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        雷達液位計用于油田聯合站原油盤庫中精確計量技術探析

        2020-03-19    

         1、本文概述
                油田聯合站統計儲罐凈油量的過程稱為盤庫,它是一個關系到企業的生產與管理和經營決策的重要問題。長期以來,原油油罐自動計量或盤庫含水率和油水界面的檢測精度一直不能得到滿足。主要因為在于目前的盤庫系統是首先是測出原油儲罐中的液位和油水界面得到油層厚度,然后通過人工測出油層的含水率,從而計算原油儲罐中的凈油量。本文從另一種方法研究,即通過一種利用成熟的導波雷達液位計測量技術,直接監測大罐的原油厚度,結合手工或者自動在線含水儀, 自動含水率,使用計算機直接計算出大罐中任何時段的原油產量。此方法與過去的監測方法精度更高,使用更方便。
          2、問題的提出
          目前,在原油油罐的盤庫過程中,主要有以下兩個方面影響盤庫計量準確度。
          2.1 油水界面的測量
          油水界面是指由于油、水密度不同而產生于容器內油、水交界處的一個層面。在測定油水界面時一般采用萬用表的電阻方法進行原油厚度監測,由于油水密度的不同及受強電場、溫度、壓力等因素的影響,導致油水界面十分復雜,常常無法測得準確的油水界面,有時誤差達到10-15cm。
          2.2 原油含水率或密度的測量
        在原油脫水過程中,原油罐中位于不同高度含水原油的含水率和密度均不相同,高處含水原油的密度和含水率相對較低。因此,GB4756—84《石油和液體石油產品取樣法(手工法)》規定了手工采樣測量石油產品平均密度及含水率的方法,它采取液面下1/6處上部、1/2處中部、5/6處下部這三點樣的等體積混合(即三級采樣法),測量其平均密度及含水率。實際盤庫操作中分人工方法測定原油含水率,因測量過程繁瑣,并且涉及人員多,采集原油樣品的操作、樣品稱重、蒸餾方法、目測含水率存在一定的不穩定性,故存在很大的不確定性。同時,由于此方法為離線測量,無法用于自動盤庫計量系統。
          3、自動盤庫方案的設計原理
          3.1 利用聲納原理進行檢測大罐原油厚度
          聲納是一種用電力在水下定位的儀器,是利用回聲的原理工作的。利用發聲體得到的回聲,就可以探索障礙物的存在,而且根據接收到回聲時間的長短,還能判斷出發聲體距離目標的遠近?,F代聲納的種類很多,如測距聲納、測向聲納、偵查聲納、導航聲納、探雷聲納、水下通訊機、海底地貌儀等,已廣泛用于探測、偵查、通訊等許多方面。特別是應用在軍事上的艦船探測潛水艇就是采用的聲納。目前聲納可以達到毫米級的水平,為監測大罐原油厚度提供了一個實踐平臺。
          3.1.1 在聲納應用到原油厚度監測時可以充分利用大罐的量油孔進行安裝。我們可以利用聲納的固有水下特點和聯合站原油處理罐的的實際情況把聲納系統的發射器件安裝在量油孔的底部,在量油孔中放置一個半圓的,一個平面朝向聲納系統的浮球,這個浮球按照污水、原油的密度制作,使之剛剛處于油水界面上,且上下跟油水界面自由浮動,聲納系統工作后就會準確的發現這個有平面的浮球,經過計算機對比,就可以計算出原油厚度,通過設定的表格就可以直接輸入含水率、溫度(設有溫度修正數據)、密度就可以直接計算出任何時間的原油產量,實現了自動盤庫的功能;通過鋪設的局域網干線可以在任何授權的計算機上安裝的軟件觀察到所有聯合站、所有安裝此儀器的大罐的原油厚度和原油產量。
          3.2 導波雷達液位計測量技術
          總觀工業儀表的發展進程,每種新的測量技術都是為解決工業過程測量中的某些難題而發展起來的,從而提高了測量技術的水平并帶來相應的工業效應。近幾年來,由于雷達液位儀表測量精度高、使用范圍廣而受到廣大技術人員的歡迎。雷達液位計有其使用的局限性;而新出現的導波雷達GWR Guided Wave Rada]液位測量技術則彌補了雷達測量液位中的缺陷,從而具有更廣闊的應用前景。
          3.2.1 雷達與導波雷達
          顧名思義,雷達指通過空間傳播發射和接收電磁波的液位測量儀表,導波雷達則是通過波導體傳導來發射和接收電磁波的液位測量儀表。
          用雷達儀表測量液位似乎是完美無缺,它具有以下優點:
          (1)發射與接收天線均不與介質接觸;
          (2)高頻電磁波信號易于長距離傳送,可測大量程;
          (3)測量不受液面上部空間氣相條件變化的影響。
          雷達通過反射和接收高頻[GHZ]級、電磁能量,并計算電磁波達到液體面并反射回到接收天線的時間來進行液位測量;與超聲波液位計相比,由于超聲波液位計聲波傳送的固有局限性,雷達液位計性能大大優于超聲波液位計。
          為了彌補雷達液位計的缺陷,導波雷達液位儀表運用而生,導波雷達的工作原理與常規通過空間傳播電磁波的雷達非常相似,GWR的基礎是電磁波的時域反射性TDR[TIME DO MAIN REFECTORY]多年來TDR一直被用于檢測發現埋地電纜和墻內埋設電纜的斷頭。測電纜斷頭時,TDR發生器發出的電磁脈沖信號沿電纜傳播,遇到斷頭時,就會產生測量反射脈沖;同時,在接收器中預先設定好的與電纜總長度相應的阻抗變化也引發出一個基本脈沖,將反射脈沖與基本脈沖相比較,可精確測出斷頭的位置。
          正因為如此,盡管雷達液位儀表的變送環節具有功能完善的微處理器,有較強的信號處理和分辨從而計算出介質的液位高度。
          3.2.2 導波雷達的優點
          完善的液位測量儀表應是與介質無接觸,甚至是對容器無侵入的儀表,且不污染環境、無副作用、長期可靠、安裝簡便,人們一直在反復地對現有各種測量方法進行篩選,比較其長處和短處,試圖找出一些好的測量的測量方法以適應石油化工測量對象。
          (1)能耗低。GWR輸出到波導探頭的信號能量非常小,約為常規雷達發射能量[1mW]的10%[約0.1mW]。
          (2)由于信號在波導體中傳輸不受液面波動和儲罐中的障礙物等的影響,因而儀表所接收到的返回信號能量相應較強,基本對測量信號無影響。
          (3)介質介電常數的變化對測量性能無明顯影響。
          (4)由于光速電磁波、是恒定的,不需要任何遷移來改變儀表量程,不需現場標定,僅需現場輸入有關參數即可使用。
          (5)介質密度的變化對測量無影響,介質密度的變化影響浸沒于介質中物體所受到的浮力,但不影響電磁波在波導體中的傳播。
          (6)霧氣和泡沫對測量無影響,由于電磁波不通過空間傳播,因而霧氣不會引起信號的衰減,泡沫也不會對信號進行散射而損失能量。
          (7)介質在波導體上的沉積和涂污對液位測量的影響極小。
        (8)導波雷達液位計的價格基本上同其他常用的液位測量儀表(如浮筒液面計等)相當,遠遠低于常規交流供電、電磁波在空間傳播的普通雷達液位計。
          4、結論
          采用導波雷達,優于采用昂貴的常規雷達液面計。導波雷達液位計在許多復雜條件下使用時,綜合性能優于其他常規液位測量技術。導波雷達液位計不受工藝復雜條件的限制,如低介電常數和變介電常數(會影響射頻導納/電容式液面計工作)、變介質密度[影響浮筒和壓力/差壓式液面計工作]、氣化、泡沫/液面波動[影響超聲波液面計工作]等的影響,可很好地解決這些介質條件下的液位測量。
          我們在選用液位儀表時,應區別不同介質工作條件及過程要求,選用成本低、精度高、價格適中、性能可靠的測量儀表。
          本測量方案完全可以滿足采油廠聯合站自動盤庫系統的要求,為實現油田聯合站原油儲量動態、實時自動盤庫奠定基礎。同時減少了計量工和資料員的勞動強度,提高了盤庫速度,可以減少多個人工匯報、聯系、調整數據等環節,可以真實的反映原油庫存和原油產量,為領導決策提供了翔實的數據。
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