射頻原油含水監(jiān)控系統(tǒng)在原油交接計(jì)量站的應(yīng)用

賈煒鑌 王秀影 李永紅

華北油田公司 第三采油廠 （河北 河間 062450）

射頻原油含水監(jiān)控系統(tǒng)在原油交接計(jì)量站的應(yīng)用

賈煒鑌 王秀影 李永紅

華北油田公司 第三采油廠 （河北 河間 062450）

為了解決饒任輸油線原油交接計(jì)量中含水超標(biāo)控制的問題，華北油田公司第三采油廠在原油交接計(jì)量站應(yīng)用射頻原油含水監(jiān)控系統(tǒng)，對原油含水變化進(jìn)行在線連續(xù)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)原油含水超標(biāo)報警，做到含水超標(biāo)發(fā)現(xiàn)早，控制早，避免了原油交接中的計(jì)量糾紛。

原油含水 監(jiān)控系統(tǒng) 射頻含水分析儀

華北油田冀中原油流向工程投產(chǎn)以后，第三采油廠管轄段從饒陽站到任一聯(lián)的輸油管道共有9個原油交接口，在原油交接計(jì)量過程中，含水率的變化難以及時發(fā)現(xiàn)，饒任輸油管線沿途沒有脫水設(shè)備，含水油一旦進(jìn)入管線就不可能再進(jìn)行脫水處理，輸油中含水超標(biāo)后無法再進(jìn)行控制，原油含水超標(biāo)直接影響著與采油一廠、中石化徐州管道局河間首站的正常原油計(jì)量交接，存在著計(jì)量交接糾紛隱患，且可能最終造成華北石化和石家莊煉油廠的煉油沖塔事故。為了解決饒任輸油線原油交接計(jì)量中含水超標(biāo)控制的問題，技術(shù)人員進(jìn)行廣泛調(diào)研，對現(xiàn)有原油含水分析技術(shù)及兄弟油田一些原油含水監(jiān)控設(shè)備應(yīng)用進(jìn)行情況進(jìn)行對比總結(jié)，認(rèn)為采用SH型射頻含水分析儀最為可行。 2008年上半年在楚一聯(lián)、饒陽站、路70站、王四聯(lián)、寧一聯(lián)、穩(wěn)定站6個原油交接口進(jìn)行安裝調(diào)試，8月份全部投產(chǎn)運(yùn)行。6套含水分析儀投產(chǎn)以后，解決了饒任輸油管線原油含水監(jiān)控問題，杜絕了在任一聯(lián)、河間首站原油交接中含水超標(biāo)現(xiàn)象，消除了原油交接計(jì)量糾紛隱患。

SH射頻含水分析儀結(jié)構(gòu)組成及工作原理

1 SHG-6x型射頻含水分析儀結(jié)構(gòu)

SHG-6x型射頻含水儀主要由測量傳感器、一次儀表、二次儀表、擦除控制器、電腦軟件等組成。測量傳感器用來感知被測介質(zhì)信號；一次表接收傳感器的信號并傳送給二次表；二次表部分由中央處理單元組成，負(fù)責(zé)接收處理一次表的信號，并將信號顯示和輸出到電腦；電腦及配套軟件負(fù)責(zé)存儲測量數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、形成報表、含水超標(biāo)報警；擦除控制器用來清除傳感器上結(jié)垢、結(jié)蠟所產(chǎn)生的臟物，保證連續(xù)測量精度。

2 SHG-6x型射頻含水分析儀工作原理

根據(jù)電磁波的物理特性。電磁波在通過介質(zhì)時，或多或少地被介質(zhì)所吸收，不同頻率的電磁波在通過同一介質(zhì)或同一頻率的電磁波通過不同介質(zhì)時，介質(zhì)所吸收的電磁波能量是不同的，吸收多少服從郎伯-貝爾定律，如圖1所示。

式中 I—穿透能量（Hz）；

I0—入射能量（Hz）；

μ—吸收系數(shù) (L/mol)；

C—介質(zhì)濃度(%)；

L—介質(zhì)厚度(cm)。

將式（1）導(dǎo)成如下形式：

對于混合介質(zhì)，則有：

式中 μ1C1l1和μ2C2l2分別代表著兩種不同物質(zhì)的吸收系數(shù)、介質(zhì)濃度及介質(zhì)厚度。當(dāng)含水分析儀檢測油水時，則兩種物質(zhì)分別為水和油。含水分析儀發(fā)射電磁波時，油對這個頻率的電磁波的能量的吸收系數(shù)μ2很小，這里將其近似為零，則（式 3）變?yōu)椋?/p>

由于發(fā)射穩(wěn)頻恒幅的電磁波，使水的吸收系數(shù)保持不變。所以當(dāng)含水儀傳感器探頭尺寸一定，則l1確定。傳感器探頭安裝在油中，電磁波穿透能量I被接收體吸收，這個能量隨介質(zhì)的變化量很小，可以近似為恒定值，這樣從（式4）可知傳感器探頭發(fā)射功率I0只隨介質(zhì)濃度C1（在這里為水）的變化而變化。發(fā)射功率的變化將引起發(fā)射器內(nèi)振蕩源電流值的變化，含水儀將這個變化電流處理后，輸出標(biāo)準(zhǔn)的含水信號。由于傳感器探頭發(fā)射的是短波頻率,因此，它具有很強(qiáng)的穿透能力，可以獲得精確的信號。

3 技術(shù)特性

含水測量范圍：高含水 0.00～99.99%；低含水0.00～3%

含水測量精度：高含水精度±1%；低含水精度±0.1%

適應(yīng)介質(zhì)溫度：＋20～＋90℃

含水儀防爆形式：廠用本質(zhì)安全型

使用環(huán)境溫度：－40℃～＋60℃

使用環(huán)境相對濕度：10%～90%RH；

含水儀防爆形式：廠用本質(zhì)安全型

擦除控制器防爆標(biāo)志：Ex dIIBT4

4 軟件及其功能

計(jì)算機(jī)啟動后，系統(tǒng)可進(jìn)行原油流量、含水實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)控；計(jì)量數(shù)據(jù)存儲；原油計(jì)量日報、月報及年報形成；歷史數(shù)據(jù)查詢；含水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定及超標(biāo)報警等。

（1）原油流量、含水實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)控界面（圖2）

點(diǎn)擊屏幕左下角的按鈕，可以控制實(shí)時數(shù)據(jù)采集的“運(yùn)行”/“暫?！保豢梢苑謩e修改含水、流量坐標(biāo)的上限；可以上下移動含水或流量的曲線?？梢赃M(jìn)行歷史趨勢查詢，設(shè)定查詢的起始時間（如圖3）。

圖2 原油流量、含水實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)控監(jiān)控界面

圖3 設(shè)定查詢的起始時間

輸入相應(yīng)的數(shù)字，修改時間參數(shù)，然后點(diǎn)擊“設(shè)定”按鈕，即可查詢。

（2）計(jì)量日報、月報及年報形成

點(diǎn)擊主菜單“日報”，設(shè)定好日期，即可查到一天內(nèi)每個小時的平均數(shù)據(jù)，同樣所查數(shù)據(jù)也可以導(dǎo)出為Excel文檔。后面月報，年報操作與日報相同?？梢赃M(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢。

（3）含水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定及超標(biāo)報警（圖4）

圖4 含水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定及超標(biāo)報警

現(xiàn)場推廣應(yīng)用情況及效果

2008年，在饒穩(wěn)輸油線6個原油交接計(jì)量口安裝調(diào)試SHG-6x型射頻含水分析儀，到8月份已全部安裝調(diào)試完成，通過四個多月的運(yùn)行，含水分析儀實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)原油輸送含水監(jiān)控等目的。

1 測量數(shù)據(jù)（以穩(wěn)定站為11月為例）（表1）

通過穩(wěn)定站11月報表可以看出每天含水儀測量的平均含水率與自動取樣器取樣人工化驗(yàn)的含水率基本接近，相差小于±0.1%。

表1 11月份河一聯(lián)來油報表

2 報警情況

SH型射頻含水分析儀正式投產(chǎn)以來到2008年12月30日，6個交接口共接到含水超標(biāo)報警166次，報警后，原油交接計(jì)量人員一般都及時進(jìn)行手工取樣跟蹤核實(shí)，并把含水超標(biāo)情況及時通知交油方采取措施，具體跟蹤情況如表2。

由于大部分含水超標(biāo)報警后手工取樣的時間與報警時間不對應(yīng)，有的相差時間較長，所以手工做樣的含水率與報警時的含水率相差也較大，有7次報警手工取樣蒸餾實(shí)際含水沒有超標(biāo)。

結(jié)論與建議

SH型射頻原油含水監(jiān)控系統(tǒng)通過幾個月在饒穩(wěn)輸油管線6個原油交接口的實(shí)際運(yùn)行證明，該儀設(shè)計(jì)原理科學(xué)，技術(shù)可靠，計(jì)量誤差小，能夠有效地對原油含水變化進(jìn)行在線連續(xù)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)原油含水超標(biāo)報警，報警準(zhǔn)確率高。該儀在油田原油交接中進(jìn)行含水監(jiān)控的應(yīng)用前景將十分廣闊。

表2 含水超標(biāo)報警情況

[1]賈煒鑌，李志春.兩種原理三相流計(jì)量裝置現(xiàn)場應(yīng)用對比[J].油氣計(jì)量論壇論文集.2005.

In order to solve the problem of controlling the high water content in the measurement of crude custody transfer on Raoren oil pipeline,the Third Oil Production Factory of Huabei Oilfield Company has applied the radio frequency monitoring system about water cut of crude to the metering station of crude custody transfer,and conducted the online continuous monitoring on the changes of crude water cut.Then they can sound the warning when the water cut of crude excesses the standards,and also make the earlier discovery and the earlier control of this phenomenon.Finally,some metering dispute has been avoided in the crude custody transfer.

water cut of crude;monitoring system;radio frequency instrument of water-bearing analysis

賈煒鑌，男，（1962-），工程師，主要從事石油開發(fā)與計(jì)量方面的工作。

2009-03-02