天然氣初加工裝置輕烴游離水界面的控制

沙子涵（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司）

天然氣初加工裝置輕烴游離水界面的控制

沙子涵（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司）

輕烴游離水界面控制是天然氣初加工裝置上輕烴儲(chǔ)罐及分離器游離水排放的一種工藝過(guò)程控制，針對(duì)原有控制系統(tǒng)，進(jìn)行輕烴游離水界面控制的探討，改變其測(cè)量?jī)x表，采用分析儀表組成選擇性控制系統(tǒng)提高儀表控制系統(tǒng)利用率，實(shí)現(xiàn)輕烴游離水界面自動(dòng)控制，減少輕烴誤排，消除排放游離水時(shí)輕烴揮發(fā)帶來(lái)的不安全隱患，以達(dá)到安全、環(huán)保的目的。

調(diào)節(jié)閥 測(cè)量?jī)x表 分析儀表 選擇控制 安全環(huán)保

輕烴游離水界面控制是天然氣初加工裝置上輕烴儲(chǔ)罐及分離器游離水排放的一種工藝過(guò)程控制，目前游離水排放方式有儀表自動(dòng)控制排放和專用的排放閥、疏水器及手動(dòng)敞開式排放等，由于輕烴儲(chǔ)罐 和 分 離 器 中 輕 烴 含 水 率 在 0.003% ～0.025% 之間，單位時(shí)間內(nèi)沉降的游離水較少，又易產(chǎn)生乳化層。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，手動(dòng)敞開式排水是用目測(cè)的方法觀察游離水是否排凈，這種排放方式既存在著輕烴揮發(fā)帶來(lái)的安全隱患，又損失一定數(shù)量的輕烴 ， 控 制 起 來(lái) 較 難[1]。 采 用 排 放 閥 、 疏 水 器 進(jìn) 行 排放，由于專業(yè)生產(chǎn)廠家不普及，配件維護(hù)跟不上，無(wú)法長(zhǎng)周期運(yùn)行。用儀表自動(dòng)控制排放游離水，目前控制回路利用率較低，測(cè)量?jī)x表多為液位變送器（加隔離液的差壓變送器、單法蘭、浮筒液位變送器）與調(diào)節(jié)閥組成的控制回路，現(xiàn)場(chǎng)為磁翻板液位計(jì)就地指示。由于參與控制的測(cè)量?jī)x表不適應(yīng)被測(cè)介質(zhì)的工況變化，使這一界面控制不穩(wěn)，經(jīng)常誤排輕烴。造成不必要的損失。基于以上原因，利用現(xiàn)有儀表控制回路進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑欤刂坪幂p烴游離水界面，達(dá)到在排放游離水的同時(shí)又能防止排出輕烴的目的。

1 原理分析

自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成由液位測(cè)量?jī)x表采集界面的變化輸送給DCS系統(tǒng)，根據(jù)界面的設(shè)定控制調(diào)節(jié)閥排放游離水，見(jiàn)圖1。

差壓變送器的工作原理為來(lái)自雙側(cè)導(dǎo)壓管的差壓（取壓點(diǎn)之間液位壓差的變化）直接作用于變送器傳感器雙側(cè)隔離膜片上，通過(guò)膜片內(nèi)的密封液傳導(dǎo)至測(cè)量元件上，測(cè)量元件將測(cè)得的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的電信號(hào)傳遞給轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)放大等處理變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出（mA 值）。由于被測(cè)介質(zhì)輕烴游離水的特殊性，差壓變送器和單法蘭不能準(zhǔn)確實(shí)施測(cè)量。

圖1 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)流程

浮筒液位變送器是由浮子、浮子腔、扭力管（扭力矩臂、扭力矩管、扭力矩管保護(hù)罩、扭力矩桿）、磁鐵、霍爾效應(yīng)傳感器、放大器（顯示板、微處理板）組成，浮筒液位計(jì)的工作原理基于阿基米德定律。液體液位變化，浮筒浮子變化，扭力桿所受的力矩變化，扭角變化。轉(zhuǎn)角的變化通過(guò)霍爾效應(yīng)傳感器轉(zhuǎn)變成mV值信號(hào)，再通過(guò)放大器轉(zhuǎn) 換 成 電 流 信 號(hào)[2]。 雖 能 進(jìn) 行 測(cè) 量 但 其 維 護(hù) 校 驗(yàn) 復(fù)雜不利于推廣應(yīng)用。

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)液位指示儀表，磁翻板液位計(jì)能反映其真實(shí)界面。磁翻板液位計(jì)采用連通器原理使液體等高引入主體內(nèi)，主體內(nèi)飄浮一帶永久磁性的浮子，通過(guò)磁性作用的原理使主體外側(cè)的磁性翻柱（根據(jù)磁極將磁翻柱制成兩種顏色）隨著浮子的移動(dòng)改變磁翻柱極性即顏色變化指示液位。由于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、緊湊被廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)液位指示。與之配套的磁翻板液位變送器不與被測(cè)介質(zhì)直接接觸，通過(guò)液位計(jì)內(nèi)的帶磁性體的浮子跟隨被測(cè)界面移動(dòng)，使液位變送器的傳感元件探測(cè)到磁場(chǎng)的位置即液面的位置，該液面的位置信號(hào)經(jīng)電路變換后按標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送出。變送器的傳感元件是一組由干簧電阻鏈組成的等效三線電位器電路，當(dāng)液位計(jì)的被測(cè)液位發(fā)生改變，隨浮子移動(dòng)的磁場(chǎng)透過(guò)液位計(jì)主體的管壁而觸發(fā)干簧觸點(diǎn)，從而形成一個(gè)由電阻值變化產(chǎn)生的電位器的輸出信號(hào)，其為一個(gè)同液位高度成正比的電壓信號(hào)。干簧電阻鏈成緊密的階梯狀，是由組合的小芯片焊接在印制電路板上構(gòu)成的，這樣的結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的信號(hào)近似于連續(xù)的，而不同間距的組合將產(chǎn)生不同分辨率的測(cè)量精度，形成可選測(cè)量等級(jí)的液位變送器。這種測(cè)量方式適應(yīng)該工藝介質(zhì)的變化。

2 改造的過(guò)程

控制回路利用率較低的主要原因在于測(cè)量?jī)x表即液位變送器不適宜被測(cè)介質(zhì)的工況變化，導(dǎo)致無(wú)法正常投入自動(dòng)控制輕烴游離水界面，將測(cè)量?jī)x表改為磁翻板液位變送器，可時(shí)時(shí)跟蹤輕烴游離水界面的變化進(jìn)行排放。為防止誤動(dòng)引入分析儀表，油水分析儀由含水分析儀和智能油水檢定儀組成。采用微波能級(jí)變量的原理工作，測(cè)量傳感器向被測(cè)介質(zhì)以一個(gè)合適的震蕩頻率連續(xù)不斷地發(fā)射微波，在被測(cè)介質(zhì)的作用下，發(fā)射至介質(zhì)中微波能級(jí)隨著介質(zhì)的變化而相應(yīng)的變化。合理的傳感器結(jié)構(gòu)能很好的將介質(zhì)變化轉(zhuǎn)化成微波的發(fā)射能級(jí)，并得到我們所期望的有效的能夠反復(fù)重現(xiàn)的趨勢(shì)關(guān)系。含水分析儀的測(cè)量結(jié)果經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化電路轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)送到智能油水檢定儀，智能油水檢定儀對(duì)信號(hào)進(jìn)行線性修正和分析，修正后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成 4～20mA （DC）標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出給DCS系統(tǒng)。分析儀采用定時(shí)段采樣平均值分析方式，保證了測(cè)量的高精度和穩(wěn)定性，測(cè)量值準(zhǔn)確可靠，見(jiàn)圖2。

圖2 改造后自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)流程

如圖2所示，完全可以使用油水分析儀和界面測(cè)量?jī)x表及現(xiàn)有的調(diào)節(jié)閥在DCS系統(tǒng)中組成選擇性控制系統(tǒng)用于輕烴游離水界面控制，為防止頻繁開關(guān)調(diào)節(jié)閥，造成“液位震蕩”（介質(zhì)攪動(dòng)不利于沉降脫水），利用現(xiàn)場(chǎng)原有顯示儀表的磁翻板液位計(jì)加裝磁翻板液位變送器監(jiān)控界面的變化，在調(diào)節(jié)閥上游側(cè)加裝油水分析探頭，用以檢測(cè)出口管線中輕烴和游離水的變化情況，在DCS控制系統(tǒng)中進(jìn)行選擇性分析判斷即在測(cè)量界面變化時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置游離水界面高低報(bào)警，當(dāng)界面處于高界面報(bào)警時(shí)且油水分析儀檢測(cè)到給管線含水時(shí)給調(diào)節(jié)閥發(fā)信號(hào)，開閥放水，待游離水界面處于低報(bào)時(shí)或油水分析儀檢測(cè)到輕烴時(shí)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥。從而實(shí)現(xiàn)輕烴游離水界面的自動(dòng)控制。

3 可行性分析

磁翻板變送器成本低，可靠性高，在天然氣分公司三大隊(duì)已有廣泛的應(yīng)用。有標(biāo)準(zhǔn)的配件易于安裝固定在磁翻板液位計(jì)上，調(diào)試簡(jiǎn)單易于維護(hù)。

現(xiàn)油水分析儀表在國(guó)內(nèi)外的控制領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用，在大慶油田的采油廠應(yīng)用也比較普及，穩(wěn)定性較高，是一種適用于管道、容器動(dòng)態(tài)流體油品含水率在線測(cè)量的儀表，它能及時(shí)準(zhǔn)確反映油中含水率的變化，實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)測(cè)量油中水含量的高低。先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)和制造工藝，使現(xiàn)在的分析儀表的結(jié)構(gòu)、性能實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，分析探頭直接與流動(dòng)的被測(cè)介質(zhì)接觸，就能實(shí)現(xiàn)精確的測(cè)量。

4 結(jié)論

利用浮子在不同密度介質(zhì)中受到的力不同，依據(jù)這一原理的測(cè)量?jī)x表，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。在生產(chǎn)實(shí)際中，應(yīng)用這種選擇性控制系統(tǒng)的自動(dòng)排放游離水，可以實(shí)現(xiàn)輕烴排水在密閉系統(tǒng)下進(jìn)行，消除因排水時(shí)輕烴揮發(fā)帶來(lái)的不安全隱患，并能減輕崗位工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，在自動(dòng)排放控制中加大延時(shí)滯后的積分時(shí)間，相對(duì)延長(zhǎng)了輕烴與游離水的分離時(shí)間，能夠消除手動(dòng)排放游離水時(shí)的輕烴損失。減少排放、安全環(huán)保，適用于油氣初加工裝置的游離水排放過(guò)程控制。

[1]鄒慶余,董成云.氣初加工過(guò)程[M].哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,1990:130-274.

[2]王樹青,戴連奎,于玲,等.過(guò)程控制工程[M].2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008:78-110.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.005.017

2013-02-11）

沙子涵，2012年畢業(yè)于東北石油大學(xué)電氣信息工程學(xué)院 （自動(dòng)化 系），從 事生產(chǎn)管理 工作，E-mail：a-sarmy@163.com，地 址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司六大隊(duì)，163453。