劉偉光 何春輝 王一程

(中國(guó)石油廣西石化公司)

微波界位計(jì)在渣油加氫裝置冷低分罐油水界位測(cè)量上的應(yīng)用

劉偉光 何春輝 王一程

(中國(guó)石油廣西石化公司)

基于微波能量吸收技術(shù)的Agar界位計(jì)可利用油和水介電常數(shù)不同，在探針頂端天線發(fā)射一個(gè)高頻低功耗能量，檢測(cè)天線周?chē)橘|(zhì)所吸收的能量，產(chǎn)生與油中水含量成線性關(guān)系的模擬量，并轉(zhuǎn)換輸出4～20mA信號(hào)。同時(shí)給出變送器的罐外離線校準(zhǔn)方法。通過(guò)兩種儀表的測(cè)量曲線對(duì)比可以看出：微波界位計(jì)測(cè)量更加靈敏，滿(mǎn)足工藝控制要求。

微波界位計(jì) 渣油加氫 油水界位

某煉油廠每年400萬(wàn)噸渣油加氫裝置采用美國(guó)煉油工藝包專(zhuān)利技術(shù)，冷低分油水分離罐采用臥式罐，使用兩臺(tái)外沉筒液位計(jì)測(cè)量重油與水的界位，用于脫水控制。自2014年開(kāi)工以來(lái)，一直存在界位測(cè)量不準(zhǔn)的問(wèn)題。雖對(duì)浮筒界位計(jì)多次排污、重新灌水標(biāo)定，儀表還是經(jīng)常顯示超量程。大多數(shù)時(shí)間都要靠操作人員憑經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)控制閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)界位，導(dǎo)致脫出的污水帶油，該界位成了生產(chǎn)的一大難題。脫水控制實(shí)際是盡量降低水洗水中的含油量，筆者推薦應(yīng)用一種新型儀表，通過(guò)不同介質(zhì)的介電常數(shù)差異原理，測(cè)量渣油中水的含量，達(dá)到精確分離效果的測(cè)量與控制。

1 冷低分界位計(jì)現(xiàn)狀

1.1冷低分工藝流程說(shuō)明和浮筒液位計(jì)現(xiàn)場(chǎng)安裝情況

減壓渣油經(jīng)加氫反應(yīng)和熱高分、冷高分后，50℃的渣油進(jìn)入低分罐頂部，水洗用原水從冷低分罐下部注入罐內(nèi)，混合后通過(guò)破沫網(wǎng)到隔油板前，上部重油介質(zhì)溢過(guò)隔油板，而水被隔油板阻擋，從底部排水口排出。期望以此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，達(dá)到油水分離的效果。浮筒液位計(jì)在冷低分罐上的安裝位置如圖1所示，浮筒測(cè)量口在破沫網(wǎng)和隔油板之間的器壁上開(kāi)孔，上、下測(cè)量口間距是356mm。

1.2浮筒液位計(jì)存在的問(wèn)題

從低分罐器壁的測(cè)量口出來(lái)后經(jīng)過(guò)配管，安裝兩臺(tái)外浮筒液位計(jì)用于測(cè)量界位，分析測(cè)量不準(zhǔn)的原因有以下4點(diǎn)：

a. 冷低分為臥罐型式，下部沒(méi)有脫水包，浮筒液位計(jì)測(cè)量范圍窄(356mm)，無(wú)法清晰分層。

b. 油、水密度差為0.114g/cm3，密度差小，所用的浮筒界位計(jì)量程小，導(dǎo)致測(cè)量波動(dòng)大。

c. 罐內(nèi)工況復(fù)雜。罐內(nèi)介質(zhì)為重油、酸性水、H2S，同時(shí)油水存在乳化夾帶，對(duì)測(cè)量造成干擾。

d. 浮筒安裝在引出管線上，連通管中渣油凝點(diǎn)低，易冷凝，使得測(cè)量滯后，無(wú)法真實(shí)反映罐內(nèi)介質(zhì)變化情況。

2 冷低分界位計(jì)的選擇與原理

2.1冷低分界位計(jì)的選擇

用于測(cè)量界位的常規(guī)儀表有浮筒液位計(jì)、雙法蘭液位計(jì)及磁致伸縮液位計(jì)等，但這類(lèi)儀表無(wú)法解決油水不能分層、粘度大、密度差小、氣液兩相問(wèn)題。即使選用內(nèi)浮筒也很難解決上述問(wèn)題。微波界位計(jì)因?yàn)楣ぷ髟肀容^特殊，適用于該場(chǎng)合。采用直接插入罐內(nèi)安裝方式，直接接觸介質(zhì)，可以更準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量。

2.2微波界位計(jì)的工作原理

Agar ID-201型界位計(jì)的工作原理是基于微波能量吸收技術(shù)。探針頂端天線發(fā)射一個(gè)高頻低功耗能量，檢測(cè)范圍是尖端天線周?chē)那蛐蛥^(qū)域，部分能量被天線周?chē)慕橘|(zhì)吸收，產(chǎn)生一個(gè)與吸收率相關(guān)的模擬信號(hào)。水吸收大部分信號(hào)，油吸收相對(duì)較小部分的信號(hào)，根據(jù)被介質(zhì)吸收的信號(hào)量得出油中水的濃度，根據(jù)檢測(cè)球形區(qū)域的油水濃度，輸出4～20mA電流信號(hào)。儀表的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 冷低分罐結(jié)構(gòu)

圖2 微波界位計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

基于測(cè)量油水混合物(乳化物)的復(fù)合介電常數(shù)Em，通過(guò)Bruggeman方程得到含水率W公式：

式中Eo——油的介電常數(shù)，Eo=2～3；

Ew——水的介電常數(shù)，Ew=78。

從公式中可以看出油中水的含量與介電常數(shù)成線性關(guān)系，通過(guò)放大電路，將水含量轉(zhuǎn)換為4～20mA信號(hào)輸出。

3 微波界位計(jì)的應(yīng)用

3.1微波界位計(jì)的安裝

微波界位計(jì)在冷低分上的安裝示意圖如圖3所示，探針總長(zhǎng)度為108英寸(1英寸=25.4mm)，發(fā)射天線長(zhǎng)16英寸，探針插入罐內(nèi)的長(zhǎng)度為80英寸。探針的天線尖端與現(xiàn)場(chǎng)原有的浮筒界位計(jì)的下沿對(duì)齊，原有的浮筒界位計(jì)上下沿高度為356mm。探針是通過(guò)法蘭安裝的，探針桿的末端穿過(guò)法蘭，確定好探針的插入長(zhǎng)度后，鎖緊法蘭上的鎖緊螺帽，固定探針，再將變送器安裝到探針桿上端。

3.2微波界位計(jì)的調(diào)試

Agar ID-201型界位計(jì)探針的校準(zhǔn)方式有兩種：罐內(nèi)校準(zhǔn)和罐外校準(zhǔn)，筆者給出罐外校準(zhǔn)的方法。罐外校準(zhǔn)要用到兩個(gè)鐵桶，一個(gè)鐵桶裝滿(mǎn)純油，即與罐內(nèi)相同介質(zhì)的油品，常溫下應(yīng)做密度修正；一個(gè)鐵桶裝滿(mǎn)新鮮(原)水。鐵桶要足夠高，可以淹沒(méi)探針的發(fā)射天線，探針浸在油桶中標(biāo)定零點(diǎn)，水桶中標(biāo)定滿(mǎn)度。校準(zhǔn)過(guò)程中探針天線不能接觸桶底或者桶壁。此儀表可以用HART手操器校驗(yàn)，具體校驗(yàn)步驟略去。

3.3應(yīng)用效果對(duì)比

儀表投用后，同時(shí)觀察原浮筒界位計(jì)和微波界位計(jì)的測(cè)量曲線(圖4)。從測(cè)量曲線上看，浮筒液位計(jì)其中一臺(tái)一直顯示滿(mǎn)量程，另一臺(tái)界位從96.00%緩慢下降到90.35%，而同時(shí)間的微波界位計(jì)的測(cè)量值在57%左右，曲線呈鋸齒狀，說(shuō)明微波界位計(jì)的測(cè)量比浮筒液位計(jì)更為靈敏。微波界位計(jì)控制回路投入自動(dòng)控制切水閥，運(yùn)行穩(wěn)定，采出的油樣和水樣分層清晰，滿(mǎn)足工藝控制的要求。

圖3 微波界位計(jì)在冷低分上的安裝示意圖

圖4 浮筒界位計(jì)(130LIC2011A、B)和微波界位計(jì)(130LIC2011C)測(cè)量趨勢(shì)對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

微波式油水界位計(jì)已在渣油加氫裝置的重油分離脫水的油水界面測(cè)量上得到成功應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)了油水界位的自動(dòng)控制，其控制方差在±5%以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足工藝環(huán)保和節(jié)能指標(biāo)要求。此種儀表無(wú)可動(dòng)件、校驗(yàn)方便、維護(hù)量小且壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格較高。另外，由于原油的密度和粘度小于渣油數(shù)值，所以該儀表還可用于原油罐脫水和電脫鹽界位的測(cè)量。

TheApplicationofAgarMicrowaveInterfaceDetectorinWaterCutofVRDSUnitCoolSeparator

LIU Wei-guang, HE Chun-hui, WANG Yi-cheng

(PetroChinaGuangxiPetrochemicalCompany)

Agar interface detector which based on microwave energy absorption technology makes use of the difference between oil’s dielectric constant and that of the water to emit high frequency and low power wave at the top of ID sensor antenna so as to detect the amount of energy absorbed by transmitter and to obtain an analog which has linear relationship with water content in the oil and then, to have them converted into 4～20mA for output. The off-line calibration method of the transmitter outside of the tank was presented. Comparing the measurement curves of two instruments shows that, this Agar microwave interface detector becomes more sensitive in measurement and it can satisfy the process requirements.

microwave detector, VRDS unit, oil/water interface

劉偉光(1962-)，高級(jí)工程師，從事煉油過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表的維護(hù)工作，liuweiguang@petrochina.com.cn。

TH816

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1000-3932(2017)11-1033-03

2017-06-16，

2017-07-04)