动 化 的 原 油 处 理 过 程 已 经 成 为 成 品 油 质 量 的 保 证 ,油 水 界 面 仪 的 性 能 好 坏 从 根 本上 影 响 着 原 油 处 理 的 几 个 关 键 问 题 :原 油 的 含 水 率 、 能 耗 、 污 水 排 放 指 标 等 。 主 要 就 华 北 油 田 常 用 的 几 种 油 水 界 面 仪 的 工 作 原理 、 使 用 情 况 、 常 见 故 障 做 了 比 较 ,并 从 工 作 实 际 对 未 来 界 面 仪 的 发 展 阐 述 了 一 定 的 观 点 。关 键 词 :

3、油 水 界 面 仪 ;监 测 ;性 能 ;使 用 ;故 障中 图 分 类 号 : T H816 文 献 标 识 码 :B 文 章 编 号 :100727324 (2007) 01200652021 油 水 界 面 仪 的 使 用 情 况在 油 田 生 产 中 ,油 水 分 离 是 原 油 加 工 中 极 为 重要 的 环 节 。 而 从 原 油 进 入 联 合 站 以 后 ,要 经 过 诸 如沉 降 、 电 脱 等 处 理 过 程 ,油 水 界 面 控 制 是 分 离 效 果的 关 键 。 现 在 各 油 田 普 遍 使 用 专 门 的 油 水 界 面 仪来 监 控 处 理 过 程 ,达 到

4、自 动 化 控 制 的 目 的 。 由 于 目前 油 水 界 面 仪 的 种 类 较 多 ,性 能 差 异 比 较 大 ,现 结合 华 北 油 田 的 实 际 情 况 ,具 体 分 析 界 面 仪 的 使 用 。首 先 大 致 介 绍 一 下 油 田 生 产 的 基 本 工 艺 流 程 。当 原 油 开 采 出 来 后 ,先 送 到 采 油 计 量 站 进 行 计 量 ,再 进 入 联 合 站 。 在 联 合 站 ,经 过 计 量 、 加 热 ,然 后 将原 油 送 至 一 级 沉 降 罐 (在 一 级 沉 降 罐 内 原 油 常 年 保持 在 60 左 右 ) ,经 过 沉 降 分 离 后

5、送 至 中 间 罐 ,经过 脱 水 泵 脱 水 ,再 经 过 二 次 加 热 进 入 二 级 沉 降 罐(在 二 级 沉 降 罐 内 原 油 常 年 保 持 在 80 左 右 ) ,分离 后 的 原 油 进 入 电 脱 水 器 进 行 最 后 的 处 理 ,达 到 含水 率 标 准 ( 0. 5 %)后 ,最 后 送 到 成 品 油 储 罐 。 在整 个 过 程 中 ,都 需 要 进 行 油 水 界 面 的 测 量 。 而 油 水界 面 的 准 确 监 测 对 油 品 的 含 水 率 、 污 水 回 收 及 处 理成 本 都 是 极 为 关 键 的 。2 界 面 仪 的 工 作 原 理根 据

6、界 面 仪 的 测 量 原 理 的 不 同 ,大 致 可 以 将 界面 仪 分 为 :磁 性 、 射 频 导 纳 式 、 短 波 吸 收 式 、 电 容 式 、伺 服 式 等 几 种 。其 中 磁 性 界 面 仪 又 分 为 :干 簧 管 式 磁 控 界 面仪 、 磁 致 伸 缩 式 界 面 仪 等 形 式 。211 干 簧 管 式 磁 控 界 面 仪该 类 型 的 界 面 仪 在 油 田 使 用 得 较 早 ,现 在 出 现的 问 题 较 多 。 其 测 量 原 理 极 为 简 单 ,将 一 根 由 干 簧管 和 电 阻 组 成 的 电 路 板 (长 度 由 被 测 介 质 高 度 决定 )

7、 ,放 入 一 根 不 锈 钢 管 中 ,随 着 套 于 钢 管 外 的 磁 浮子 随 液 面 的 移 动 ,磁 力 就 将 相 应 的 干 簧 管 吸 合 ,使得 电 路 板 输 出 端 的 电 阻 值 也 产 生 相 应 的 变 化 ,根 据被 测 原 油 的 密 度 不 同 ,适 当 匹 配 相 对 密 度 不 同 的 磁浮 子 ,就 可 以 测 出 液 位 和 界 面 。212 磁 致 伸 缩 式 界 面 仪一 根 硬 管 或 柔 性 管 从 罐 顶 通 到 底 部 ,带 磁 钢 的浮 子 沿 波 导 管 随 液 面 上 下 移 动 。 测 量 时 ,电 流 脉 冲在 磁 浮 子 所

8、在 位 置 导 管 内 的 波 导 管 上 激 发 出 一 个应 力 脉 冲 ,沿 波 导 管 以 声 速 传 播 到 顶 部 电 子 盒 中 的测 量 部 ,被 转 换 成 电 脉 冲 。 根 据 应 力 脉 冲 的 传 播 时间 可 以 测 定 出 液 面 位 置 。 如 果 有 第 2 个 浮 子 ,适 当选 择 相 对 密 度 ,使 其 浮 在 油 2水 界 面 上 ,则 同 时 能 测出 油 2水 界 面 位 置 。 其 结 构 如 图 1 所 示 。213 短 波 油 水 界 面 监 测 仪该 仪 表 是 基 于 介 质 对 短 波 吸 收 的 理 论 ,将 电 能以 电 磁 波

9、的 形 式 辐 射 到 以 乳 化 液 状 态 存 在 的 油 水介 质 中 ,依 据 油 水 吸 收 电 能 的 差 异 来 检 测 两 种 介 质的 含 量 。 油 的 介 电 常 数 约 为 2. 3 ,而 水 的 介 电 常 数约 为 80 ,两 者 之 间 相 差 极 大 。 通 过 对 油 水 含 量 的测 量 ,来 检 测 油 水 界 面 。214 电 容 式 油 水 界 面 仪电 容 式 界 面 仪 利 用 油 水 两 种 介 质 的 导 电 性 能的 不 同 ,使 电 容 与 水 的 高 度 成 线 性 关 系 ,达 到 监 测油 水 界 面 的 目 的 。 现 在 多 以

10、射 频 导 纳 式 来 替 代 传统 的 电 容 式 界 面 仪 。仪 器 仪 表 与 应 用 石 油 化 工 自 动 化 , 2007 , 1 65AU TOMA TION IN PETRO2CH EMICAL INDUSTR Y图 1 磁 致 伸 缩 界 面 仪 结 构215 射 频 导 纳 式 界 面 仪射 频 导 纳 式 界 面 仪 采 用 的 是 利 用 高 频 电 流 测量 探 头 与 容 器 两 个 极 板 之 间 的 电 容 值 来 计 算 出 液位 ,它 是 在 传 统 电 容 式 物 位 计 的 基 础 上 进 行 了 改进 ,增 加 了 探 头 根 部 抗 黏 附 、 抗

11、 冷 凝 的 功 能 。 射 频导 纳 式 液 位 计 所 测 量 出 的 电 容 量 C为C = ( S/ D) (1)式 中 电 容 两 极 板 间 介 质 的 介 电 常 数 ;S 极 板 面 积 ;D 极 板 间 距 离 。由 式 (1)可 知 ,介 质 介 电 常 数 的 变 化 是 影 响 测量 的 关 键 。除 了 上 述 的 仪 表 外 ,还 有 利 用 浮 力 平 衡 原 理 的伺 服 式 界 面 仪 ,利 用 油 水 介 质 折 射 率 不 同 而 研 制 的光 纤 式 界 面 仪 。3 使 用 情 况 及 故 障 简 析在 油 水 界 面 仪 的 使 用 过 程 中 ,接

12、 触 的 介 质 多 为处 于 55 80 之 间 的 油 水 混 合 物 ,尤 其 在 一 级 分离 的 时 候 ,混 合 物 中 还 夹 杂 着 大 量 的 泥 沙 等 物 ,会导 致 测 量 仪 器 的 外 部 器 件 结 垢 严 重 ,使 得 诸 如 磁 浮子 等 部 件 由 于 导 管 的 结 垢 不 能 自 如 的 随 界 面 的 移动 而 产 生 误 差 。 同 时 由 于 原 油 的 黏 附 性 ,也 会 使 得短 波 、 射 频 等 界 面 仪 的 探 头 外 形 成 油 膜 不 能 准 确 地测 量 出 结 果 。在 实 际 的 生 产 过 程 中 ,由 于 工 作 状 况

13、 的 复 杂性 ,全 部 生 产 流 程 选 用 一 种 仪 表 并 不 能 很 好 地 达 到控 制 的 目 的 ,例 如 一 级 分 离 器 内 加 热 盘 管 密 集 ,罐的 本 身 直 径 不 大 ,进 出 分 离 器 的 液 体 量 多 ,液 位 波动 大 ,安 装 带 有 浮 子 的 界 面 仪 就 面 临 浮 子 波 动 大 、安 装 空 间 狭 窄 、 外 部 导 管 易 结 垢 等 问 题 ,所 以 需 要选 用 符 合 工 况 的 界 面 仪 。现 就 采 油 厂 使 用 较 多 的 几 种 油 水 界 面 仪 作 一个 简 单 的 对 比 ,如 表 1 所 列 。在 所

14、有 的 用 来 监 控 储 油 罐 的 界 面 仪 中 ,干 簧 管式 磁 控 界 面 仪 由 于 测 量 精 度 较 低 ,故 障 率 高 ,电 路器 件 易 损 坏 等 缺 点 ,已 经 面 临 被 逐 渐 淘 汰 。 虽 然 油田 大 量 地 使 用 该 界 面 仪 ,但 是 作 为 每 班 的 交 接 ,一般 还 是 使 用 卷 尺 来 当 作 标 准 。 磁 致 伸 缩 界 面 仪 和射 频 导 纳 界 面 仪 作 为 储 罐 监 控 基 本 上 能 够 满 足 要求 。表 1 几 种 油 水 界 面 仪 的 比 较界 面 仪 主 要 使 用 地 点 主 要 故 障 表 现 及 分

15、析干 簧 管 式 磁 控 储 油 罐 干 簧 管 磁 化 ,外 部 导 管结 垢 ,浮 球 卡磁 致 伸 缩 式 储 油 罐 使 用 情 况 较 好射 频 导 纳 式 储 油 罐 、 分 离 器 测 量 时 常 误 差 较 大 ,标定 困 难短 波 界 分 离 器 、 电 脱 水 器 性 能 不 稳 定 ,易 出 现 过度 灵 敏 和 迟 滞 现 象由 于 分 离 器 本 身 的 结 构 复 杂 ,施 工 难 度 大 ,液位 波 动 大 ,杂 质 含 量 高 等 特 点 ,利 用 浮 球 做 外 部 测量 的 仪 表 很 难 达 到 控 制 目 的 。 短 波 界 面 仪 因 其 便于 在 线

16、 插 拔 ,结 构 简 单 等 优 点 更 加 适 合 分 离 器 的 使用 。 但 是 现 阶 段 的 短 波 界 面 仪 ,由 于 标 定 和 使 用 中容 易 出 现 过 度 灵 敏 和 迟 滞 ,生 产 状 况 下 调 试 精 度 不高 ,阻 碍 了 界 面 仪 的 使 用 。此 外 油 水 界 面 仪 的 安 装 位 置 对 测 量 的 结 果 影响 也 是 比 较 大 的 。华 北 油 田 的 分 离 器 油 水 监 测 仪 表 一 般 选 用 短波 界 面 仪 ,安 装 的 位 置 一 般 位 于 罐 的 三 分 之 二 处 ,基 本 上 也 就 是 油 水 乳 化 层 的 位

17、置 ,这 样 油 被 放 掉 的可 能 性 会 比 较 小 些 。 仪 表 出 故 障 时 也 有 充 足 的 时间 来 处 理 。 而 在 电 脱 水 器 上 的 短 波 界 面 仪 安 装 的位 置 相 对 要 低 得 多 ,安 装 在 五 分 之 一 到 三 分 之 一处 ,有 利 于 原 油 含 水 率 的 稳 定 。4 发 展 前 景随 着 自 动 化 程 度 的 提 高 ,自 动 化 站 ,无 人 职 守站 的 出 现 ,智 能 化 仪 表 成 为 发 展 的 主 要 方 向 。 相 对而 言 发 展 较 为 落 后 的 界 面 监 控 仪 ,更 由 于 它 在 原 油生 产 中 的 重 要 性 得 到 重 视 。 首 先 ,现 场 极 为 需 要 测量 精 度 高 ,抗 干 扰 能 力 强 的 仪 表 ,尤 其 在 分 离 器 油水 界 面 监 测 方 面 ,现 有 的 仪 表 均 不 够 理 想 ,都 有 较大 的 缺 憾 。 其 次 ,在 控 制 系 统 日 益 完 善 ,自 动 化 程度 越 来 越 高 的 今 天 ,具 有 远 程 通 信 能 力 ,可 以 与DCS 和 总 线 技 术 适 配 的 油 水 界 面 仪 将 成 为 发 展 的主 要 方 向 。66 石 油 化 工 自 动 化 2007 年