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优化磁性浮子液位计设计使其在油水中测试更加准确

   液位计     日期:2020-05-13    
      摘 要 分离器是油田中心处理站的核心设备之一,其最主要的功能就是对井口来液进行油、气、水三相分离,其内部油水界面应该保持在合理的区间内,油水界面准确测量,对整个原油处理中心站来说具有重要意义。本文根据我院承接设计的伊拉克某油田中心处理站中分离器混合腔油水界面测量实际情况,提出了优化的设计方案,供今后设计参考。       伊拉克某油田中心处理站整个原油脱水系统主要包括三级脱水设备: 一级分离器、二级分离器及电脱水器。其分离器的主要工艺为: 当含水原油注入分离器后,由于密度不同,经过沉降,油相和水相逐步分离,逐渐形成一个油水界面,油层和水层分处两个不同的介质层。生产工艺要求准确及时地测量油水界面的位置,以便分离后的生产水达到限定高度时及时开启阀门排水; 同时在生产水排放过程中要实时监控界位的变化,当界位达到低限位时,及时关闭阀门,避免油品流失造成浪费和环境污染。所以油水界面的准确测量直接影响整个原油处理系统的分离效果,对整个原油处理中心站来说具有重要意义。        1 出现的问题     该原油中心处理站投油稳定一段时间后,测量分离器油水界位的磁性浮子液位计中磁浮子一直处于磁性浮子液位计连通管上部工艺接口处,磁性浮子液位计一直显示满液位状态。由于缺少就地磁性浮子液位计的比对,现场无法准确实现射频导纳液位计的实物标定,导致控制室所接收到信号准确性无法判断。        2 原因分析     从分离器结构上看,为了便于在线维修,其采用侧装旁通管的方式进行油水界位的测量。旁通管上法兰接管略低于可调溢液板最高点,保证上法兰接管一直处于混合腔油层范围内,旁通管下法兰接管离罐底 200mm,保证下法兰处于水层范围内。其测量简图见图 1。  

        经分析,这种直接测量油水界位的测量方式,存在以下几点问题:        2.1 混合腔中实际油水之间没有明显的分界面     在工艺模拟中,分离器中油水存在明显的分界面,通常仪表专业测量油水界位也是以此为理论基础,通过直接测量的方式确定油水界位。但实际运行过程中,特别是一级分离器的油水混合腔,其分离后的油层中本来就含有大量的水分( 装置运行后期,水的含量可达 50%以上) ,而且由于油水腔的长度受设备长度的局限,静置时间往往不足以实现油水的完全分离,油水界位实际上是通过乳化层的形式出现,油中含水,水中含油。所以直接测量油水界位的方式存在偏差。        2.2 实际油水密度差较小,磁性浮子液位计无法测量油水界位。     磁翻板又为磁性浮子液位计,其根据浮力和磁性耦合作用原理工作。当被测容器中的液位升降时,液位计导管中的磁浮子也随之升降,磁浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到现场指示器,驱动红、白翻柱翻转 180°,当液位上升时,翻柱由白色转为红色,当液位下降时,翻柱由红色转为白色,指示器的红、白界位处为容器内介质液位的实际高度。       当用磁性浮子液位计直接测量界位时,需要上下介质层的密度差能满足磁浮子制造的需要。即在分离器油水界面的测量时,制造出的浮子密度需大于油层的密度,而小于水层密度。当油层中含水量太高,其密度越接近于水的密度,会出现磁浮子密度低于含水油的密度,磁性浮子液位计指示器将一致出现红色,无红、白界位。        2.3 射频导纳液位计测量的准确性无法判断     射频导纳液位计是从电容式液位计技术的基础上发展起来的,其主要通过测量被测介质的电容来推算介质的实际液位。射频导纳液位计进行液位测量时需要进行实物标定,标定时将射频导纳液位计测得的实时电容与真实液位对应。 图 2 为射频导纳液位计现场实物标定现场截图。  

        而在现场,由于就地磁翻板液位计不能正确显示油水界位,所以现场无法通过磁性浮子液位计确定出准确的分离器油水界位。最后导致装置外操人员只能通过分离器油水腔上设置的取样管放液的方式初步确定油、水分界位置( 取样管间距离较大,管嘴间间距常在 400mm) ,所以标定后的射频导纳的准确性无法判断。       通过以上对分离器的界位测量的分析,为了解决上诉问题,我们在油水界位测量时进行以下优化设计。        3 优化设计     优化设计后的主要结构图,见图 3。       如图所示,主要优化措施有:      (1) 通过将油水混合腔的连通管的上法兰接管置于距离罐顶 200mm 处( 可调溢液板最高点上方) ,下法兰接管距罐底距离保持不变。        (2) 磁性浮子液位计由测量油水界位改成通过测量生产水的液位,通过计算确定油、水界位的高度。       (3) 将射频导纳液位计改成雷达液位计,直接测量液位的高度,通过油水密度不同计算出油、水界位,进行界位控制。         原设计的连通管上部工艺接口被设计于油层范围内,高于油水界面,由于油水界面本身比较难控制,其定位较为困难。同时,当可调溢液板根据入口原油工艺条件变化进行调整时,设备上固定的工艺接口将无法满足变化的油水界位设置需要。可调溢液板加高时,油水界面会随着可调溢液板高度增加而上升,从而可能出现油水界面高于连通管上部工艺接口情况,失去了测量油水界面的可能。       优化设计后,连通管上部工艺接口置于距离罐顶200mm处,其开口位置高于可调溢液板最高点,确保上部工艺接口一直处于分离器气相中。如图 3 所示。       根据帕斯卡定律,可知:      ρ1 g( h1-h3 ) +ρ2 gh3 = ρ2 gh2                由可得     h3 = ( ρ2 h2-ρ1 h1 ) /( ρ2-ρ1 )               式中 ρ1,ρ2 可查; h1 的高度为溢液板高度,由于上部截面宽,超出部分可迅速流过溢液板,流至分离器油腔,故混合腔中总液位高度可近似为溢液板高度; h2 为旁通管测量出水位的高度,可通过液位计方便测量; 故作为唯一的变量油水界面 h3 可得。        h1 : 可调溢液板高度;       h2 : 旁通管测量出水位的高度;       h3 : 混合腔中油水界面高定;       ρ1 : 油的密度;       ρ2 : 水的密度;       优化设计考虑了可调溢液板高度调整的情况,当可调溢液板高度变化时,只需要改变式中 h1 的值就可以计算出油水界位。       同时,原设计通过密度差测量界位,对磁浮子要求较高,而且需分离器油水分离效果较好的情况下才能实现,而一级分离器油层中含有大量的生产水,所以通过将油水界面的测量改为对连通管中生产水液位的测量,对磁浮子密度要求降低,更符合实际生产工况。       同理,将射频导纳液位计测量界位改成导波雷达液位计测量实际连通管生产水液位,再通过公式的方式,计算油水界位。这种方式无需现场实际标定,其导波雷达液位计测量值与磁翻板显示值一致,便于现场调校及问题分析。通过上述对分离器油水界位的优化设计,该项目分离器分离效果得到了较大改善,设备运行平稳,得到了业主及总包方的认可。        4 结束语     本文就分离器油水界面现场存在的问题,分析其产生的原因,提出了油水界面优化设计方案,取得了较好效果。其主要优化设计措施如下:       (1) 抬升油水混合腔连通管上部工艺接口至分离器气相区,满足可调溢液板调整的需要。        (2) 磁性浮子液位计由测量油水界面改成测量生产水液位,降低测量难度,更符合实际生产工况。       (3) 将射频导纳液位计测量界位改成导波雷达液位计测量液位,减少装置外操人员实际标定工作量,测量的液位与就地磁性板液位一致,便于导波雷达液位计的调校。       分离器油水分离效果好坏受多种因素影响,复杂的工况需要设计人员具体问题具体分析。本文所述的油水界面测量优化设计是改善分离效果的一种方法,可供设计人员参考,借鉴。

 
 
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