摘要:隨著進(jìn)站原油含水率的逐年提高,集油站沉降罐調(diào)節(jié)水箱已不能保證下游產(chǎn)品的質(zhì)量。以某油田現(xiàn)場沉降罐在線改造為例,根據(jù)測量原理、安裝方式對油水界位測量儀表進(jìn)行了選型分析,#終確定了以單法蘭差壓液位變送器近似測量油水界位的方案,F(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用表明:通過單法蘭差壓液位變送器與下游水線調(diào)節(jié)閥組成的閉環(huán)控制回路,可以將油水界面維持在期望的范圍內(nèi),從而使沉降罐出口的原油和產(chǎn)出水滿足了生產(chǎn)技術(shù)的要求。anP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
隨著油田開發(fā)時間的推進(jìn),井口采出的原油含水率也會逐年遞增,繼續(xù)使用調(diào)節(jié)水箱進(jìn)行油水界面調(diào)節(jié),無法使集油站內(nèi)沉降罐生產(chǎn)水中的含油量和原油含水率滿足設(shè)計要求,直接影響著下游外輸原油和生產(chǎn)水的進(jìn)一步處理過程。通過油水界面檢測與沉降罐產(chǎn)出水管線上調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖,將油水界面維持在一定的范圍內(nèi),可以顯著地增加沉降效果,保證油水出口的產(chǎn)品指標(biāo)滿足技術(shù)要求。以某油田集油站原油沉降罐在線改造為例,介紹了工藝流程,對油水界位測量儀表選型進(jìn)行了論述,給出了單法蘭差壓
液位變送器在投油沉降罐油水界位測量中的應(yīng)用及評價。
1 工藝概述
原油自油田井口開采出來之后,通過集油管道進(jìn)入集油站進(jìn)行油氣水的分離。在集油站內(nèi)部,進(jìn)站原油shou先經(jīng)過三相分離器進(jìn)行一級分離,產(chǎn)出的含水原油流入原油沉降罐在破乳劑的參與下進(jìn)行重力沉降,完成二級分離。沉降罐產(chǎn)出的原油需滿足含水率低于10%的技術(shù)要求,然后通過外輸泵輸送到下一級站場。該集油站內(nèi)原有的沉降罐結(jié)構(gòu)如圖1所示。
在沉降罐建造之前,通常會根據(jù)油水介質(zhì)密度、處理量等工藝參數(shù)計算出收水系統(tǒng)的沿程摩阻,然后合理設(shè)置調(diào)節(jié)水箱的高度來對油水界面進(jìn)行調(diào)節(jié),從而使沉降罐產(chǎn)出的含水原油達(dá)到外輸?shù)囊蟆D秤吞镞\(yùn)行一段時間后,原油含水率達(dá)到了一個很高的水平,原油沉降罐的調(diào)節(jié)水箱已經(jīng)不能很好地進(jìn)行油水界面調(diào)節(jié),沉降罐產(chǎn)出物的質(zhì)量不再滿足規(guī)定要求,因而需要對沉降罐進(jìn)行局部改造。
由于含水率與油水界面存在一定的關(guān)系[1],可以通過測量儲罐油水界面高度,將其與儲罐排水線新增調(diào)節(jié)閥進(jìn)行聯(lián)鎖,調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度來控制油水界面高度,進(jìn)而控制沉降罐出口原油的含水率。該集油站在線改造沉降罐的主要設(shè)計參數(shù)及工藝條件見表1所列。
圖1中頂部安裝有伺服液位變送器來測量大罐液位,該伺服液位變送器與緊急停車系統(tǒng)聯(lián)鎖可防止冒罐事故的發(fā)生。此外,罐頂和底部均有備用DN80的法蘭口可供油水界位儀表使用。
2 油水界面儀表選型
由于油水密度不同,在化學(xué)藥劑及重力的作用下,沉降罐經(jīng)過一段時間后可以得到一個清晰的油水分界面。油水界面測量儀表的選型主要考慮如下幾個方面的內(nèi)容:是否適用于漸變密度界面測量、是否受氣泡影響、是否受介質(zhì)高黏度和介電常數(shù)變化的影響、儀表的測量精度等[2]。對于原有的沉降罐在線改造,還要考慮安裝和維護(hù)的方便性。用于油水界面測量的儀表通常有導(dǎo)波雷達(dá)液位計、伺服液位計、射頻導(dǎo)納液位計、磁致伸縮液位計和和差壓液位計等。
1)雷達(dá)液位計。雷達(dá)波可以部分穿透液位表面,并在兩種介質(zhì)的界面上產(chǎn)生反射,通過測量雷達(dá)波反射時間,進(jìn)而計算出界面的高度[3-4]。雷達(dá)液位計可測量液位及界面高度,用于界面測量時需保證液-液有清晰的界面。雷達(dá)液位計一般安裝在罐頂,需要安裝導(dǎo)向管,對于投產(chǎn)的油罐需要進(jìn)行清罐、動火焊接。從表1中可以看出,油水密度差僅有82.8kg/m3左右,密度差小,油水界面不清晰,同時現(xiàn)場反映介質(zhì)伴有氣泡產(chǎn)生,容易造成雷達(dá)波的閃射,因此不建議采用雷達(dá)液位計。
2)伺服液位計;诟×ζ胶庠恚珜(shí)際上是通過測量鋼絲上的張力來測量界面,由于鋼絲的張力與介質(zhì)的密度成正比,因而在測量界面時只需測量密度的變化即可。伺服液位計由浮子、鋼絲和伺服變送器組成,伺服變送器通過內(nèi)部的伺服馬達(dá)驅(qū)動體積較小的浮子,進(jìn)而可以精que測量液位及界面高度。目前伺服液位計測量油水界面技術(shù)已經(jīng)比較成熟,在各大油田、石化行業(yè)新建項(xiàng)目上得到廣泛應(yīng)用[5-6]。伺服液位計通常在沉降罐頂部安裝,為保證測量效果,穩(wěn)定油水界面,需安裝在直徑不小于DN200的導(dǎo)向管內(nèi)。對于已投產(chǎn)的進(jìn)液儲罐,需要進(jìn)行停產(chǎn)、清罐、動火焊接并安裝導(dǎo)向管。
3)
射頻導(dǎo)納液位計。主要利用高頻無線電波測量導(dǎo)納,進(jìn)而測量液位及界面高度[7]。儀表工作時,儀表的傳感器與罐壁及被測介質(zhì)形成導(dǎo)納值,物位變化時,導(dǎo)納值也相應(yīng)變化,電路單元將測量的導(dǎo)納值轉(zhuǎn)換為物位信號輸出,實(shí)現(xiàn)物位的測量。測量界面時要求兩種介質(zhì)的介電常數(shù)有一定的差異,同時射頻導(dǎo)納液位計測量界面對上層介質(zhì)的厚度以及界面的清晰度有要求。射頻導(dǎo)納液位計通常垂直液面安裝,油水界位測量時需安裝導(dǎo)向管,對于投產(chǎn)油罐需要進(jìn)行清罐,動火焊接。陳子琦通過在同一罐上同時使用了射頻導(dǎo)納液位計和伺服液位計,發(fā)現(xiàn)射頻導(dǎo)納式液位計的信號波動非常不穩(wěn)定,波動#大超過了20cm,而伺服液位計的測量結(jié)果卻非常穩(wěn)定[8]。本次改造的沉降罐油水介質(zhì)密度差較小,界面不夠清晰,因此不建議選用射頻導(dǎo)納液位計。
4)
磁致伸縮液位計。磁致伸縮液位計由浮球、內(nèi)置脈沖發(fā)生器和接收器的變送器、裝有磁致伸縮線的不銹鋼測量管構(gòu)成[9]。正常工作時,脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的電流脈沖沿導(dǎo)波管進(jìn)行傳輸并形成相應(yīng)的電磁場,在其與浮子磁場相遇后,便形成了螺旋形磁場,導(dǎo)致波導(dǎo)絲發(fā)生扭曲,從而形成對扭轉(zhuǎn)彈性波的激發(fā),通過該彈性波實(shí)現(xiàn)了對浮子位置的計算并獲得液位的準(zhǔn)確位置。磁致伸縮液位計不適用于黏稠性液體的液位測量,容易造成浮子卡頓。對于已經(jīng)投產(chǎn)的原油沉降罐,可采用頂裝式磁致伸縮液位計測量油水界位,但需要安裝導(dǎo)向管、清罐、動火焊接等工作。
5)
差壓液位計。通過測量容器兩端的差壓得到液位,當(dāng)沉降罐的油水界位發(fā)生變化時,油水界面對沉降罐底部的靜壓差也會發(fā)生相應(yīng)的變化。聶華等對差壓式液位計取壓方法進(jìn)行了深入的研究[10],對于壓力容器,通常采用兩點(diǎn)取壓的方式測量液位的高度。對于微正壓操作下的原油沉降罐,可以采用單法蘭差壓液位變送器來近似測量油水界面的高度。與伺服液位計、磁致伸縮液位計相比,差壓液位計需要通過壓差及介質(zhì)密度來推算液位,精度相對較差,但其結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便,不受罐體內(nèi)部介質(zhì)黏度、懸浮物的影響。對于已經(jīng)投油生產(chǎn)的沉降罐,差壓液位計不需要清罐、安裝導(dǎo)向管及動火焊接等操作。
根據(jù)以上的選型分析,現(xiàn)場改造沉降罐界位測量可以使用伺服液位計、磁致伸縮液位計或單法蘭差壓液位計。伺服液位計、磁致伸縮液位計可以獲得精度較高的油水界面測量,但需要關(guān)停上下游關(guān)鍵的工藝單元,會對生產(chǎn)造成較大的影響。相比之下,盡管差壓液位計精度較低,但不需要停產(chǎn)清罐和動火焊接安裝導(dǎo)向管,安裝和操作維護(hù)方便,改造成本較低。經(jīng)過分析和考慮,現(xiàn)場#終采取了單法蘭差壓液位變送器來進(jìn)行在線沉降罐油水界面的測量。
3 單法蘭差壓液位變送器應(yīng)用及評價
根據(jù)工藝參數(shù)、電氣防爆等要求,現(xiàn)場采購并安裝了精度為0.075%的單法蘭差壓液位變送器,安裝在沉降罐底部備用的DN80法蘭接口處。由表1可知,沉降罐操作在微正壓工況下,可以通過如下公式計算沉降罐油水界面的近似位置:
式中:p———單法蘭差壓液位變送器測量壓力,kPa;
ρ水———沉降罐中水的密度,kg/m3;
g———重力加速度,kg/m2;
h———油水界面高度,m;d———變送器安裝高度,m;
ρ油———沉降罐中油的密度,kg/m3;
H———沉降罐液位,m,H由沉降罐原有伺服液位變送器可以測得,油水密度參數(shù)需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行狀況實(shí)時更新。
為了將油水界位維持在一定范圍內(nèi),在沉降罐水線出口新增1臺控制閥,與單法蘭差壓液位變送器聯(lián)鎖調(diào)節(jié)油水界面的高度,沉降罐油水界位控制方案如圖2所示。
到目前為止,現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行已經(jīng)1年多時間,集油站操作工反饋單法蘭差壓液位變送器維護(hù)方便、運(yùn)行正常,通過與水線調(diào)節(jié)閥構(gòu)成聯(lián)鎖控制回路,可以將沉降罐油水界面維持在一定范圍內(nèi),下游產(chǎn)品滿足了技術(shù)要求,達(dá)到了預(yù)期效果。
4 結(jié)束語
隨著采出原油含水率的升高,集油站沉降罐的調(diào)節(jié)水箱已經(jīng)逐漸不能保證下游產(chǎn)品的指標(biāo)要求。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明,通過單法蘭差壓液位變送器與出水管線調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖控制沉降罐油水界面,在精度允許的情況下可以使通往下游單元的含水原油及含油污水達(dá)到滿意的水平。