一種儲油大罐油水界面檢測技術及應用研究

覃麗++鄔群輝++李言章

[摘要]該系統是為新疆油田采氣一廠盆5采氣作業區專門設計開發的，利用傳感器技術檢測含水率，由此判斷油水界面位置，然后根據油水界面檢測達到自動排水功能的目的?，F場運行3年多來，系統穩定可靠，完全滿足了生產需要。

[關鍵詞]儲油大罐；油水界面監測；自動排水

[DOI]1013939/jcnkizgsc201623072

1概述

油水界面檢測的方法很多，但是針對油田儲油大罐的油水界面的檢測有其特殊性。[1-3]該系統是為新疆油田采氣一廠盆5采氣作業區專門設計開發的，具有油水界面檢測、自動排水功能。主要由以下4個部分組成，即傳感器、數據采集與通信（變送器）、RTU控制系統、執行器等。傳感器負責油水界面感知、識別；數據采集與通信系統負責對傳感器參數進行數據采集，并把采集的數據以串行通信協議格式發送到上位機（RTU）處理、顯示和控制等；RTU控制系統負責對下位機（數據采集與通信系統）進行控制和輪詢，數據處理、顯示、手動控制、系統設置和操作控制等，并實現對執行器（電動開關閥門）的控制。控制有幾種方式可選：自動和手動。

2工作原理及實現方法

該系統油水界面傳感器在變送器的控制下，由30節（不同高度）AD轉換器將罐體內不同高度的油水液體的含水率信息轉換為數字信號與變送器通信。

傳感器以數字電路為基礎，由若干個相互獨立的發射極、外電極組成，測量時由二次表發出可中斷脈沖作為步進指令信號，在步進脈沖信號作用下，使傳感器發射極依次逐級選通，由此實現了測量的垂直分層；選通的發射極與外公共電極構成液體取樣空間（取樣室），并組成耦合電場，耦合電場存在的液體，油、水和空氣阻抗介電系數不同，由此引起發射級吸收能量（AD值）發生變化，根據此變化設定含水率曲線函數。因此達到了垂直分層原油含水率測定的目的。含水率傳感器結構示意如圖1所示。圖1傳感器結構

油水界面變送器將傳感器的采集數字整理變換，按油水界面儀的通信協議與控制儀交換信息。

油水界面控制儀在投入運行前按0～100%分為10段對傳感器進行標定，即分別將傳感器置于含油率0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%，100%標準液，這里一定要注意的就是，水質必須是油水源的“水”。對于大罐油水界面檢測，由于油水分界線較明顯，檢測的傳感器數據變化很大，根據上下2段檢測值即可認定油水界面的存在。

大罐內裝的傳感器具有30節AD轉換，每節相距6cm，可以檢測180cm高度的含油率。根據油輕水重原理，認為含水率（100%-含油率，下同）變化增大方向由上至下，將用戶的目標含水率從下至上與各點的含水率比較，最接近目標含水率的即視為“油水界面”，從上述原理分析，這個“油水界面”的高度誤差+/-3cm。

根據“油水界面”對應的AD轉換的節點高度和傳感器安裝時里罐底的固有距離，可以計算出“油水界面”距罐底的高度。排水控制時，在傳感器安裝部分，可以任意設定控制水柱高度，也可以根據設定的附加排水時間（可根據經驗認為設定），徹底排放傳感器底部的所有水。

3現場試驗

在現場設備安裝完成后，系統應用前需要做系統標定，廠家提供了默認的0%～100%含水率AD參數，沒有標定條件的用戶可以按此錄入使用，儀表系統也固化有此參數。建議有條件的用戶在該儀器投入運行前，可以配置相應的標準液，分別檢測含水率為0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%標準液下的AD值，然后錄入RTU控制器中。對傳感器進行標定，因為各個聯合站的非含油水的礦化度有區別，因而對應同一含水率的液體的檢測AD值也就不一樣。

其他參數的獲取，主要是傳感器安裝位置，即傳感器底部距大罐底部的距離（默認70 cm）；系統采樣輪詢時間（默認300 Sec）；附件放水時間（默認0 Sec）；基本放水單元（默認60 Sec）；油水界面控制位置，即控制界面（默認200 cm）；手動放水時間；閥門開關動作時間（默認30 Sec）；油水界面判斷方式，即含水率%、AD值與AD偏差值，并設定門限值。

如圖2所示，主要顯示油水界面位置，大罐底部距油水界面的高度，有以m為單位的，也有以cm為單位的。同時有輔助顯示功能，左則為圖示方式顯示，排水閥門符號在閃動時表示正在排水。表示正在數據采集，采集字節數，新疆油田某采氣作業區安裝的是30節傳感器，顯示數據為8×30=240字節，由此可以判斷儀表是否工作正常。圖3是手動操作模式界面。

通過屏幕點擊ON/OFF，可以切換手動閥門控制方式，顯示“ON…”時表示正在開閥放水，顯示“OFF…”時，表示正在關閥過程中或閥門已關閉。手動設定放水時間，建議采取“少量多次”的方式設定時間（秒），以防止判斷誤算放水時間發生。圖3手動放水操作界面

當傳感器變送器與RTU通信故障時，該標志閃動；指數據丟碼或失真時顯示閃動；指油水界面計算錯誤，或控制失靈。

4結論

利用本文技術設計的儲油大罐油水界面檢測和自動排水系統，已經在油田系統應用多年，取得較好的應用效果。該系統具有安全可靠、操作便利、性能穩定的特點，非常適合類似場所的推廣應用。

參考文獻：

[1]江杰，周寶朕基于頻率法的油水界面檢測裝置設計[J].工業儀表與自動化裝置，2015（5）.

[2]李高峰，付石，何帆，等油水界面自動監測技術研究與應用[J].自動化與儀表，2012（6）.

[3]焦英芹，龍永福，王濤沉降罐油水界面在線監測技術在油田的應用[J].石油化工應用，2010（11）.