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，進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提高儀表控制系統利用率，實現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帶來的不安全隱患，以達到安全、環保的目的。

調節閥 測量儀表 分析儀表 選擇控制 安全環保

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，單位時間內沉降的游離水較少，又易產生乳化層。在實際生產過程中，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帶來的安全隱患，又損失一定數量的輕烴 ， 控 制 起 來 較 難[1]。 采 用 排 放 閥 、 疏 水 器 進 行 排放，由于專業生產廠家不普及，配件維護跟不上，無法長周期運行。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）與調節閥組成的控制回路，現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被測介質的工況變化，使這一界面控制不穩，經常誤排輕烴。造成不必要的損失。基于以上原因，利用現有儀表控制回路進行適當的改造，控制好輕烴游離水界面，達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

自動調節系統的組成由液位測量儀表采集界面的變化輸送給DCS系統，根據界面的設定控制調節閥排放游離水，見圖1。

差壓變送器的工作原理為來自雙側導壓管的差壓（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隔離膜片上，通過膜片內的密封液傳導至測量元件上，測量元件將測得的差壓信號轉換為與之對應的電信號傳遞給轉換器，經過放大等處理變為標準電信號輸出（mA 值）。由于被測介質輕烴游離水的特殊性，差壓變送器和單法蘭不能準確實施測量。

圖1 自動調節系統流程

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、扭力矩管保護罩、扭力矩桿）、磁鐵、霍爾效應傳感器、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。轉角的變化通過霍爾效應傳感器轉變成mV值信號，再通過放大器轉 換 成 電 流 信 號[2]。 雖 能 進 行 測 量 但 其 維 護 校 驗 復雜不利于推廣應用。

經調查發現現場液位指示儀表，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，主體內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的磁性翻柱（根據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。由于設計簡單、堅固、緊湊被廣泛的應用于現場液位指示。與之配套的磁翻板液位變送器不與被測介質直接接觸，通過液位計內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電路變換后按標準信號送出。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，當液位計的被測液位發生改變，隨浮子移動的磁場透過液位計主體的管壁而觸發干簧觸點，從而形成一個由電阻值變化產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成的，這樣的結構所產生的信號近似于連續的，而不同間距的組合將產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。這種測量方式適應該工藝介質的變化。

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的工況變化，導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以一個合適的震蕩頻率連續不斷地發射微波，在被測介質的作用下，發射至介質中微波能級隨著介質的變化而相應的變化。合理的傳感器結構能很好的將介質變化轉化成微波的發射能級，并得到我們所期望的有效的能夠反復重現的趨勢關系。含水分析儀的測量結果經標準化電路轉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行線性修正和分析，修正后的信號轉換成 4～20mA （DC）標準信號輸出給DCS系統。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定性，測量值準確可靠，見圖2。

圖2 改造后自動調節系統流程

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有的調節閥在DCS系統中組成選擇性控制系統用于輕烴游離水界面控制，為防止頻繁開關調節閥，造成“液位震蕩”（介質攪動不利于沉降脫水），利用現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控界面的變化，在調節閥上游側加裝油水分析探頭，用以檢測出口管線中輕烴和游離水的變化情況，在DCS控制系統中進行選擇性分析判斷即在測量界面變化時根據現場情況設置游離水界面高低報警，當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節閥發信號，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閉調節閥。從而實現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用。有標準的配件易于安裝固定在磁翻板液位計上，調試簡單易于維護。

現油水分析儀表在國內外的控制領域已經廣泛應用，在大慶油田的采油廠應用也比較普及，穩定性較高，是一種適用于管道、容器動態流體油品含水率在線測量的儀表，它能及時準確反映油中含水率的變化，實現在線連續測量油中水含量的高低。先進的測量技術和制造工藝，使現在的分析儀表的結構、性能實現了質的飛躍，分析探頭直接與流動的被測介質接觸，就能實現精確的測量。

4 結論

利用浮子在不同密度介質中受到的力不同，依據這一原理的測量儀表，具有結構簡單，安全可靠，易于維護等優點。在生產實際中，應用這種選擇性控制系統的自動排放游離水，可以實現輕烴排水在密閉系統下進行，消除因排水時輕烴揮發帶來的不安全隱患，并能減輕崗位工人的勞動強度，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:黑龍江科學技術出版社,1990:130-274.

[2]王樹青,戴連奎,于玲,等.過程控制工程[M].2版.北京:化學工業出版社,2008:78-110.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.005.017

2013-02-11）

沙子涵，2012年畢業于東北石油大學電氣信息工程學院 （自動化 系），從 事生產管理 工作，E-mail：a-sarmy@163.com，地 址：黑龍江省大慶油田有限責任公司天然氣分公司六大隊，163453。