穩(wěn)定輕烴自動(dòng)盤庫(kù)方案探討

采油一廠尕斯聯(lián)合站DCS系統(tǒng)于2006年完成改造，具有強(qiáng)大的控制及數(shù)據(jù)處理功能。但是2006年的自動(dòng)化改造是以油區(qū)和控制系統(tǒng)為主的，穩(wěn)定輕烴罐區(qū)沒有進(jìn)行自動(dòng)化改造，目前穩(wěn)定輕烴盤庫(kù)仍然是人工盤庫(kù)。穩(wěn)定輕烴產(chǎn)量盤庫(kù)是掌握原油生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的諸多重要工作之一，是生產(chǎn)決策者需要及時(shí)掌握的第一手生產(chǎn)資料。人工盤庫(kù)與自動(dòng)盤庫(kù)相比具有諸多不足之處;盤庫(kù)準(zhǔn)確度受工作人員技術(shù)能力，情緒狀態(tài)、敬業(yè)程度影響，人工盤庫(kù)做不到實(shí)時(shí)盤庫(kù)及顯示;現(xiàn)場(chǎng)玻璃板液位計(jì)精度低影響盤庫(kù)準(zhǔn)確度，人工盤庫(kù)沒有考慮溫壓補(bǔ)償運(yùn)算等。通過安裝高精度的差壓變送器和高精度液位計(jì)，通過在DCS系統(tǒng)中編制算法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)穩(wěn)定輕烴的自動(dòng)盤庫(kù)、實(shí)時(shí)顯示、報(bào)表處理、數(shù)據(jù)上傳。

1、目前穩(wěn)定輕烴人工盤庫(kù)方法及存在的問曩

尕斯聯(lián)合站目前穩(wěn)定輕烴人工盤庫(kù)方法是:現(xiàn)場(chǎng)人工測(cè)量穩(wěn)定輕烴液位，查表計(jì)算庫(kù)存。玻璃板液位計(jì)沒有刻度板，經(jīng)驗(yàn)做法是按一個(gè)螺絲是0.05公分，一個(gè)玻板是30公分，靠目測(cè)估算液位，或者用鋼卷尺根據(jù)玻璃板液位計(jì)粗略測(cè)量。其液位測(cè)量的準(zhǔn)確度是不言而喻的。

2、自動(dòng)盤庫(kù)可行性方案

2.1 總體方案

盤庫(kù)的目的是為了準(zhǔn)確掌握穩(wěn)定輕烴罐中的穩(wěn)定輕烴庫(kù)存量，盤庫(kù)計(jì)算存在如下兩方面的難題:

2.1.1 容積計(jì)算困難:

由于臥式穩(wěn)定輕烴罐兩端為球缺形狀，中間為水平狀態(tài)的圓柱體，所以穩(wěn)定輕烴罐的庫(kù)存量與罐內(nèi)液位是個(gè)極其復(fù)雜的對(duì)應(yīng)關(guān)系。計(jì)算公式需要用微積分推導(dǎo)，這正是本文著重解決的課題之一。

2.1.2 溫壓補(bǔ)償計(jì)算困難;

由于輕質(zhì)油和液化氣的體積和密度都受溫度壓力影響，所以要準(zhǔn)確盤庫(kù)就必須進(jìn)行溫壓補(bǔ)償計(jì)算。根據(jù)石油計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，溫壓補(bǔ)償有嚴(yán)格的操作計(jì)算規(guī)程。比如多級(jí)取樣、化驗(yàn)、查表、計(jì)算等。對(duì)尕斯聯(lián)合站穩(wěn)定輕烴罐而言，無法進(jìn)行多級(jí)取樣?；?yàn)、查表、計(jì)算過程復(fù)雜，精度受人為因素影響并且需要專門安排人完成這項(xiàng)工作。如何跨過溫壓補(bǔ)償計(jì)算也是本文著重解決的課題之一。

本文實(shí)現(xiàn)自動(dòng)盤庫(kù)的總體思路是:通過微積分公式推導(dǎo)得出實(shí)測(cè)客積與液位的對(duì)應(yīng)關(guān)系公式，安裝高精度液位計(jì)實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量穩(wěn)定輕烴罐的液位，遠(yuǎn)傳變送至DCS系統(tǒng)，在DCS系統(tǒng)計(jì)算模塊中編制算法，實(shí)時(shí)計(jì)算出每個(gè)穩(wěn)定輕烴罐的穩(wěn)定輕烴庫(kù)存量(實(shí)際工藝狀態(tài)下的體積);利用差壓與液體密度、液柱高度、重力加速度的關(guān)系公式，通過測(cè)量穩(wěn)定輕烴在穩(wěn)定輕烴罐內(nèi)形成的差壓，遠(yuǎn)傳變送至DCS系統(tǒng)，在DCS系統(tǒng)計(jì)算模塊中編制算法，折算出實(shí)際工藝狀態(tài)下的穩(wěn)定輕烴的綜合性的理論密度;最后利用質(zhì)量與體積及密度的關(guān)系，在DCS系統(tǒng)中自動(dòng)計(jì)算出相應(yīng)的庫(kù)存量(穩(wěn)定輕烴的質(zhì)量)，計(jì)算結(jié)果在DCS各操作站實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，根據(jù)要求自動(dòng)生成報(bào)表，支持?jǐn)?shù)據(jù)上傳至采油一廠生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2 儀表選型分析

差壓變送器是目前發(fā)展最為成熟的工業(yè)儀表之一，其精度可以達(dá)到±0.075，選用高精度毛細(xì)管差壓變送器安裝在現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)的上下接口管線上即可滿足要求。由于穩(wěn)定輕烴的某些特性造成穩(wěn)定輕烴罐液位檢測(cè)比較困難，所以本文對(duì)液位智能遠(yuǎn)傳變送器作如下選型分析:

2.2.1 雷達(dá)液位計(jì)及超聲波液位計(jì):

輕質(zhì)油、液化氣的介電常數(shù)很低，易揮發(fā)，這些特性造成了雷達(dá)液位計(jì)及超聲波液位計(jì)不能可靠穩(wěn)定地工作，在實(shí)際試用探索中充分證明了這一點(diǎn)，主要現(xiàn)象是數(shù)據(jù)波動(dòng)大。特別是穩(wěn)定輕烴進(jìn)出罐時(shí)，波動(dòng)尤為明顯，達(dá)到10cm以上，所以雷達(dá)液位計(jì)及超聲波液位計(jì)不適合測(cè)量穩(wěn)定輕烴罐液位。

2.2.2 射頻導(dǎo)納液位計(jì):

輕質(zhì)油、液化氣產(chǎn)品中含有微量的水，含水量與進(jìn)液量、存液時(shí)間、排水密切相關(guān)，沒有固定不變的含水值及分布狀態(tài)，而含水直接影響穩(wěn)定輕烴的介電常數(shù)，介電常數(shù)變化對(duì)射頻導(dǎo)納液位計(jì)影響極大，因?yàn)樯漕l導(dǎo)納液位計(jì)是靠檢測(cè)介質(zhì)在探桿和參考極之間的導(dǎo)納值來?yè)Q算液位的?？梢娚漕l導(dǎo)納液位計(jì)不適合測(cè)量穩(wěn)定輕烴罐液位。

2.2.3 磁致伸縮液位計(jì):

磁致伸縮液位計(jì)分內(nèi)裝型和外裝帶磁翻板型，主要由磁浮子、磁致伸縮桿和變送單元構(gòu)成，該產(chǎn)品主要由測(cè)桿、電子倉(cāng)和套在測(cè)桿上的非接觸的磁環(huán)或浮球組成。測(cè)桿內(nèi)裝有磁致伸縮線(波導(dǎo)線)，測(cè)桿由不導(dǎo)磁的不銹鋼管制成，可靠地保護(hù)了波導(dǎo)絲。工作時(shí)，由電子倉(cāng)內(nèi)電子電路產(chǎn)生一起始脈沖，此起始脈沖在波導(dǎo)絲中傳輸時(shí)，同時(shí)產(chǎn)生了一沿波導(dǎo)絲方向前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)這個(gè)磁場(chǎng)與磁環(huán)或浮球中的永久磁場(chǎng)相遇時(shí)，產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)，使波導(dǎo)絲發(fā)生扭動(dòng)，這一扭動(dòng)被安裝在電子倉(cāng)內(nèi)的拾能機(jī)構(gòu)所感知并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流脈沖，通過電子電路計(jì)算出兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間差，即可精確測(cè)出被測(cè)的位移和液位。此類產(chǎn)品的非線性誤差只有±0.05%FS(量程300mm以下時(shí)，最大誤差150μm)，重復(fù)性誤差優(yōu)于0.01%FS，分辨率優(yōu)于0.01%FS，遲滯優(yōu)于0.01%FS，溫度影響只有±0.007%FS/℃。

此類儀表完全適合測(cè)量穩(wěn)定輕烴罐液位，為了確保液位檢測(cè)的準(zhǔn)確性并且方便標(biāo)定，本文提出每個(gè)穩(wěn)定輕烴罐安裝兩個(gè)磁致伸縮液位計(jì):一個(gè)為內(nèi)裝型，安裝在穩(wěn)定輕烴罐的人孔蓋上，能夠全范圍真實(shí)檢測(cè)液位，將外界干擾因素最小化，用于自動(dòng)盤庫(kù)計(jì)算。另一個(gè)為帶磁翻板外裝型，一方面為了方便操作工現(xiàn)場(chǎng)查看液位，另一方面為了便于標(biāo)定，和內(nèi)裝型液位計(jì)形成對(duì)比，來判斷內(nèi)裝掖位計(jì)是否必須標(biāo)定，既保證內(nèi)裝液位計(jì)的準(zhǔn)確性又減少內(nèi)裝液位計(jì)的標(biāo)定次數(shù)，解決內(nèi)裝液位計(jì)不便于拆裝的問題。由于外裝型液位計(jì)受引出口位置限制不能壘范圍檢測(cè)液位，冬季室外溫度很低，穩(wěn)定輕烴含水會(huì)在引出管甚至液位計(jì)內(nèi)結(jié)冰，造成液位檢測(cè)不準(zhǔn)甚至液位計(jì)無法工作，所以不能用于自動(dòng)盤庫(kù)，只作為內(nèi)裝液位計(jì)的對(duì)比參考。

2.3 自動(dòng)盤庫(kù)算法

2.3.1 差體積計(jì)算:

根據(jù)液位計(jì)算穩(wěn)定輕烴罐內(nèi)的穩(wěn)定輕烴的體積量是穩(wěn)定輕烴自動(dòng)盤庫(kù)的難點(diǎn)，也是算法的核心。青海油田采油一廠尕斯聯(lián)合站的穩(wěn)定輕烴儲(chǔ)罐是臥式罐，液位與罐內(nèi)液體體積關(guān)系:VH=V0±V1。

由于計(jì)算公式復(fù)雜，所以需要把上述計(jì)算公式編到DCS系統(tǒng)中的計(jì)算模塊中，自動(dòng)計(jì)算處理，最終隨著穩(wěn)定輕烴罐液位H的實(shí)時(shí)變化，準(zhǔn)確計(jì)算出實(shí)際工藝狀態(tài)下的穩(wěn)定輕烴體積VH。

2.3.2 理論密度計(jì)算:

差壓與液柱的關(guān)系公式為:P=p·g·h0

P-液桂羞壓;p-液體密度;g-重力加速度，hO-液柱高度。

在穩(wěn)定輕烴罐中，P對(duì)應(yīng)穩(wěn)定輕烴產(chǎn)生的液柱差壓，通過高精度毛細(xì)管差壓變送器可以準(zhǔn)確檢測(cè)P;p對(duì)應(yīng)穩(wěn)定輕烴在實(shí)際工藝狀態(tài)下的理論密度;hO對(duì)應(yīng)穩(wěn)定輕烴相對(duì)于毛細(xì)管羞壓變送器高壓端的液位高度，通過用穩(wěn)定輕烴的實(shí)際液位H減去毛細(xì)管差壓變送器高壓端相對(duì)穩(wěn)定輕烴罐罐底的安裝高度即可得出。所以，利用p=P/(g·hO)公式，在DCS系統(tǒng)在簡(jiǎn)單編制計(jì)算程序便可計(jì)算出穩(wěn)定輕烴在實(shí)際工藝狀態(tài)下的理論密度p。

2.3.3 盤庫(kù)結(jié)果計(jì)算:

m=VH·p

m-單臺(tái)穩(wěn)定輕烴罐的盤庫(kù)結(jié)果，即穩(wěn)定輕烴的庫(kù)存量(質(zhì)量)，t

2.3.4 特別說明:

在采用溫壓補(bǔ)償計(jì)算的常規(guī)盤庫(kù)中，由于液化氣處于氣液動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，液態(tài)液化氣庫(kù)存量、氣態(tài)液化氣庫(kù)存量必須分別計(jì)算，其計(jì)算過程相當(dāng)復(fù)雜。而本文的理論密度計(jì)算法躊越了這一障礙，由于氣態(tài)液化氣對(duì)液態(tài)液化氣的重力作用，氣態(tài)液化氣以理論密度的方式自動(dòng)折算進(jìn)了液態(tài)液化氣。