微波界位計在渣油加氫裝置冷低分罐油水界位測量上的應用

劉偉光 何春輝 王一程

(中國石油廣西石化公司)

微波界位計在渣油加氫裝置冷低分罐油水界位測量上的應用

劉偉光 何春輝 王一程

(中國石油廣西石化公司)

基于微波能量吸收技術的Agar界位計可利用油和水介電常數不同，在探針頂端天線發(fā)射一個高頻低功耗能量，檢測天線周圍介質所吸收的能量，產生與油中水含量成線性關系的模擬量，并轉換輸出4～20mA信號。同時給出變送器的罐外離線校準方法。通過兩種儀表的測量曲線對比可以看出：微波界位計測量更加靈敏，滿足工藝控制要求。

微波界位計 渣油加氫 油水界位

某煉油廠每年400萬噸渣油加氫裝置采用美國煉油工藝包專利技術，冷低分油水分離罐采用臥式罐，使用兩臺外沉筒液位計測量重油與水的界位，用于脫水控制。自2014年開工以來，一直存在界位測量不準的問題。雖對浮筒界位計多次排污、重新灌水標定，儀表還是經常顯示超量程。大多數時間都要靠操作人員憑經驗手動控制閥門來調節(jié)界位，導致脫出的污水帶油，該界位成了生產的一大難題。脫水控制實際是盡量降低水洗水中的含油量，筆者推薦應用一種新型儀表，通過不同介質的介電常數差異原理，測量渣油中水的含量，達到精確分離效果的測量與控制。

1 冷低分界位計現狀

1.1冷低分工藝流程說明和浮筒液位計現場安裝情況

減壓渣油經加氫反應和熱高分、冷高分后，50℃的渣油進入低分罐頂部，水洗用原水從冷低分罐下部注入罐內，混合后通過破沫網到隔油板前，上部重油介質溢過隔油板，而水被隔油板阻擋，從底部排水口排出。期望以此設計結構，達到油水分離的效果。浮筒液位計在冷低分罐上的安裝位置如圖1所示，浮筒測量口在破沫網和隔油板之間的器壁上開孔，上、下測量口間距是356mm。

1.2浮筒液位計存在的問題

從低分罐器壁的測量口出來后經過配管，安裝兩臺外浮筒液位計用于測量界位，分析測量不準的原因有以下4點：

a. 冷低分為臥罐型式，下部沒有脫水包，浮筒液位計測量范圍窄(356mm)，無法清晰分層。

b. 油、水密度差為0.114g/cm3，密度差小，所用的浮筒界位計量程小，導致測量波動大。

c. 罐內工況復雜。罐內介質為重油、酸性水、H2S，同時油水存在乳化夾帶，對測量造成干擾。

d. 浮筒安裝在引出管線上，連通管中渣油凝點低，易冷凝，使得測量滯后，無法真實反映罐內介質變化情況。

2 冷低分界位計的選擇與原理

2.1冷低分界位計的選擇

用于測量界位的常規(guī)儀表有浮筒液位計、雙法蘭液位計及磁致伸縮液位計等，但這類儀表無法解決油水不能分層、粘度大、密度差小、氣液兩相問題。即使選用內浮筒也很難解決上述問題。微波界位計因為工作原理比較特殊，適用于該場合。采用直接插入罐內安裝方式，直接接觸介質，可以更準確地進行測量。

2.2微波界位計的工作原理

Agar ID-201型界位計的工作原理是基于微波能量吸收技術。探針頂端天線發(fā)射一個高頻低功耗能量，檢測范圍是尖端天線周圍的球型區(qū)域，部分能量被天線周圍的介質吸收，產生一個與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水的濃度，根據檢測球形區(qū)域的油水濃度，輸出4～20mA電流信號。儀表的結構如圖2所示。

圖1 冷低分罐結構

圖2 微波界位計結構示意圖

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

式中Eo——油的介電常數，Eo=2～3；

Ew——水的介電常數，Ew=78。

從公式中可以看出油中水的含量與介電常數成線性關系，通過放大電路，將水含量轉換為4～20mA信號輸出。

3 微波界位計的應用

3.1微波界位計的安裝

微波界位計在冷低分上的安裝示意圖如圖3所示，探針總長度為108英寸(1英寸=25.4mm)，發(fā)射天線長16英寸，探針插入罐內的長度為80英寸。探針的天線尖端與現場原有的浮筒界位計的下沿對齊，原有的浮筒界位計上下沿高度為356mm。探針是通過法蘭安裝的，探針桿的末端穿過法蘭，確定好探針的插入長度后，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微波界位計的調試

Agar ID-201型界位計探針的校準方式有兩種：罐內校準和罐外校準，筆者給出罐外校準的方法。罐外校準要用到兩個鐵桶，一個鐵桶裝滿純油，即與罐內相同介質的油品，常溫下應做密度修正；一個鐵桶裝滿新鮮(原)水。鐵桶要足夠高，可以淹沒探針的發(fā)射天線，探針浸在油桶中標定零點，水桶中標定滿度。校準過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，具體校驗步驟略去。

3.3應用效果對比

儀表投用后，同時觀察原浮筒界位計和微波界位計的測量曲線(圖4)。從測量曲線上看，浮筒液位計其中一臺一直顯示滿量程，另一臺界位從96.00%緩慢下降到90.35%，而同時間的微波界位計的測量值在57%左右，曲線呈鋸齒狀，說明微波界位計的測量比浮筒液位計更為靈敏。微波界位計控制回路投入自動控制切水閥，運行穩(wěn)定，采出的油樣和水樣分層清晰，滿足工藝控制的要求。

圖3 微波界位計在冷低分上的安裝示意圖

圖4 浮筒界位計(130LIC2011A、B)和微波界位計(130LIC2011C)測量趨勢對比

4 結束語

微波式油水界位計已在渣油加氫裝置的重油分離脫水的油水界面測量上得到成功應用，并實現了油水界位的自動控制，其控制方差在±5%以內，滿足工藝環(huán)保和節(jié)能指標要求。此種儀表無可動件、校驗方便、維護量小且壽命長，缺點是進口產品價格較高。另外，由于原油的密度和粘度小于渣油數值，所以該儀表還可用于原油罐脫水和電脫鹽界位的測量。

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-)，高級工程師，從事煉油過程控制系統(tǒng)與儀表的維護工作，liuweiguang@petrochina.com.cn。

TH816

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1000-3932(2017)11-1033-03

2017-06-16，

2017-07-04)