關于海石油分離器液位測量技術研究及發展應用

         海上石油開采對于發展中的中國來說，是一項具有長遠意的事情，海上石油儲量豐富，油品優良，從海洋獲得能源已經成為國家宏遠藍圖的戰略性計劃。本文從海洋石油分離器常用的液位測量儀表的測量原理及應用方面，分析了石油分離器的內部結構及主要液位測量形式，主要歸納了沉降室、水室、油室的液位測量儀表選型原則，并總結了分離器液位測量技術的發展方向。
 
　　在海洋石油生產過程中，油水分離過程是整個工藝流程的核心環節，也是油田創造利益的關鍵環節。分離器內主要測量油水界面、油相液位、水相液位，油相液位值常用于分離器高液位的報警值，用于調節進口混合介質閥門;水相液位值用于分離器低液位報警值，用于調節水相出口閥門;而油水界面值則是直接影響分離效果的關鍵參數。因此，針對石油分離器內部結構和油品性質的不同，為提高海洋石油生產過程中分離器的處理能力和分離效果，對分離器幾種常用的液位測量技術進行了分析，達到更好地服務于油田測量、服務于油田生產、實現自動化控制、節能減排的目的。
　　1分離器的類型
　　1．1高效分離器
　　根據分離指標，在分離器入口增加整流板等，避免來液對分離器的擾動，平穩降壓，內件采用多級，加速沉降，加熱盤管設在油層區，高壓情況下入口增加旋流分離器。
　　1．2普通分離器
　　分離指標較低，內件復雜程度和高效稍許區別，加熱盤管為油水共同加熱。高效分離器和普通分離器內部結構分為兩種，一種為沉降室、油室;另一種為沉降室、水室和油室。
　　1．3沉降室、油室的原理分析
　　油、氣、水混合物來液進入三相分離器，經整流器、波紋板組、斜板組等后，大部分沉降到分離沉降室的液相區，沉降下來的油、水混合液停留一段時間后因密度的差別逐漸進行分層，水沉積在集水包和液相區的底部，液相區的上部為油層。油層的液位高出隔油板頂部慢慢流入油室，油室的液位儀表測量值用于控制油相出口調節閥。液相區的水沉降分離到沉降室的底層，并且經過出水閥排除。對于沉降室來講，水相出口調節閥的調節需要用油水界面液位計來控制。典型的結構圖如圖1所示。
　　1．4沉降室、油室和水室的原理分析
　　油、氣、水混合物來液進入三相分離器，經整流器后，大部分沉降到分離沉降室的液相區，沉降下來的油、水混合液停留一段時間后因密度的差別逐漸進行分層，水沉積在集水包和液相區的底部，液相區的上部
　　圖1沉降室和油室
　　為油層。油層的液位高出隔油板頂部慢慢流入油室，油室的液位測量值用于控制油相出口調節閥。液相區的水沉降分離到沉降室的底層，經水連通管慢慢流入水室，當水室液位達到一定高度，水室的液位測量值控制水相出口調節閥。對于沉降室來講，不需要控制界面，只需監測整個分離器的高高和低低液位報警。典型的結構圖如圖2所示。
　　圖2沉降室、油室和水室
　　針對以上分離器的內部結構及測量需求，常用的分離器液位測量技術主要有以下幾種。
　　2分離器常用液位測量技術
　　2．1磁致伸縮液位計
　　采用連通器原理，主體內漂浮**磁性浮子，以磁致伸縮效應為依據，通過導波脈沖的測量時間來檢測裝有磁鐵的浮子的位置。其結構主要分為三部分:浮球(內裝有磁鋼)、變送器(由脈沖發送器和接收器組成)和裝有磁致伸縮線的不銹鋼測量管。磁致伸縮液位計適用于常壓或有壓容器，容易安裝，無須定期維修和重新標定，但磁致伸縮液位計與被測液體接觸，易受液體化學成分影響，液體密度變化會帶來測量誤差，當被測液體是黏稠介質時，浮球容易被卡住。
　　2．2雷達液位計
　　雷達液位計是利用超高頻電磁波經天線向被測容器的液面反射，當電磁波碰到液面后反射回來，儀表檢測出發射波及回波的時差，進而計算出液面的高度。雷達液位計一般為頂式安裝，可用于易燃、易爆等介質的液位測量，有接觸式和非接觸式兩種測量方式，特別適用于大的立體罐，精度分為工業級和計量級，可滿足不同測量和計量的需求。
　　2．3電容式液位計
　　電極與被測容器之間形成等效電容，當液位升高變化時，根據變化的電容值，可檢測到液位值。射頻導納液位儀是在電容液位計的基礎上采用補償電路的形式，將單純測量傳感電極的電容變化調整為測量傳感電極的復數阻抗變化，克服了掛料引起的測量誤差，電路單元將測量導納值轉換成液位信號輸出，實現液位測量。射頻導納液位儀適用于連續測量和高低液位報警，用于導電和非導電介質，要求介電常數隨環境的變化小，對于石油等類似黏稠的介質，可選擇帶有保護極套的電極。
　　2．4核子界面儀
　　核子界面儀是利用放射源產生的射線，根據射線穿過不同介質時，射線被不同高度的液體所吸收，測得因被吸收而衰減的射線強度，從而測出相應介質的液位高度。
　　核子界面儀包括三個鈦化浸漬管，安裝有低能量伽馬級，底部固定在分離器內部，結構安裝圖如圖3所示，測量示意圖如圖4所示。
　　圖3結構安裝圖
　　此液位計對各種介質都能準確測量液位，直觀的將分離器內各種介質(砂質、水層、乳化層、泡沫層、油層以及氣態等)以畫面形式在人機界面顯示出來，且對整個控制回路形成閉環，對油水界面的測量控制精度高，優化了整個水處理環節。根據分離器內各種介質的液位信息，可使化學藥劑用量和生產分離相結合，
　　圖4測量示意圖
　　實現化學藥劑(消泡劑、破乳劑等)的自動控制，降低化學藥劑使用率;此液位計的反饋信息準確，能準確控制油水界面，提高分離效果，防止水系統處理設備污染，節能減排。
　　3分離器液位測量研究
　　根據分離器內沉降室、水室、油室的測量需求，對各室的液位測量儀表選型分析如下。
　　3．1對于不含水室的分離器分離器分為沉降室和油室。油室的液位儀表測量值用于控制油相出口調節閥，油室較純凈。對于油室液位測量，可采用磁致伸縮液位儀表、射頻導納液位儀表、雷達液位計和核子界面儀。沉降室一般是油水混合物，含有部分砂等介質，水相出口調節閥的調節需要用沉降室的油水界面液位計來控制，要求精度較高。
　　·當油水密度大于0．07時，可使用磁致伸縮液位計、射頻導納液位計、核子界面儀進行監測;
　　·當油水密度小于0．03時，磁致伸縮液位計誤差較大;可使用射頻導納液位計、核子界面儀進行監測。
　　3．2對于含有水室的分離器分離器分為沉降室、水室和油室。對于油室液位測量，可采用磁致伸縮液位儀表、射頻導納液位儀表、雷達液位計和核子界面儀控制油相出口調節閥流量。水室的液位測量值用來控制水相出口調節閥的開度，可使用磁致伸縮液位計、射頻導納液位計、核子界面儀。
　　對于此類型的分離器的沉降室來講，不需要控制界面，只需監測整個分離器的高高和低低液位報警。由于沉降室不存在用界面控制液位調節的工況，故選型相對沒有水室的分離器精度要求高。
　　·當油水密度大于0．07時，可使用磁致伸縮液位計、射頻導納液位計、核子界面儀進行監測;
　　·當油水密度小于0．03時，可使用射頻導納液位計、核子界面儀進行監測。
　　3．3各類液位儀表對比總結分離器的結構分類，液位儀表對比分析如下。(1)磁致伸縮液位儀表
　　·優點:信號傳輸距離長，安裝及試運行操作簡單。
　　·局限:對于油水密度小于0．03的油水混合物，無法測量界面;對于黏度大于1500×10－6的油水混合物，測量精度無法保證;且浮球容易堵塞、卡住，需定期清理。
　　對于以上局限，常通過設置多個油水界面排放孔，人工現場查看界面，不準確且不方便。
　　(2)雷達液位計非接觸式可測量頂層液體液位，若為接觸式，則容易產生掛料等，測量不準確。
　　(3)射頻導納液位儀表
　　·適用對象:高溫、高壓、易燃易爆、腐蝕等工況下，對液體、漿料、粉末、顆粒等物料。
　　·局限:油水在進入分離器的過程中，容易形成乳化物，導致油水界面不清晰，測量精度較差，水相含有大量油質，給后期水處理設備造成污染。
　　(4)核子界面儀
　　·適用對象:適用范圍廣闊，幾乎不受操作參數變化的影響，一般測量方式不能滿足要求時均可選用。
　　·局限:價格相對昂貴，使用射線，需考慮對人體輻射。
　　4分離器液位測量技術發展應用
　　分離器內液位測量儀表的應用至關重要，出現選型不能滿足分離器要求時，會造成水相含有大量油質，水系統處理設備損害，經濟損失嚴重。通過對分離器液位測量的應用研究，可根據分離器的結構和油田油品性質選型常用的合適的液位儀表。在渤海某油田分離器液位測量控制流程中，采用多種液位計并存的形式，在沉降室使用核子界面儀，在油室使用磁致伸縮液位計，核子界面儀和常規液位儀表配合使用。常規液位儀表實現關斷和調節功能，核子界面儀進行液位界面監測。根據中控室組態畫面的結果，人為干預化學藥劑以及控制效果的調整，當含砂量較高時，可根據需要除砂，優化控制參數?，F場技術人員反饋控制效果良好，油水分離效果較好。
　　隨著新型產品的不斷出現，液位測量儀表逐漸趨向于智能化、人性化、微型化發展，主要體現在以下幾個方面。(1)各種應用現場總線的液位儀表，如核子界面儀等，是將來自動化管理系統的接口儀表，是使用的發展方向之一，也是智能化油田管理的方向;
　　(2)磁致伸縮液位計是分離器內應用較**的接觸型液位測量裝置，價格及安裝成本較低，但油水界面的泡沫、霧化等影響其測量精度;
　　(3)多種液位計并存測量的方式將存在，分離器內液位儀表的選擇需考慮分離器的結構、測量精度、介質的介電常數等因素。

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