基于AGAR ID200界位探測(cè)儀的儲(chǔ)油罐自動(dòng)脫水系統(tǒng)

蔣敦藝，石相濤，閆 磊

（1.中石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008；2. 北京盈翰士技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，北京 100012）

在原油生產(chǎn)過(guò)程中，從油井中開(kāi)采出來(lái)的原油是含有一定水分的，由于油和水的比重不同，原油中的水分會(huì)沉降在儲(chǔ)油罐底部。儲(chǔ)油罐脫水是油品儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于現(xiàn)場(chǎng)條件的復(fù)雜性,油田或煉油廠的儲(chǔ)油罐含水量檢測(cè)與脫水一直是十分棘手的問(wèn)題。目前主要采用人工脫排水的方式。這種方式不僅無(wú)法實(shí)時(shí)檢測(cè)含水量,而且對(duì)脫水是否含油難以監(jiān)控,易造成環(huán)境污染，直接影響排污合格率。同時(shí)人工排水還易造成脫水跑油的生產(chǎn)事故。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外非常重視油品儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化及油水界位檢測(cè)、控制新方法的研究,推出了短波界位儀、壓差變送器、氣動(dòng)浮筒界位變送器等作為傳感器，采用射頻波、超聲波等先進(jìn)技術(shù)檢測(cè)油水界位。這些方法各有特點(diǎn)，但都存在一些缺點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、抗干擾能力差、可靠性低、投資 大、成本高、維修難度大等。而且由于油水混合產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，很難形成穩(wěn)定的油水界位，給油水界位的檢測(cè)帶來(lái)很大困難。為了從根本上解決這個(gè)問(wèn)題，我們采用一種基于微波能量吸收原理的AGAR ID200界位探測(cè)儀，通過(guò)測(cè)量油中含水率控制油水界位，并自動(dòng)控制閥門(mén)排水，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)油罐自動(dòng)脫水。

1 原理

Agar公司自動(dòng)脫水系統(tǒng)是基于ID200界位探測(cè)儀，該探針原理為微波能量吸收技術(shù)，探針尖端天線發(fā)射一個(gè)高頻低功耗能量，檢測(cè)范圍是尖端天線周?chē)?″球型區(qū)域，部分能量被天線周?chē)慕橘|(zhì)吸收，產(chǎn)生一個(gè)和吸收率相關(guān)的模擬信號(hào)。水吸收大部分信號(hào)，油吸收相對(duì)較小部分的信號(hào)，根據(jù)被介質(zhì)吸收的信號(hào)量得出油中含水率。所有類型的油品都類似，產(chǎn)生一個(gè)小信號(hào)，氣體/空氣的讀數(shù)比油品還略小，所有的水流體產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)高的信號(hào)，根據(jù)檢測(cè)球形區(qū)域的油水濃度，輸出模擬4~20mA電流信號(hào)。當(dāng)油水界面很清晰的時(shí)候，信號(hào)隨著界面的改變而改變，在乳化液中，信號(hào)隨著水濃度的變化而變化。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制策略

Agar自動(dòng)脫水系統(tǒng)典型的安裝方式如圖1所示。

圖1 Agar自動(dòng)脫水器常規(guī)安裝方式圖

在排水口兩側(cè)罐壁等高安裝2個(gè)ID200界面濃度探測(cè)儀，設(shè)定檢測(cè)到的含水量大于80%為水，小于80%為油。通過(guò)2個(gè)探針不同的檢測(cè)狀態(tài)，控制排水閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)脫水，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視。控制邏輯見(jiàn)圖2。

圖2 常規(guī)脫水系統(tǒng)控制邏輯圖

自動(dòng)脫水器控制箱面板上有3個(gè)指示燈：水燈（Water），油燈（Oil），報(bào)警燈（Alarm），有如下幾種狀態(tài)：

（1）低位探針檢測(cè)到水，高位探針也檢測(cè)到水，正常排水狀態(tài)，水燈亮，氣動(dòng)閥自動(dòng)打開(kāi)。DCS畫(huà)面上氣動(dòng)閥顯示打開(kāi)狀態(tài)。無(wú)需操作人員干預(yù)，可定時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)查看排出水情況。

（2）低位探針檢測(cè)到水，高位探針檢測(cè)到油，油燈亮，氣動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉，DCS畫(huà)面上氣動(dòng)閥顯示關(guān)閉狀態(tài)。無(wú)需操作人員干預(yù)，可定時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)查看排出水情況。

（3）低位探針檢測(cè)到油，高位探針失效，報(bào)警狀態(tài)，報(bào)警燈亮，DCS畫(huà)面產(chǎn)生聲光報(bào)警，如果聲光報(bào)警很快消失，說(shuō)明有干擾，操作人員可以不處理，到現(xiàn)場(chǎng)看一下氣動(dòng)閥的狀態(tài)是否正常。如果一直報(bào)警，說(shuō)明氣動(dòng)閥故障，無(wú)法自動(dòng)關(guān)閉，操作人員必須在20min之內(nèi)趕到現(xiàn)場(chǎng)，關(guān)閉排水線根部閥門(mén)，然后找相關(guān)人員維修氣動(dòng)閥，氣動(dòng)閥正常后，可以打開(kāi)排水線根部閥門(mén)，投入到自動(dòng)排水狀態(tài)。

Agar自動(dòng)脫水典型系統(tǒng)已經(jīng)在某公司石化原油罐安裝調(diào)試成功，效果很好，完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)脫水，對(duì)脫出水采樣的結(jié)果是32.4×10-6。

由于某些容量非常大的原油罐，例如某公司商業(yè)儲(chǔ)備庫(kù)的10萬(wàn)m3和15萬(wàn)m3原油罐為整體熱處理罐，無(wú)法在罐壁上開(kāi)孔，因此專門(mén)設(shè)計(jì)了罐外脫水的方式。3個(gè)ID-200界位探測(cè)儀安裝在外置集水罐上，并連接到本地的顯示控制器。探針尖端的位置決定了控制界面所處位置。工藝流程圖見(jiàn)圖3。邏輯圖見(jiàn)圖4。

圖3 罐外方案自動(dòng)脫水工藝流程圖

圖4 罐外方案自動(dòng)脫水控制邏輯圖

自動(dòng)排水過(guò)程如下：

（1）當(dāng)集水罐內(nèi)達(dá)到自動(dòng)脫水器自動(dòng)排水狀態(tài)時(shí)，氣動(dòng)閥自動(dòng)打開(kāi)，進(jìn)行排水，進(jìn)入自動(dòng)脫水循環(huán)狀態(tài)中。此時(shí)DCS畫(huà)面上氣動(dòng)閥顯示打開(kāi)狀態(tài)。無(wú)需操作人員干預(yù)，可定時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)查看排出水情況。

（2）當(dāng)集水罐內(nèi)達(dá)到自動(dòng)脫水器自動(dòng)關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，氣動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉，DCS畫(huà)面上氣動(dòng)閥顯示關(guān)閉狀態(tài)。無(wú)需操作人員干預(yù)，可定時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)查看氣動(dòng)閥狀態(tài)和排出水情況。

（3） 氣動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉2h后，操作人員到現(xiàn)場(chǎng)，打通回油流程，檢查一切正常后，告知操作室遠(yuǎn)程啟動(dòng)隔膜泵電磁閥，將集水罐中的油打回到原油罐中，運(yùn)行5min后(時(shí)間可在畫(huà)面上調(diào)整)隔膜泵自動(dòng)停止。在這個(gè)過(guò)程中，原油罐的油水進(jìn)入集水罐，如果再次達(dá)到自動(dòng)脫水狀態(tài)，則繼續(xù)自動(dòng)脫水，若未達(dá)到，繼續(xù)等待罐內(nèi)沉降，2h后再重復(fù)本流程。

（4）當(dāng)報(bào)警探針檢測(cè)到油時(shí)，報(bào)警狀態(tài)，DCS畫(huà)面產(chǎn)生聲光報(bào)警，如果聲光報(bào)警很快消失，說(shuō)明是有干擾，操作人員可以不處理，到現(xiàn)場(chǎng)看一下氣動(dòng)閥的狀態(tài)是否正常。如果一直報(bào)警，說(shuō)明氣動(dòng)閥故障，無(wú)法自動(dòng)關(guān)閉，操作人員必須在5min之內(nèi)趕到現(xiàn)場(chǎng)，關(guān)閉排水線根部閥門(mén)，然后找相關(guān)人員維修氣動(dòng)閥，氣動(dòng)閥正常后，可以打開(kāi)排水線根部閥門(mén)，投入到自動(dòng)排水狀態(tài)。

罐外脫水的試驗(yàn)結(jié)果如下：

（1）脫水器正常投運(yùn)后第1次測(cè)試，上午9：40氣動(dòng)閥自動(dòng)打開(kāi)，采樣剛開(kāi)始的排出水化驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果為111×10-6。

3 效果與結(jié)論

基于AGAR ID200 界位探測(cè)儀的儲(chǔ)油罐自動(dòng)脫水系統(tǒng)是根據(jù)目前石化行業(yè)儲(chǔ)罐脫水的需要，是世界獨(dú)家專利，優(yōu)點(diǎn)是耐用，穩(wěn)定性強(qiáng)且免維護(hù)，可在線插拔更換，不受介質(zhì)特性、密度、溫度等情況影響。從以上的試驗(yàn)結(jié)果可以得出，AGAR 自動(dòng)脫水系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)脫水，保證排出的水達(dá)到環(huán)保直接排放標(biāo)準(zhǔn)，大大減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和人工切水時(shí)出現(xiàn)的硫化氫中毒現(xiàn)象，并減少了油品浪費(fèi)和環(huán)境污染，同時(shí)也滿足了石化系統(tǒng)排放暗溝化、管道化的規(guī)范要求。

儲(chǔ)油罐自動(dòng)脫水器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用對(duì)石油化工工業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)自動(dòng)化的提高，無(wú)疑是一項(xiàng)重要的貢獻(xiàn)。它解決了石化行業(yè)的儲(chǔ)油罐脫水采用人工操作，對(duì)油水的分離無(wú)法嚴(yán)格控制，排水的含油量比較高，造成油品的浪費(fèi)，污染環(huán)境等問(wèn)題，克服了人為誤操作帶來(lái)的極大安全隱患。