蔣敦藝，石相濤，閆 磊

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

在原油生產過程中，從油井中開采出來的原油是含有一定水分的，由于油和水的比重不同，原油中的水分會沉降在儲油罐底部。儲油罐脫水是油品儲運過程中的一個重要環(huán)節(jié)。由于現(xiàn)場條件的復雜性,油田或煉油廠的儲油罐含水量檢測與脫水一直是十分棘手的問題。目前主要采用人工脫排水的方式。這種方式不僅無法實時檢測含水量,而且對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。同時人工排水還易造成脫水跑油的生產事故。近年來,國內外非常重視油品儲運自動化及油水界位檢測、控制新方法的研究,推出了短波界位儀、壓差變送器、氣動浮筒界位變送器等作為傳感器，采用射頻波、超聲波等先進技術檢測油水界位。這些方法各有特點，但都存在一些缺點，如結構復雜、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，給油水界位的檢測帶來很大困難。為了從根本上解決這個問題，我們采用一種基于微波能量吸收原理的AGAR ID200界位探測儀，通過測量油中含水率控制油水界位，并自動控制閥門排水，從而實現(xiàn)儲油罐自動脫水。

1 原理

Agar公司自動脫水系統(tǒng)是基于ID200界位探測儀，該探針原理為微波能量吸收技術，探針尖端天線發(fā)射一個高頻低功耗能量，檢測范圍是尖端天線周圍3″球型區(qū)域，部分能量被天線周圍的介質吸收，產生一個和吸收率相關的模擬信號。水吸收大部分信號，油吸收相對較小部分的信號，根據被介質吸收的信號量得出油中含水率。所有類型的油品都類似，產生一個小信號，氣體/空氣的讀數比油品還略小，所有的水流體產生一個相對高的信號，根據檢測球形區(qū)域的油水濃度，輸出模擬4~20mA電流信號。當油水界面很清晰的時候，信號隨著界面的改變而改變，在乳化液中，信號隨著水濃度的變化而變化。

2 系統(tǒng)結構及控制策略

Agar自動脫水系統(tǒng)典型的安裝方式如圖1所示。

圖1 Agar自動脫水器常規(guī)安裝方式圖

在排水口兩側罐壁等高安裝2個ID200界面濃度探測儀，設定檢測到的含水量大于80%為水，小于80%為油。通過2個探針不同的檢測狀態(tài)，控制排水閥實現(xiàn)自動脫水，同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)視?？刂七壿嬕妶D2。

圖2 常規(guī)脫水系統(tǒng)控制邏輯圖

自動脫水器控制箱面板上有3個指示燈：水燈（Water），油燈（Oil），報警燈（Alarm），有如下幾種狀態(tài)：

（1）低位探針檢測到水，高位探針也檢測到水，正常排水狀態(tài)，水燈亮，氣動閥自動打開。DCS畫面上氣動閥顯示打開狀態(tài)。無需操作人員干預，可定時到現(xiàn)場查看排出水情況。

（2）低位探針檢測到水，高位探針檢測到油，油燈亮，氣動閥自動關閉，DCS畫面上氣動閥顯示關閉狀態(tài)。無需操作人員干預，可定時到現(xiàn)場查看排出水情況。

（3）低位探針檢測到油，高位探針失效，報警狀態(tài)，報警燈亮，DCS畫面產生聲光報警，如果聲光報警很快消失，說明有干擾，操作人員可以不處理，到現(xiàn)場看一下氣動閥的狀態(tài)是否正常。如果一直報警，說明氣動閥故障，無法自動關閉，操作人員必須在20min之內趕到現(xiàn)場，關閉排水線根部閥門，然后找相關人員維修氣動閥，氣動閥正常后，可以打開排水線根部閥門，投入到自動排水狀態(tài)。

Agar自動脫水典型系統(tǒng)已經在某公司石化原油罐安裝調試成功，效果很好，完全實現(xiàn)了自動脫水，對脫出水采樣的結果是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)儲備庫的10萬m3和15萬m3原油罐為整體熱處理罐，無法在罐壁上開孔，因此專門設計了罐外脫水的方式。3個ID-200界位探測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。工藝流程圖見圖3。邏輯圖見圖4。

圖3 罐外方案自動脫水工藝流程圖

圖4 罐外方案自動脫水控制邏輯圖

自動排水過程如下：

（1）當集水罐內達到自動脫水器自動排水狀態(tài)時，氣動閥自動打開，進行排水，進入自動脫水循環(huán)狀態(tài)中。此時DCS畫面上氣動閥顯示打開狀態(tài)。無需操作人員干預，可定時到現(xiàn)場查看排出水情況。

（2）當集水罐內達到自動脫水器自動關閉狀態(tài)時，氣動閥自動關閉，DCS畫面上氣動閥顯示關閉狀態(tài)。無需操作人員干預，可定時到現(xiàn)場查看氣動閥狀態(tài)和排出水情況。

（3） 氣動閥自動關閉2h后，操作人員到現(xiàn)場，打通回油流程，檢查一切正常后，告知操作室遠程啟動隔膜泵電磁閥，將集水罐中的油打回到原油罐中，運行5min后(時間可在畫面上調整)隔膜泵自動停止。在這個過程中，原油罐的油水進入集水罐，如果再次達到自動脫水狀態(tài)，則繼續(xù)自動脫水，若未達到，繼續(xù)等待罐內沉降，2h后再重復本流程。

（4）當報警探針檢測到油時，報警狀態(tài)，DCS畫面產生聲光報警，如果聲光報警很快消失，說明是有干擾，操作人員可以不處理，到現(xiàn)場看一下氣動閥的狀態(tài)是否正常。如果一直報警，說明氣動閥故障，無法自動關閉，操作人員必須在5min之內趕到現(xiàn)場，關閉排水線根部閥門，然后找相關人員維修氣動閥，氣動閥正常后，可以打開排水線根部閥門，投入到自動排水狀態(tài)。

罐外脫水的試驗結果如下：

（1）脫水器正常投運后第1次測試，上午9：40氣動閥自動打開，采樣剛開始的排出水化驗，檢測結果為111×10-6。

3 效果與結論

基于AGAR ID200 界位探測儀的儲油罐自動脫水系統(tǒng)是根據目前石化行業(yè)儲罐脫水的需要，是世界獨家專利，優(yōu)點是耐用，穩(wěn)定性強且免維護，可在線插拔更換，不受介質特性、密度、溫度等情況影響。從以上的試驗結果可以得出，AGAR 自動脫水系統(tǒng)可以實現(xiàn)連續(xù)自動脫水，保證排出的水達到環(huán)保直接排放標準，大大減輕了操作人員的勞動強度和人工切水時出現(xiàn)的硫化氫中毒現(xiàn)象，并減少了油品浪費和環(huán)境污染，同時也滿足了石化系統(tǒng)排放暗溝化、管道化的規(guī)范要求。

儲油罐自動脫水器的開發(fā)和應用對石油化工工業(yè)的生產技術和生產自動化的提高，無疑是一項重要的貢獻。它解決了石化行業(yè)的儲油罐脫水采用人工操作，對油水的分離無法嚴格控制，排水的含油量比較高，造成油品的浪費，污染環(huán)境等問題，克服了人為誤操作帶來的極大安全隱患。