智能型自動切水器在儲油罐區(qū)的研究與應(yīng)用

張長楊，賈曉偉，趙建良，徐金文

(正和集團(tuán)股份有限公司，山東 東營 25742)

儲運(yùn)罐區(qū)儲油罐污水排放在石化行業(yè)生產(chǎn)過程中是非常重要的環(huán)節(jié)。以前采用人工切水，切水過程中容易將油放出，造成環(huán)境污染；污水中含有硫化氫，對工人的健康存在威脅。隨著石化企業(yè)對油罐切水越來越重視，實(shí)現(xiàn)儲油罐自動切水成為了安全環(huán)保達(dá)標(biāo)的條件。

2016年，我公司新建了12個(gè)原料罐，安裝使用的是一種全新的智能型自動切水器，該自動切水器(型號OW-03-QF-YTH)安裝簡單，現(xiàn)場只需將排水管線法蘭對接即可完成安裝，采用的測量原理非常先進(jìn)，這種智能型自動切水系統(tǒng)的原理是利用短波吸收法原理，測量儲油罐排水管道內(nèi)不同介質(zhì)的介電常數(shù)。針對電磁波來說它是無線電短波，其頻率范圍為3～30 MHz之間；波長范圍10～100 m之間。根據(jù)電磁波的物理特性:電磁短波在通過液體介質(zhì)時(shí)或多或少地被介質(zhì)所吸收。不同頻率的電磁短波在通過同一介質(zhì)或同一頻率的電磁短波通過不同的介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)所吸收的短波能量是不同的，吸收多少服從朗伯-貝爾定律：

I0=IeucL (1)

式中I為穿透能量；I0為入射能量；u為吸收系數(shù)；為介e質(zhì)系數(shù)(也稱介電常數(shù))；c為數(shù)學(xué)常數(shù)，l為介質(zhì)厚度。將公式(1)導(dǎo)成如下形式：

I0=Ieucl (2)

對于混合介質(zhì)，則有如下形式：

I0=Ie(u1c1l1+u2c2l2+．．．) (3)

式中u1c1l1和u2c2l2 分別代表著兩種不同物質(zhì)的吸收系數(shù)、介質(zhì)濃度及介質(zhì)厚度，當(dāng)檢測儀用于檢測油水含量時(shí)，則兩種物質(zhì)分別為水和油，當(dāng)檢測儀發(fā)射一定頻率(4 MHz )的電磁短波時(shí)，油對這個(gè)頻率的電磁短波能量的吸收系數(shù)u很小，這里我們將其近似為零，則式(3)導(dǎo)成如下形式：

I0=Ieu1c1l1 (4)

對于頻率一定的電磁波，水的吸收系數(shù)保持不變；當(dāng)傳感器尺寸一定時(shí)，則l確定；電磁波透射能量I被管線吸收，這個(gè)能量隨介質(zhì)的變化很小，可近似為恒定值。故從式(4)中可知，探測器發(fā)射能量I只能隨著介質(zhì)濃度(在這里為水)變化而變化，呈非線性曲線特性。當(dāng)油水乳化層的含水率變化時(shí)，發(fā)射器發(fā)射功率的變化，將引起發(fā)射器內(nèi)部振蕩源電流值1的變化，將這個(gè)變化了的電流反饋輸出給控制器，經(jīng)過調(diào)零、放大、整形后，作為標(biāo)準(zhǔn)信號，再經(jīng)過線性化處理，實(shí)現(xiàn)油中含水率的測定。

1 自動切水器

(1)自動切水器采用密閉管線切水方式，杜絕了就地排放對環(huán)境造成的污染；去除了VOC氣體揮發(fā)，保護(hù)現(xiàn)場操作人員的人身健康。切水過程中帶出的少量原油經(jīng)由密閉管線輸送到二次脫水罐進(jìn)行終端脫水，污油回收。傳感器探頭采用表面納米特氟龍涂覆工藝，具有超強(qiáng)的防掛料及耐腐蝕特性，并適用不同的介質(zhì)，具有極高的檢測精度。

(2)自動切水器具有反沖洗功能：可在儀表檢測不靈敏的情況下，用外接蒸汽或熱水吹掃，清洗探頭，使檢測精度恢復(fù)正常。

(3)測量傳感器自帶油品校對取樣閥。

2 油品類型

我公司在中間原料油罐區(qū)輕污油罐安裝了三套，重污油罐安裝了三套，石腦油罐安裝了6套，共計(jì)十二套OE-03-QF-YTH型自動切水器，油品類型涵蓋了輕質(zhì)油、輕污油、重污油。

3 現(xiàn)場儀表安裝

該自動切水器由現(xiàn)場儀表設(shè)備、現(xiàn)場防爆型PLC可編程控制器、中控室DCS組態(tài)組成?，F(xiàn)場儀表設(shè)備包括水中含油檢測儀、氣動閥單元(閥體、執(zhí)行器、回訊器、防爆電磁閥)及管道視鏡。上述所有設(shè)備均采用管道法蘭式安裝。

水中含油檢測儀采用雙探頭結(jié)構(gòu)，每個(gè)探頭插在獨(dú)立的管道腔體內(nèi)，探頭的檢測長度達(dá)到300 mm，直接接觸管線內(nèi)的介質(zhì)(含油污水)獨(dú)立檢測；傳感器探頭水平放置，當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，管線內(nèi)的油沿著管線上部流回儲油罐內(nèi)，使管線內(nèi)充滿水，進(jìn)行下一次切水控制。

氣動閥組件和管道視鏡安裝于水中含油檢測儀的后面，全部采用法蘭安裝方式。現(xiàn)場設(shè)備安裝比較方便，只需要將各設(shè)備按次序法蘭安裝、緊固即可。這樣安裝的優(yōu)勢是污水無需沉降一段時(shí)間才能切水，切水量可達(dá)50 m3/h，最大限度的將污水切凈，對于污水量較大的儲油罐切水非常適合。

4 控制方式

控制方式采用雙探頭檢測水中含油率，控制邏輯簡單、可靠。當(dāng)傳感器探頭的檢測信號同時(shí)大于設(shè)定值(95%，參考值)時(shí)，打開閥門，開始切水，防止切水的誤操作。當(dāng)任一傳感器探頭的檢測信號低于設(shè)定值(85%，參考值)時(shí)，關(guān)閉閥門，停止切水，防止儀表出現(xiàn)單一故障時(shí)發(fā)生跑油事故。

安全設(shè)置：按照每個(gè)儲油罐切水時(shí)間的規(guī)律，設(shè)定強(qiáng)制關(guān)閥時(shí)間，避免跑油。

5 切水運(yùn)行狀況

經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際切水，我們發(fā)現(xiàn)該智能型自動切水器的特點(diǎn)是切水處理量大，現(xiàn)場設(shè)備安裝簡單、方便，組態(tài)控制邏輯清晰、可靠、穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了自動切水的控制，符合生產(chǎn)的要求。切水器運(yùn)行安全可靠，可全天候無人看管，實(shí)現(xiàn)智能化全自動切水，對工藝操作的生產(chǎn)效率有很大提高，減輕了工人現(xiàn)場操作勞動強(qiáng)度，同時(shí)也避免了人工切水易造成的安全隱患。

6 自動切水器的現(xiàn)場操作與調(diào)試

在確認(rèn)安裝、連接無誤后即可通油、通電運(yùn)行。開機(jī)上電后儀表將顯示含水曲線圖，含水曲線圖上方顯示含水率的變化，儀表的各項(xiàng)參數(shù)通過廠家研制開發(fā)的無線操作終端進(jìn)行無線傳輸調(diào)節(jié)。

調(diào)試主要是力求對實(shí)時(shí)含水的檢測準(zhǔn)確，不可操之過急。因?yàn)閺S家標(biāo)定用的原油和用戶要測試的原油品位會有差異，水的礦化程度也不可能完全相同，所以在調(diào)試之前必須做對比實(shí)驗(yàn)。

我們知道，油中含水分油包水相的乳化狀態(tài)和水包油相的混合狀態(tài)，對于兩個(gè)不同的狀態(tài)，儀表獲得的信號是大不一樣的，因此我們必須用兩條不同的曲線來描述。調(diào)試過程就是對這兩條曲線的修正過程，但沒有足夠多的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)就不能準(zhǔn)確判斷曲線的偏差量，就無法修正，所以在含水0～10%的低含水范圍內(nèi)至少要有3個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)越多修正效果會越好。

7 結(jié)論

OW-03-QF-YTH智能型自動切水器投入生產(chǎn)運(yùn)行以來，能達(dá)到儲油罐自動切水控制的目的，滿足了生產(chǎn)節(jié)能、環(huán)保及安全生產(chǎn)的要求，是適合儲油罐自動切水技術(shù)要求的具有先進(jìn)性的、新型的智能型自動切水器。