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罐及分離器游離水排放的一種工藝過程控制，針對原有控制系統(tǒng)，進(jìn)行輕烴游離水界面控制的探討，改變其測量儀表，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，實現(xiàn)輕烴游離水界面自動控制，減少輕烴誤排，消除排放游離水時輕烴揮發(fā)帶來的不安全隱患，以達(dá)到安全、環(huán)保的目的。

調(diào)節(jié)閥 測量儀表 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罐及分離器游離水排放的一種工藝過程控制，目前游離水排放方式有儀表自動控制排放和專用的排放閥、疏水器及手動敞開式排放等，由于輕烴儲罐 和 分 離 器 中 輕 烴 含 水 率 在 0.003% ～0.025% 之間，單位時間內(nèi)沉降的游離水較少，又易產(chǎn)生乳化層。在實際生產(chǎn)過程中，手動敞開式排水是用目測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)帶來的安全隱患，又損失一定數(shù)量的輕烴 ， 控 制 起 來 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，無法長周期運(yùn)行。用儀表自動控制排放游離水，目前控制回路利用率較低，測量儀表多為液位變送器（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)場為磁翻板液位計就地指示。由于參與控制的測量儀表不適應(yīng)被測介質(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?；谝陨显?，利用現(xiàn)有儀表控制回路進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，控制好輕烴游離水界面，達(dá)到在排放游離水的同時又能防止排出輕烴的目的。

1 原理分析

自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成由液位測量儀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，見圖1。

差壓變送器的工作原理為來自雙側(cè)導(dǎo)壓管的差壓（取壓點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，通過膜片內(nèi)的密封液傳導(dǎo)至測量元件上，測量元件將測得的差壓信號轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的電信號傳遞給轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過放大等處理變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號輸出（mA 值）。由于被測介質(zhì)輕烴游離水的特殊性，差壓變送器和單法蘭不能準(zhǔn)確實施測量。

圖1 自動調(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)角的變化通過霍爾效應(yīng)傳感器轉(zhuǎn)變成mV值信號，再通過放大器轉(zhuǎn) 換 成 電 流 信 號[2]。 雖 能 進(jìn) 行 測 量 但 其 維 護(hù) 校 驗 復(fù)雜不利于推廣應(yīng)用。

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場液位指示儀表，磁翻板液位計能反映其真實界面。磁翻板液位計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）隨著浮子的移動改變磁翻柱極性即顏色變化指示液位。由于設(shè)計簡單、堅固、緊湊被廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)場液位指示。與之配套的磁翻板液位變送器不與被測介質(zhì)直接接觸，通過液位計內(nèi)的帶磁性體的浮子跟隨被測界面移動，使液位變送器的傳感元件探測到磁場的位置即液面的位置，該液面的位置信號經(jīng)電路變換后按標(biāo)準(zhǔn)信號送出。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)液位計的被測液位發(fā)生改變，隨浮子移動的磁場透過液位計主體的管壁而觸發(fā)干簧觸點，從而形成一個由電阻值變化產(chǎn)生的電位器的輸出信號，其為一個同液位高度成正比的電壓信號。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)生不同分辨率的測量精度，形成可選測量等級的液位變送器。這種測量方式適應(yīng)該工藝介質(zhì)的變化。

2 改造的過程

控制回路利用率較低的主要原因在于測量儀表即液位變送器不適宜被測介質(zhì)的工況變化，導(dǎo)致無法正常投入自動控制輕烴游離水界面，將測量儀表改為磁翻板液位變送器，可時時跟蹤輕烴游離水界面的變化進(jìn)行排放。為防止誤動引入分析儀表，油水分析儀由含水分析儀和智能油水檢定儀組成。采用微波能級變量的原理工作，測量傳感器向被測介質(zhì)以一個合適的震蕩頻率連續(xù)不斷地發(fā)射微波，在被測介質(zhì)的作用下，發(fā)射至介質(zhì)中微波能級隨著介質(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，并得到我們所期望的有效的能夠反復(fù)重現(xiàn)的趨勢關(guān)系。含水分析儀的測量結(jié)果經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化電路轉(zhuǎn)化成電流信號送到智能油水檢定儀，智能油水檢定儀對信號進(jìn)行線性修正和分析，修正后的信號轉(zhuǎn)換成 4～20mA （DC）標(biāo)準(zhǔn)信號輸出給DCS系統(tǒng)。分析儀采用定時段采樣平均值分析方式，保證了測量的高精度和穩(wěn)定性，測量值準(zhǔn)確可靠，見圖2。

圖2 改造后自動調(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量儀表及現(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)攪動不利于沉降脫水），利用現(xiàn)場原有顯示儀表的磁翻板液位計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量界面變化時根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置游離水界面高低報警，當(dāng)界面處于高界面報警時且油水分析儀檢測到給管線含水時給調(diào)節(jié)閥發(fā)信號，開閥放水，待游離水界面處于低報時或油水分析儀檢測到輕烴時關(guān)閉調(diào)節(jié)閥。從而實現(xiàn)輕烴游離水界面的自動控制。

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上，調(diào)試簡單易于維護(hù)。

現(xiàn)油水分析儀表在國內(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、容器動態(tài)流體油品含水率在線測量的儀表，它能及時準(zhǔn)確反映油中含水率的變化，實現(xiàn)在線連續(xù)測量油中水含量的高低。先進(jìn)的測量技術(shù)和制造工藝，使現(xiàn)在的分析儀表的結(jié)構(gòu)、性能實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，分析探頭直接與流動的被測介質(zhì)接觸，就能實現(xiàn)精確的測量。

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)這一原理的測量儀表，具有結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，易于維護(hù)等優(yōu)點。在生產(chǎn)實際中，應(yīng)用這種選擇性控制系統(tǒng)的自動排放游離水，可以實現(xiàn)輕烴排水在密閉系統(tǒng)下進(jìn)行，消除因排水時輕烴揮發(fā)帶來的不安全隱患，并能減輕崗位工人的勞動強(qiáng)度，在自動排放控制中加大延時滯后的積分時間，相對延長了輕烴與游離水的分離時間，能夠消除手動排放游離水時的輕烴損失。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程控制。

[1]鄒慶余,董成云.氣初加工過程[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，163453。