新型電脫鹽界位優化控制系統

戴琴榮，韓冰，宋艷偉

(1. 中國石油廣西石化公司， 廣西 欽州 535008； 2. 中國石油工程建設公司華東設計分公司，山東 青島 266071)

原油在進入蒸餾前，首先要經過電脫鹽裝置進行脫鹽、脫水處理，以保證下游設備的正常及長周期運行。但隨著原油品種劣質化、種類更換頻繁[1]、來源多樣化的趨勢，給電脫鹽的穩定運行帶來挑戰。常見的問題主要是乳化導致界面不清晰，使得電脫鹽運行效率下降，影響脫鹽效果、排水水質，脫后原油含鹽合格率降低[2]，嚴重時影響裝置處理負荷、催化裂化裝置催化劑的性能及消耗。

目前，國內電脫鹽油水界面控制大多采用射頻導納液位計、電容式差壓液位計或雙法蘭差壓式液位計等。但此類液位計存在諸如原油密度變化后檢測不準確、乳化嚴重時檢測失效、維修工作量大等問題。筆者介紹了一種AGAR公司基于微波能量吸收原理的由界位探測儀(ID200系列)和含水率分析儀(OW300系列)組成的新型電脫鹽界位優化控制系統，通過準確檢測油水界位和來料油水含量，使電脫鹽系統操作運行得到優化，從而充分發揮電脫鹽裝置的處理能力。

1 ID200系列界位探測儀和OW300系列含水率分析儀原理

ID200系列界位探測儀原理是利用微波能量吸收技術。由于油和水的介電常數是數量級的差別[3]，對微波能量的吸收能力有很大不同。探測儀的探針尖端天線發射1個高頻低功耗微波，其檢測范圍是以尖端天線為直徑的球形區域，部分能量被天線周圍的介質吸收，產生1個和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信號，根據被介質吸收的信號量得出油中含水率。所有類型的油品都會產生1個小信號，氣體/空氣的吸收信號比油品略小，而水產生1個相對較強的信號，根據檢測球形區域的油水體積分數，輸出模擬4～20mA電流信號。當油水界面很清晰時，信號隨著界面的改變而改變。在乳化液中，信號隨著水體積分數的變化而變化[4]。

OW300系列含水率分析儀采用復合高頻微波法，測量流體電介質性能，不受連續相影響，可以測量體積分數在0～20%內的烴/水混合物。不同于其他基于微波、密度或電容的測試儀器，該油/水分析儀是一種精確度不受分析組分鹽度、密度、黏度、溫度和速度等條件影響的儀表。即使在有影響光學儀器準確性的工藝涂層工況下，高頻信號的精確度也不會改變。

2 電脫鹽界位優化控制系統結構及實際應用

2.1 AGAR電脫鹽界位優化控制系統構成

AGAR電脫鹽界位優化控制系統如圖1所示。

圖1 AGAR電脫鹽界位優化控制系統示意

AGAR電脫鹽界位優化控制系統由4根探針組成。4根探針均基于微波能量吸收原理。1號、2號、4號探針為ID200系列界位探測儀，安裝在電脫鹽罐罐體上；3號探針為OW300系列含水率分析儀，安裝在原油進料線上。這些探針的輸出信號與探針所在位置的含水率成正比。

1)圖1中1號探針為界位控制探針。設定值一般為80%(也可根據實際需要調整)，自動控制脫鹽水出口閥。由于其測量準確、響應靈敏，有助于界面的穩定控制，從而具有改善排水含油的性能。

2)圖1中2號探針主要用于監測電極板下方乳化層。乳化層向上增長會造成電極板過載，通過2號探針實時監測電極板下方乳化層狀況，提醒操作人員根據需要調整破乳劑注入量， 節省了運行成本[5]。同時也為電極板的安全運行，提供了一項預警措施。

3)圖1中3號探針用來實時監測進料管線中原油的含水量。當檢測到原油中有水栓或含水超標時，可以提前10～20min給操作人員發出報警，從而采取相應的措施，如提前降低界位、調整注水量或破乳劑量等以減少對電脫鹽運行造成的沖擊。

4)隨著原油從進料管線進入脫鹽罐，泥漿/固體會沉積到脫鹽罐底部。當圖1中4號探針的信號突然降低很大，而1號探針仍然保持80%的水平，說明在罐底出現了油泥/固體[6]，提醒進行反沖洗。

2.2 實際應用

AGAR電脫鹽系統已經在千萬噸級常減壓裝置得到應用，使用效果非常好。以南方沿海某煉廠為例，為了提高電脫鹽應對劣質原油的處理能力，在2013年大檢修期間對電脫鹽設備進行了技術升級改造，安裝了AGAR電脫鹽界位優化控制系統。

該廠10Mt/a常減壓裝置采用二級高速電脫鹽技術[7]，原設計中油水界面采用射頻導納控制，同時設1套雙法蘭差壓式液位計作為比對和參考，在該次大檢修改造后原界位監測系統仍保留作為參考。5月初檢修開工后，油水界位改由AGAR界位計1號探針來控制。運行結果表明，AGAR控制系統呈現出靈敏、穩定及可靠的特點。其優勢主要表現在以下幾個方面：

1)界位真實準確。通過油水看樣口實際觀察，界位顯示與實際情況一致。根據探針的實際安裝位置及插入深度，1號探針顯示為80%時界位應正好位于第3個看樣口。實際控制(一級罐)為70%左右時，第3個看樣口為油，第2個看樣口為水，界面清晰。

2)油水界位控制穩定，反應迅速。由于對信號比較敏感，當油水界位變化時，反映在探針區域的信號變化迅速及時，從而實現對液位的穩定控制，提高了裝置的處理量。從圖2和圖3的對比趨勢可以反映AGAR界位計在界位控制方面的穩定性。

圖2 AGAR界位系統控制電脫鹽罐界位趨勢(2013年數據)

從圖2中可以看出，采用AGAR界位系統控制后，油水界位非常平穩，基本上呈直線，正常波動幅度在1%左右。該系統對界位偏差響應迅速，控制準確，在調整界面時也能夠迅速調節到設定值，達到新的平衡，而不產生大的波動，避免了使用射頻導納界位計時易發生漂移以及需要經常調校的問題[8]。

圖3 射頻導納控制時電脫鹽罐界位

從圖3可以看出，由于乳化對射頻導納界位計的干擾，界位控制波動幅度相對要大。

3)電脫鹽排水油含量低。1號和2號2個關鍵探針的聯合運行，保證了穩定的界面控制，為脫鹽脫水及排水油含量的下降創造了條件，目前排水油質量濃度平均穩定在50mg/L 以下。

4)合理可靠的系統設計，為操作提供了安全保障。2號探針為乳化層的增長和水位設置了一道警戒線，只要該探針指示值位于安全區間內，則可放心地進行油水界位的調整從而避免界位過高造成電極板超電流。而4號探針成為排水的報警器，在異常情況下可提醒操作員，防止發生將油排出的極端情況。正常情況下4號探針的主要功能是監控底部油泥的沉積，為反沖洗提供指導[9]。

5)持續監控罐區原油水含量。3號探針實時監測進裝置原油中的水含量，為電脫鹽運行電流的變化提供前置信號。該煉廠原油切罐時伴隨水含量的躍升，電脫鹽電流會出現小幅跳躍，水含量信號變化后約10min，電脫鹽電流將相應發生變化。對于水含量變化較大的情況，可充分利用該時間間隔對操作進行調整，如降低注水量、調整混合強度等，減少原油帶水對電脫鹽的沖擊。通過OW300系列含水率分析的監測儀，提醒罐區及時加強脫水。

3 結束語

AGAR電脫鹽界位優化控制系統是一套成熟的系統，該系統穩定性好、耐用并且免維護，可以帶壓插拔更換探針，不受介質密度、溫度、黏度的影響。通過在國內外的實際應用效果表明，AGAR電脫鹽界位優化控制系統提升了電脫鹽整體運行的穩定性和可靠性，顯著提高了電脫鹽裝置的處理能力，并減輕了操作人員對電脫鹽界位等監控的壓力，具有很好的應用前景。

參考文獻：

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