液柱諧振管道式自動脫水器在原油脫水中的應(yīng)用

摘要：本文將對一種新型儲罐脫水器——利用液柱諧振原理和采用流線型管道式結(jié)構(gòu)的自動脫水器進行分析，著重分析其工作原理、結(jié)構(gòu)特點及在原油脫水中相對于其它脫水器的突出優(yōu)勢，實踐證實了該種脫水器具有脫水速度快、自動化程度高、安全可靠等優(yōu)點，是原油脫水中的“利器”。本文還總結(jié)了該脫水器在實踐使用中的運行管理經(jīng)驗，對于存在的問題進行分析，提出合理化改進措施。

關(guān)鍵詞：原油；脫水器； 液柱諧振；管道

1.前言

1.1.脫水的重要性

在石油化工企業(yè)中，油罐脫水是非常重要的一項工作，原油必須脫水后才能進到常減壓裝置，否則會造成沖塔、著火；中間原料脫水后才能進入下一道加工工序；成品油必須脫水后才能進行銷售。

此外，原油脫水能節(jié)省儲運成本，減少含鹽水對儲罐、管道等設(shè)備的腐蝕。

1.2.人工脫水的缺點

長期以來，石化企業(yè)主要靠人工完成原油脫水工作，一是靠操作工脫水，二是請專門的脫水臨時工，三是有專門的脫水班。但是人工脫水存在著勞動強度大、脫水速度不快（黑夜及惡劣天氣時不能脫水）、脫水隨意性大、含油量高、安全性不高、對人體有一定傷害（近距離盯著易吸入有毒氣體）等缺點。

1.3.自動脫水器的應(yīng)用及存在的問題

隨著技術(shù)的發(fā)展，各式各樣的自動脫水器陸續(xù)被發(fā)明并應(yīng)用到各石化企業(yè)。油罐自動脫水，看似一個簡單的問題，很多廠家都采用簡單的密度差原理，目前使用最廣泛的是機械浮球式脫水器。這種脫水器原理簡單，技術(shù)成熟，在成品油罐的自動脫水中表現(xiàn)良好，但是在原油脫水中大部分情況下無法自動脫水或脫水速度太慢，而且維護量很大，大多都成為了原油罐的“擺設(shè)品”。除了機械式的脫水器，國內(nèi)國外還出現(xiàn)了諸如微波、超聲波等傳感器式自動脫水器，但是都因原理或者結(jié)構(gòu)的局限，在原油的脫水中，都未能盡如人意，有些石化企業(yè)同時試用或使用了多種脫水器，均未能解決原油自動脫水的問題，最終仍然依靠人工脫水。本文將介紹一種利用液柱諧振原理及采用管道式結(jié)構(gòu)的新型脫水器在原油脫水中的成功應(yīng)用。

2.脫水原理分析

2.1.油和水的特性差異

油罐脫水的原理都是按照油和水的特性差異來設(shè)計的。人工脫水主要利用油和水的顏色、氣味和粘度等特性差異來完成脫水；自動脫水器主要利用油和水的粘度、密度、電導(dǎo)率、介電常數(shù)、導(dǎo)光性能、微波吸收能力、超聲波回波等特性差異來設(shè)計。

2.2.成品油與原油的特性差異

成品油罐的油品品種單一，性質(zhì)相對穩(wěn)定，污染小，并且，油水密度相差較大，粘度小，油水分層快，一般的脫水器都能正常工作。

相比之下，原油的情況就復(fù)雜得多。原油品種多，密度變化大，性質(zhì)復(fù)雜，污染嚴重，大部分脫水器在原油脫水中不能很好地工作。

2.3.液柱諧振原理的優(yōu)勢

各種原理脫水器效果比較

從上表中可以看出，除了液柱諧振式原理的脫水器，其它原理的脫水器幾乎都是基于油水界面的檢測，都需要有一個穩(wěn)定的油水界面，因此，脫水器中都有一個脫水罐，后面將介紹緩沖罐式脫水器的局限性。

液柱諧振原理的脫水器能很敏感地檢測水中的微量含油，能在介質(zhì)流動的過程中，檢測水中的油含量，因此不需要油水界面，也就不需要緩沖罐，脫水速度不受停留時間的限制。因此采用液柱諧振原理的傳感器適用于管道式結(jié)構(gòu)的脫水器。下面將介紹管道式結(jié)構(gòu)相比緩沖罐式結(jié)構(gòu)的脫水器的優(yōu)點。

2.4.管道式結(jié)構(gòu)脫水器的優(yōu)勢

2.4.1.緩沖罐式結(jié)構(gòu)脫水器

圖1 機械浮球式脫水器

這種結(jié)構(gòu)的脫水器原理包括浮球式（如圖1）、微波式和超聲波式等，它們都是基于油水界面的檢測，因此，脫水器中都有一個緩沖罐。

緩沖罐式脫水器的主要特點：

2.4.1.1.脫水速度慢

在油罐中已經(jīng)分層了的油和水，進入緩沖罐的過程中，因為產(chǎn)生湍流，又混合在一起了，需要二次沉降、分層，因此，這種脫水方法比人工脫水的速度要慢。有緩沖罐的脫水器的脫水速度，可以通過下面的公式計算出來：

停留時間與油滴的上升速度有關(guān)：

2.4.1.2.維護量很大

在原油和水二次沉降的過程中，油罐底部的油泥和雜質(zhì)進到脫水器后，容易沉積在緩沖罐的底部，需要定期清理，否則就會出現(xiàn)不脫水的故障或跑油的事故。

浮球式脫水器的浮球被污染后，會因整體密度發(fā)生變化而失靈，同時也因原油密度變化大而需要經(jīng)常調(diào)整浮球配重；微波式傳感器對水很敏感，容易被污染，傳感器被乳化層包裹后，會因檢測不到油而跑油；超聲波傳感器會因沉積在緩沖罐底部的雜質(zhì)和粘結(jié)在罐壁的油泥影響其靈敏度。

因此，從上面緩沖罐式結(jié)構(gòu)脫水器的兩個特點可知，對于密度變化大及雜質(zhì)較多的原油，利用緩沖罐式的脫水器具有脫水速度慢，維護量大，安全性不夠等缺點。因此，脫水原理建立在油水界面基礎(chǔ)上的脫水器僅適合用于輕質(zhì)油的脫水，不適合用于重質(zhì)油的脫水。

2.4.2.管道式結(jié)構(gòu)脫水器的優(yōu)點

這種結(jié)構(gòu)的脫水器原理主要有液柱振諧式（如圖2）。管道式結(jié)構(gòu)脫水器的優(yōu)點主要有：

2.4.2.1.脫水速度快。流線型的結(jié)構(gòu)能最大程度的保證層流，避免湍流，油水不需要二次沉降，脫水速度不受緩沖容積的影響，因此保證了最大的脫水速度。

2.4.2.2.維護量小。沒有流通死角，雜質(zhì)、顆粒性雜物、油泥等會在脫水的過程中，隨水一起排出，不會在脫水器內(nèi)沉積，不需要定期清理。

2.4.2.3.安裝簡單。

圖2 液柱振諧管道式脫水器

3.液柱振諧管道式脫水器的實踐應(yīng)用

3.1.應(yīng)用效果

惠州市大亞灣華德石化有限公司（下稱華德公司）每年往174公里外的廣州石化煉油廠輸送原油約1200萬噸，原油在輸送之前完成脫水顯得尤為重要，節(jié)約儲運成本的同時，也減少了原油中的含鹽水對儲罐和長輸管道等設(shè)備的腐蝕。華德公司2004年安裝的4臺機械浮球式脫水器運行情況糟糕，沒能實現(xiàn)自動脫水功能，成為了“擺設(shè)品”，2012至2013年又陸續(xù)安裝了6臺機械浮球式脫水器和5臺液柱振諧管道式脫水器用于原油罐的脫水，實踐證明，廠家“號稱”新改良的機械浮球式脫水器仍然表現(xiàn)糟糕：脫水速度太慢（實測在正常且維護量大，浮球經(jīng)常因無法適應(yīng)雜質(zhì)多及密度經(jīng)常變化的原油而失效，有時會直接脫出原油來。實際上，目前國內(nèi)石化企業(yè)在原油罐中使用的浮球式、微波式、超聲波式等脫水器大多都處于“荒廢”狀態(tài)。

液柱振諧管道式脫水器因采用了以下若干改進措施，實際使用中，脫水速度快

3.1.1.液柱振諧原理的傳感器和流線型的管道式結(jié)構(gòu)。

3.1.2.由于油罐脫水口為虹吸結(jié)構(gòu)，進入到脫水器的油不能自動回到油罐，因此在脫水器的高端設(shè)一回油口，采用回油泵強制回油的方法。

3.1.3.傳感器檢測到油，被油污染后會啟動超聲波振動進行自清洗。

3.1.4.脫水器設(shè)有電伴熱或蒸汽伴熱。在油粘度較高時，通過啟動伴熱加熱，提高溫度，降低油的粘度，使傳感器更好地完成自動清洗過程，更好地工作。

3.1.5.多重安全保障措施。 脫水器上有兩個傳感器，“雙重保險”，只有兩個傳感器同時檢測到含油量達標時，才會開閥脫水。傳感器出故障時，輸出的是油含量超標的信號，閥門會自動關(guān)閉。

3.2.運行管理經(jīng)驗總結(jié)、存在問題及改進建議。

3.2.1.由于是一種新型脫水器，初次使用的企業(yè)最好制定考察階段和全自動脫水階段兩種操作規(guī)程?？疾炱诳梢?guī)定三個月或半年，考察階段要求脫水時必須操作工在現(xiàn)場，停止脫水時要關(guān)掉閥門及泵和傳感器的電源。因廠家一般只考慮全自動脫水情況，會將一個罐區(qū)若干個脫水器電源都集中到一起，這樣實際上對于考察階段經(jīng)常要啟停電源是非常不便的，而且回油泵離啟停開關(guān)太遠也是不安全的，因此，應(yīng)在每臺脫水器的旁邊加設(shè)開關(guān)操作柱。考察期過后，可實行24小時全自動脫水，但仍需每小時巡檢一次，為了能隨時觀察脫水狀況，建議有必要安裝RS485通訊到調(diào)度室。

3.2.2.油罐脫水口如果是直排式的，則不需要設(shè)回油泵及回油管，管道式結(jié)構(gòu)脫水器末端漏斗結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)自動回油（如圖3）；油罐脫水口如果是虹吸式的，即使加一條回油管也是無法自動回油的，需要安裝一臺回油泵強制回油（如圖4）。

圖3 管道式脫水器在直排式脫水口的油罐回油示意圖

圖4 管道式脫水器在虹吸式脫水口的油罐回油示意圖

3.2.3.管道式脫水器安裝角度應(yīng)為水平或尾部稍微下傾，這樣能避免因尾部翹起使副傳感器處成為高點，部分原油一直無法回流而導(dǎo)致副傳感器失效。

3.2.4.脫水器傳感器設(shè)有對回油泵的控制模式，有回油泵的情況下，為避免泵24小時不停運轉(zhuǎn)，可通過傳感器設(shè)置泵運行方式為“閥開泵關(guān)，閥關(guān)泵開”模式，即當檢測到水開閥脫水時，泵停止，當檢測到油關(guān)閥時，泵啟動抽油。但是當希望脫水速度更快時，可通過傳感器遙控器設(shè)置回油泵的運行方式為常開。

3.2.5.傳感器檢測到油時會控制閥門關(guān)閥，但是關(guān)閥時間不夠快會導(dǎo)致流出較多原油，因此應(yīng)選擇帶有快速關(guān)斷功能的調(diào)節(jié)閥，而不應(yīng)采納廠家通常為了節(jié)約成本而采用的只能慢慢關(guān)閉的調(diào)節(jié)閥。

4.結(jié)論與展望

緩沖罐式脫水器脫水速度有限、在原油脫水中維護量大的特點注定了其在原油罐脫水中的局限性，而管道式結(jié)構(gòu)的脫水器因具有脫水速度快、無流通死角、維護量小的優(yōu)點，已經(jīng)在逐步被推廣，未來必將取代緩沖罐式的脫水器。而為了實現(xiàn)能夠在水的流動過程中檢測出油含量，則傳感器的原理不能基于穩(wěn)定的油水界面的檢測，液柱諧振原理的脫水器正是能在介質(zhì)流動的過程中很敏感地檢測水中的微量含油。因此，液柱諧振管道式自動脫水器是原油罐脫水中“利器”。

參考文獻：

[1] 化工原理， 陳敏恒等， 化學工業(yè)出版社， 2006

[2] 油罐自動脫水器原理與應(yīng)用的分析與探討， 韓德福， 中石化儲運系統(tǒng)高級研修班， 2013

[3] 儲油罐自動脫水器的原理和應(yīng)用， 吳培森， 全國油氣儲運技術(shù)交流研討會， 2008.