顛覆傳統測量拒絕深不可測

本文內容由Magnetrol公司提供 。

Magnetrol?多相物位分析儀測量所遇問題分析及解決方案——通過Magnetrol?Genesis TDR多相物位分析儀可以測量帶有乳化層的油和水混合工況。Genesis是一種強大的且具有成本效益的解決方案，單個儀表就能夠同時測量總液位、乳化層頂部、乳化層底部和沉積物。

多相物位測量普遍存在于整個過程工業中，尤其是各類石油天然氣和石化行業，因為它可以從有效的水和碳氫化合物分離中獲得價值。雖然液位儀表在測量各種液體方面已經取得了長足的進步，但多相液位測量通常被認為是當今存在的最大挑戰和機遇。根據國外可靠性數據，超過一半的分離器失效模式是由液位儀表造成的。

雖然儀表制造商已經在測量多相物位方面做出了相當大的努力，但直到現在才有一種基于TDR的具有性價比的多相物位分析儀能夠被廣泛使用。

乳化層的挑戰

當互不相溶的液體停留在同一個容器中，較輕的介質會升到頂部，較重的介質會沉在底部，這就是油水分離工況，如圖1所示，有效的分離對上游油井、加工廠和煉油廠/石化廠的生產力至關重要。

帶有乳化層的油和水混合工況被廣泛認為是最困難的界面控制類型。厚的或動態的乳化液層對于廣泛應用的導波雷達技術會帶來挑戰。

多相TDR技術的Genesis

導波雷達是一種結合時域反射技術（TDR）和等效時間采樣的微波雷達設備。綜合這些技術創造一個高速的導波雷達變送器可以非常有效地追蹤測量分離器的頂部液位以及界面，特別是當兩種液體之間存在一個相對明顯的邊界時。然而，隨著乳化層的增長，導波雷達傾向于測量乳化層的頂部，即使是油中含有非常少量水也是這樣，比如在乳化層的頂部。

隨著基于TDR的液位儀表的技術增長，人們強調將TDR的使用擴展到多相應用中，目前主要使用的是昂貴的輪廓分析或多探桿陣列。此時需要一種創新的方法來利用基于傳統TDR技術發射器的優勢，同時改進設計，以補償較厚的乳化層和潛在的沉積物物位。

于是Magnetrol?發明了一種命名為Genesis?的新的TDR多相物位分析儀如圖2所示, 用于動態追蹤測量厚乳化層和沉積物物位。該測量方式是通過探桿向下發送高頻能量來檢測上層液位的同時，通過將能量沿探桿返回來測量其他不同的液位/物位來實現的。

這種“自上而下”和“自下而上”測量的獨特（和專利）組合，加上復雜的軟件算法，使通過容器上的一個開口測量總液位、乳化液的頂部、乳化液的底部和沉淀物成為可能。

從用戶的角度來看，這種新的多相物位分析儀與傳統的基于兩線制供電的TDR儀表之間存在固定的差異，其中之一便是更高的功耗，可以完成多達4種測量，如圖3所示。

與其他那些與工藝直接接觸相關的技術一樣，探桿是Genesis優秀性能的關鍵因素。探桿的范圍將從大直徑同軸到一個全新的Pentarod設計。Pentarod是一個5桿式探桿，4個參考桿圍繞在PFA涂層的有源中心探桿，如圖4所示。

5桿式探桿集中的信號產生了類同軸性能，更棒的是它有一個“開放”的設計，更不容易受到介質掛料或搭橋影響產生測量誤差。PFA涂層的中心探桿，厚涂層除了提高抵抗力外，也減少了脈沖在水中傳播時的能量損耗。

Genesis建立在GWR如今技術基礎上的自診斷，可以主動監測探桿上的掛料，使操作者能夠簡化維護和減少停機時間。此外，在上游分離器中，當砂粒/沉積物達到指定液位時，還可以設置報警，主動避免意外停機。

案例研究——ED1在煉油廠除鹽器上的安裝使用

應用

在位于美國東部的一家煉油廠，一臺配有269.2 cm（106英寸）長的五桿式探桿的Genesis?多向物位分析儀與FISHER扭力管浮筒液位計在直徑33.0 cm（13英尺）的除鹽器裝置上進行了監測和比較。除鹽是煉油廠中非常重要的工藝流程之一，除鹽裝置可以去除介質中的鹽分及殘留的游離水，為了取得最佳效率，在此應用中，需要保持界面液位恒定不變 ，以防止游離水接觸除鹽電極，從而造成高昂的損失，對于界面液位必須做到足夠精確的控制，這是一項挑戰。

測試結果

經過與側面取樣的就地可視設備顯示值對比確認，扭力管式浮筒液位計測量誤差高達20%。

3周后，容器內發生了一次劇烈的工況變動，導致扭力管變送器失效，致使不能再讀取低于70%液位數據。在浮筒液位計發生故障的這一階段，證實容器內油介質上部確實有水（通過側面的可視裝置的顯示值，以及后期通過查看ED1 DTM顯示的水的百分比確認），不需要檢修清洗容器和浮筒為客戶能夠節省數千美元，并節省了大量工作。尤其在使用ED1控制液位3周后，發現得到的結果依然是非常積極的，客戶通過ED1已經可以做到對除鹽器的界面液位進行精確的控制，多相物位分析儀ED1-210B-310如圖5所示。

結論

這些都是立竿見影的結果，而隨著時間的推移，得益于對乳化物等介質液位的精確檢測控制，在減少對下游管道/設備的腐蝕和結垢方面將獲得更大的回報。此外，液位控制的定位點由浮筒液位計的15%～20%提高到ED1的1%～2%，這種液位控制水平的提高使時間成本（設備維護維修周期）和經濟成本（化學添加劑）兩方面都受益。下一步將在原扭力管浮筒液位計處安裝更長的ED1探頭設備，使其更靠近容器的底部，從而可以更早地進行砂粒探測。掌握了砂粒位置，可以根據實際情況適時地進行停機檢修清理，代替了盲目的6個月固定周期的停機檢修計劃。必須注意的是，并不是所有的除鹽器都會出現砂粒累積的現象，不過，許多分離器確實會出現沉淀物/砂粒，這種設備在各種層面上可以增強對沉淀物/砂粒的可見性。●