一種儲油大罐油水界面檢測技術及應用研究

覃麗++鄔群輝++李言章

[摘要]該系統(tǒng)是為新疆油田采氣一廠盆5采氣作業(yè)區(qū)專門設計開發(fā)的，利用傳感器技術檢測含水率，由此判斷油水界面位置，然后根據(jù)油水界面檢測達到自動排水功能的目的。現(xiàn)場運行3年多來，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，完全滿足了生產(chǎn)需要。

[關鍵詞]儲油大罐；油水界面監(jiān)測；自動排水

[DOI]1013939/jcnkizgsc201623072

1概述

油水界面檢測的方法很多，但是針對油田儲油大罐的油水界面的檢測有其特殊性。[1-3]該系統(tǒng)是為新疆油田采氣一廠盆5采氣作業(yè)區(qū)專門設計開發(fā)的，具有油水界面檢測、自動排水功能。主要由以下4個部分組成，即傳感器、數(shù)據(jù)采集與通信（變送器）、RTU控制系統(tǒng)、執(zhí)行器等。傳感器負責油水界面感知、識別；數(shù)據(jù)采集與通信系統(tǒng)負責對傳感器參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集，并把采集的數(shù)據(jù)以串行通信協(xié)議格式發(fā)送到上位機（RTU）處理、顯示和控制等；RTU控制系統(tǒng)負責對下位機（數(shù)據(jù)采集與通信系統(tǒng)）進行控制和輪詢，數(shù)據(jù)處理、顯示、手動控制、系統(tǒng)設置和操作控制等，并實現(xiàn)對執(zhí)行器（電動開關閥門）的控制?？刂朴袔追N方式可選：自動和手動。

2工作原理及實現(xiàn)方法

該系統(tǒng)油水界面?zhèn)鞲衅髟谧兯推鞯目刂葡?，?0節(jié)（不同高度）AD轉換器將罐體內不同高度的油水液體的含水率信息轉換為數(shù)字信號與變送器通信。

傳感器以數(shù)字電路為基礎，由若干個相互獨立的發(fā)射極、外電極組成，測量時由二次表發(fā)出可中斷脈沖作為步進指令信號，在步進脈沖信號作用下，使傳感器發(fā)射極依次逐級選通，由此實現(xiàn)了測量的垂直分層；選通的發(fā)射極與外公共電極構成液體取樣空間（取樣室），并組成耦合電場，耦合電場存在的液體，油、水和空氣阻抗介電系數(shù)不同，由此引起發(fā)射級吸收能量（AD值）發(fā)生變化，根據(jù)此變化設定含水率曲線函數(shù)。因此達到了垂直分層原油含水率測定的目的。含水率傳感器結構示意如圖1所示。圖1傳感器結構

油水界面變送器將傳感器的采集數(shù)字整理變換，按油水界面儀的通信協(xié)議與控制儀交換信息。

油水界面控制儀在投入運行前按0～100%分為10段對傳感器進行標定，即分別將傳感器置于含油率0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%，100%標準液，這里一定要注意的就是，水質必須是油水源的“水”。對于大罐油水界面檢測，由于油水分界線較明顯，檢測的傳感器數(shù)據(jù)變化很大，根據(jù)上下2段檢測值即可認定油水界面的存在。

大罐內裝的傳感器具有30節(jié)AD轉換，每節(jié)相距6cm，可以檢測180cm高度的含油率。根據(jù)油輕水重原理，認為含水率（100%-含油率，下同）變化增大方向由上至下，將用戶的目標含水率從下至上與各點的含水率比較，最接近目標含水率的即視為“油水界面”，從上述原理分析，這個“油水界面”的高度誤差+/-3cm。

根據(jù)“油水界面”對應的AD轉換的節(jié)點高度和傳感器安裝時里罐底的固有距離，可以計算出“油水界面”距罐底的高度。排水控制時，在傳感器安裝部分，可以任意設定控制水柱高度，也可以根據(jù)設定的附加排水時間（可根據(jù)經(jīng)驗認為設定），徹底排放傳感器底部的所有水。

3現(xiàn)場試驗

在現(xiàn)場設備安裝完成后，系統(tǒng)應用前需要做系統(tǒng)標定，廠家提供了默認的0%～100%含水率AD參數(shù)，沒有標定條件的用戶可以按此錄入使用，儀表系統(tǒng)也固化有此參數(shù)。建議有條件的用戶在該儀器投入運行前，可以配置相應的標準液，分別檢測含水率為0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%標準液下的AD值，然后錄入RTU控制器中。對傳感器進行標定，因為各個聯(lián)合站的非含油水的礦化度有區(qū)別，因而對應同一含水率的液體的檢測AD值也就不一樣。

其他參數(shù)的獲取，主要是傳感器安裝位置，即傳感器底部距大罐底部的距離（默認70 cm）；系統(tǒng)采樣輪詢時間（默認300 Sec）；附件放水時間（默認0 Sec）；基本放水單元（默認60 Sec）；油水界面控制位置，即控制界面（默認200 cm）；手動放水時間；閥門開關動作時間（默認30 Sec）；油水界面判斷方式，即含水率%、AD值與AD偏差值，并設定門限值。

如圖2所示，主要顯示油水界面位置，大罐底部距油水界面的高度，有以m為單位的，也有以cm為單位的。同時有輔助顯示功能，左則為圖示方式顯示，排水閥門符號在閃動時表示正在排水。表示正在數(shù)據(jù)采集，采集字節(jié)數(shù)，新疆油田某采氣作業(yè)區(qū)安裝的是30節(jié)傳感器，顯示數(shù)據(jù)為8×30=240字節(jié)，由此可以判斷儀表是否工作正常。圖3是手動操作模式界面。

通過屏幕點擊ON/OFF，可以切換手動閥門控制方式，顯示“ON…”時表示正在開閥放水，顯示“OFF…”時，表示正在關閥過程中或閥門已關閉。手動設定放水時間，建議采取“少量多次”的方式設定時間（秒），以防止判斷誤算放水時間發(fā)生。圖3手動放水操作界面

當傳感器變送器與RTU通信故障時，該標志閃動；指數(shù)據(jù)丟碼或失真時顯示閃動；指油水界面計算錯誤，或控制失靈。

4結論

利用本文技術設計的儲油大罐油水界面檢測和自動排水系統(tǒng)，已經(jīng)在油田系統(tǒng)應用多年，取得較好的應用效果。該系統(tǒng)具有安全可靠、操作便利、性能穩(wěn)定的特點，非常適合類似場所的推廣應用。

參考文獻：

[1]江杰，周寶朕基于頻率法的油水界面檢測裝置設計[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2015（5）.

[2]李高峰，付石，何帆，等油水界面自動監(jiān)測技術研究與應用[J].自動化與儀表，2012（6）.

[3]焦英芹，龍永福，王濤沉降罐油水界面在線監(jiān)測技術在油田的應用[J].石油化工應用，2010（11）.