無源含水分析儀測(cè)量原油含水率可行性分析

屈樂民 王健 周方迪 彭敏

摘? 要：本文重點(diǎn)分析無源含水分析儀現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況及代替有源含水分析儀測(cè)量原油含水率的可行性。針對(duì)第三采油廠采用的含水分析儀為射線型，從安全管理、經(jīng)濟(jì)效益角度分析無源含水分析儀的使用價(jià)值，同時(shí)提出應(yīng)用前需要解決的技術(shù)問題，從而達(dá)到降低使用成本的目的。

關(guān)鍵詞：放射源;含水分析儀;測(cè)量;原油含水率;可行性

一、 問題的提出

采油三廠測(cè)量原油含水率采用的是有源含水分析儀，放射源為IV類低危險(xiǎn)源。隨著地方環(huán)境保護(hù)部門加大對(duì)輻射安全監(jiān)督檢查力度，目前采油三廠已接到地方環(huán)境保護(hù)部門輻射環(huán)境安全專項(xiàng)執(zhí)法檢查問題整改函，不僅存在巨額罰款的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)管理難度增加，安全風(fēng)險(xiǎn)大，且使用成本加大。因此，如何采用無源含水分析儀測(cè)量原油含水率，在不影響計(jì)量精度的情況下，減少有源儀器的使用，是目前采油三廠原油計(jì)量面臨亟待解決的難題。

二、原油含水率測(cè)量現(xiàn)狀及存在問題

1 測(cè)量現(xiàn)狀

采油三廠測(cè)量原油含水率采用的是蘭州科慶有限公司生產(chǎn)的有源含水分析儀，它是一種利用放射性同位素和核輻射技術(shù)的新型自動(dòng)控制儀表，一般由射線源、核輻射探測(cè)裝置、電轉(zhuǎn)換器及自動(dòng)控制和記錄儀表等部分組成，它是根據(jù)放射性同位素的γ射線穿過物質(zhì)時(shí)被吸收或散射的規(guī)律設(shè)計(jì)的儀表，其采用的放射性同位素為Pu-238和Am-241，目前全廠共使用46臺(tái)含水分析儀，分布于20座站點(diǎn)，其中包含Pu-238放射源38枚， Am-241放射源8枚。含水分析儀的安裝、調(diào)試、維護(hù)以及回收等工作均由蘭州科慶公司承擔(dān)，目前主要安裝在對(duì)外原油交接點(diǎn)、合作區(qū)原油交接、聯(lián)合站以及內(nèi)部交接點(diǎn)的原油含水率的測(cè)量。

2 存在問題

2.1 原油結(jié)蠟、含雜質(zhì)等導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)確

放射源表面結(jié)蠟、原油中含有雜質(zhì)等問題導(dǎo)致射線穿透原油過程中發(fā)生變化，射線部分被蠟、雜質(zhì)等吸收，從而導(dǎo)致誤差，如油二轉(zhuǎn)安裝的蘭州科慶含水分析儀，結(jié)蠟周期為一周，導(dǎo)致無法正常計(jì)量，且內(nèi)含放射源，站內(nèi)工作人員無法自行開展維護(hù)。

2.2 溫度變化影響計(jì)量精度

隨著溫度變化，油水混合密度發(fā)生變化，從而引起含水率測(cè)量誤差。現(xiàn)用含水分析儀需要溫度補(bǔ)償，這就要求定期對(duì)含水分析儀根據(jù)輸油溫度的變化進(jìn)行調(diào)整，目前由溫度變化引起計(jì)量誤差問題時(shí)常出現(xiàn)，如靖四聯(lián)至靖三聯(lián)交油管線，由于溫度變送器安裝位置不合適導(dǎo)致測(cè)量溫度不準(zhǔn)確，含水分析儀溫度補(bǔ)償不合理，造成誤差。

2.3 需要辦理輻射安全許可證及開展相關(guān)工作

目前使用的含水分析儀內(nèi)含放射源，按照《放射性同位素與射線裝置安全許可管理辦法》規(guī)定，需要辦理輻射安全許可證，定期開展環(huán)境監(jiān)測(cè)、人員體檢、年度評(píng)估等相關(guān)工作，造成了使用、管理等工作困難，且使用成本加大。

三、無源含水分析儀工作原理及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析

1 含水分析儀種類

1.1 電特性原理

主要分為射頻法、微波法、電磁波法、電容法等，主要是基于原油和水的介電常數(shù)（部分包括損耗因子）不同，在不同的電磁波作用下，引起的電特性參數(shù)變化量不同。

1.2質(zhì)量反推法

主要產(chǎn)品為質(zhì)量流量計(jì)，主要是依據(jù)原油和水的密度不同進(jìn)行比例推算。

1.3 射線法

分為有源射線、無源射線兩種，根據(jù)原油和水對(duì)射線吸收能力的不同而設(shè)計(jì)的工業(yè)同位素檢測(cè)儀表，目前使用的蘭州科慶含水分析儀均為有源射線儀表。

2 無源含水分析儀工作原理

有源射線含水分析儀由于內(nèi)含放射源，雖然其能量強(qiáng)度較低，但涉及到“源”廢料處理問題，給管理和使用帶來困難。根據(jù)精度、重復(fù)性及適應(yīng)性，目前主要采用的是電磁波、電容以及微波原理的電特性含水分析儀。

2.1 微波法含水分析儀工作原理

水的介電常數(shù)是80，油的介電常數(shù)是2;水的損耗因子是29，油的損耗因子是0.004，微波法利用其二者吸收波的能量不同，通過精確測(cè)量波峰的諧振頻率來判斷含水量，重復(fù)性好，模擬電路信號(hào)易產(chǎn)生漂移，需要加溫度補(bǔ)償，適合低含水原油檢測(cè)。

2.2 電磁波法含水分析儀工作原理

電磁波在同軸線中油水混合介質(zhì)中傳播時(shí)的相位因油水比例不同而發(fā)生變化時(shí)，該相位也隨著發(fā)生變化，通過對(duì)相位的測(cè)量，就可以得到油中的含水率。其不受粘度、密度、溫度、壓力的影響，探頭結(jié)蠟對(duì)精度產(chǎn)生較大影響，不適合含氣原油的檢測(cè)，模擬電路信號(hào)易產(chǎn)生漂移，適合高含水原油監(jiān)測(cè)。

2.3 電容法含水分析儀工作原理

由于油和水的介電常數(shù)差異較大，油水比例發(fā)生變化時(shí)從而導(dǎo)致電容的變化，會(huì)引起振蕩頻率的變化，通過測(cè)量振蕩頻率就可以測(cè)量管道中介質(zhì)的含水值，水包油、油包水以及原油組份對(duì)介電常數(shù)的影響敏感性無法補(bǔ)償。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

3.1 數(shù)據(jù)對(duì)比

無源含水分析儀在第三采油廠使用了4臺(tái)，新寨作業(yè)區(qū)使用3臺(tái)，均已損壞，且前期試驗(yàn)數(shù)據(jù)未進(jìn)行記錄，油房莊一區(qū)使用1臺(tái)，2013年投入使用，目前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

四、 需要注意和解決的問題

1、由于缺少無源含水分析儀在不同含水率下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，不能全面評(píng)價(jià)該類型含水分析儀在第三采油廠運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和適應(yīng)性，因此，使用前需要進(jìn)行進(jìn)一步的開展試驗(yàn)，跟蹤分析錄取數(shù)據(jù)。

2、氣體對(duì)含水率測(cè)定影響較大，試驗(yàn)前，需要對(duì)試驗(yàn)站點(diǎn)含氣量、含水、液量、輸油方式等參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，且需要對(duì)工藝流程進(jìn)行改造，按照儀表技術(shù)要求進(jìn)行安裝，避免影響測(cè)量精度。

3、在測(cè)量過程中，因砂、蠟等雜質(zhì)使傳感器工作一段時(shí)間后造成探頭表面結(jié)垢，需要定期清理探頭表面，以保證計(jì)量精度。

4、溫度變化對(duì)無源含水分析儀的測(cè)量精度影響程度無相關(guān)實(shí)驗(yàn)記錄，需要進(jìn)一步開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，全面評(píng)價(jià)含水分析儀的性能。

五、 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1、根據(jù)目前試驗(yàn)情況，無源含水分析儀的準(zhǔn)確度、維護(hù)、管理方面相對(duì)于有源含水分析儀具有較大優(yōu)勢(shì)，且在低含水率下其測(cè)量精度、穩(wěn)定性高于有源含水分析儀，能夠替代有源含水分析儀。

2、無源含水分析儀的引進(jìn)能解決含水分析儀單一供貨商問題，加大競(jìng)爭力度，提高原油含水測(cè)量儀表的維護(hù)服務(wù)質(zhì)量。

3、無源含水分析儀試驗(yàn)成功后，可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域性含水監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握含水變化，制定應(yīng)對(duì)措施。

4、無源含水分析儀內(nèi)不含有放射源，維護(hù)不需要專業(yè)部門進(jìn)行，崗位及技術(shù)負(fù)責(zé)人經(jīng)過培訓(xùn)后均可進(jìn)行維護(hù)，降低維護(hù)難度及周期，且無需地方辦理使用許可證，不會(huì)發(fā)生核泄漏事故，降低了管理難度及安全風(fēng)險(xiǎn)，有效降低使用成本。

作者簡介：1984年5月出生，2008年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，石油工程專業(yè)，現(xiàn)為長慶油田分公司第三采油廠工程師。