海上石油開(kāi)采對(duì)于發(fā)展中的中國(guó)來(lái)說(shuō)，是一項(xiàng)具有長(zhǎng)遠(yuǎn)意的事情，海上石油儲(chǔ)量豐富，油品優(yōu)良，從海洋獲得能源已經(jīng)成為國(guó)家宏遠(yuǎn)藍(lán)圖的戰(zhàn)略性計(jì)劃。本文從海洋石油分離器常用的液位測(cè)量?jī)x表的測(cè)量原理及應(yīng)用方面，分析了石油分離器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及主要液位測(cè)量形式，主要?dú)w納了沉降室、水室、油室的液位測(cè)量?jī)x表選型原則，并總結(jié)了分離器液位測(cè)量技術(shù)的發(fā)展方向。
 
　　在海洋石油生產(chǎn)過(guò)程中，油水分離過(guò)程是整個(gè)工藝流程的核心環(huán)節(jié)，也是油田創(chuàng)造利益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。分離器內(nèi)主要測(cè)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(bào)警值，用于調(diào)節(jié)進(jìn)口混合介質(zhì)閥門(mén);水相液位值用于分離器低液位報(bào)警值，用于調(diào)節(jié)水相出口閥門(mén);而油水界面值則是直接影響分離效果的關(guān)鍵參數(shù)。因此，針對(duì)石油分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和油品性質(zhì)的不同，為提高海洋石油生產(chǎn)過(guò)程中分離器的處理能力和分離效果，對(duì)分離器幾種常用的液位測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了分析，達(dá)到更好地服務(wù)于油田測(cè)量、服務(wù)于油田生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制、節(jié)能減排的目的。
　　1分離器的類型
　　1．1高效分離器
　　根據(jù)分離指標(biāo)，在分離器入口增加整流板等，避免來(lái)液對(duì)分離器的擾動(dòng)，平穩(wěn)降壓，內(nèi)件采用多級(jí)，加速沉降，加熱盤(pán)管設(shè)在油層區(qū)，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(biāo)較低，內(nèi)件復(fù)雜程度和高效稍許區(qū)別，加熱盤(pán)管為油水共同加熱。高效分離器和普通分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(lái)液進(jìn)入三相分離器，經(jīng)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(qū)，沉降下來(lái)的油、水混合液停留一段時(shí)間后因密度的差別逐漸進(jìn)行分層，水沉積在集水包和液相區(qū)的底部，液相區(qū)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(cè)量值用于控制油相出口調(diào)節(jié)閥。液相區(qū)的水沉降分離到沉降室的底層，并且經(jīng)過(guò)出水閥排除。對(duì)于沉降室來(lái)講，水相出口調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)需要用油水界面液位計(jì)來(lái)控制。典型的結(jié)構(gòu)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(lái)液進(jìn)入三相分離器，經(jīng)整流器后，大部分沉降到分離沉降室的液相區(qū)，沉降下來(lái)的油、水混合液停留一段時(shí)間后因密度的差別逐漸進(jìn)行分層，水沉積在集水包和液相區(qū)的底部，液相區(qū)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(cè)量值用于控制油相出口調(diào)節(jié)閥。液相區(qū)的水沉降分離到沉降室的底層，經(jīng)水連通管慢慢流入水室，當(dāng)水室液位達(dá)到一定高度，水室的液位測(cè)量值控制水相出口調(diào)節(jié)閥。對(duì)于沉降室來(lái)講，不需要控制界面，只需監(jiān)測(cè)整個(gè)分離器的高高和低低液位報(bào)警。典型的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
　　圖2沉降室、油室和水室
　　針對(duì)以上分離器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及測(cè)量需求，常用的分離器液位測(cè)量技術(shù)主要有以下幾種。
　　2分離器常用液位測(cè)量技術(shù)
　　2．1磁致伸縮液位計(jì)
　　采用連通器原理，主體內(nèi)漂浮**磁性浮子，以磁致伸縮效應(yīng)為依據(jù)，通過(guò)導(dǎo)波脈沖的測(cè)量時(shí)間來(lái)檢測(cè)裝有磁鐵的浮子的位置。其結(jié)構(gòu)主要分為三部分:浮球(內(nèi)裝有磁鋼)、變送器(由脈沖發(fā)送器和接收器組成)和裝有磁致伸縮線的不銹鋼測(cè)量管。磁致伸縮液位計(jì)適用于常壓或有壓容器，容易安裝，無(wú)須定期維修和重新標(biāo)定，但磁致伸縮液位計(jì)與被測(cè)液體接觸，易受液體化學(xué)成分影響，液體密度變化會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差，當(dāng)被測(cè)液體是黏稠介質(zhì)時(shí)，浮球容易被卡住。
　　2．2雷達(dá)液位計(jì)
　　雷達(dá)液位計(jì)是利用超高頻電磁波經(jīng)天線向被測(cè)容器的液面反射，當(dāng)電磁波碰到液面后反射回來(lái)，儀表檢測(cè)出發(fā)射波及回波的時(shí)差，進(jìn)而計(jì)算出液面的高度。雷達(dá)液位計(jì)一般為頂式安裝，可用于易燃、易爆等介質(zhì)的液位測(cè)量，有接觸式和非接觸式兩種測(cè)量方式，特別適用于大的立體罐，精度分為工業(yè)級(jí)和計(jì)量級(jí)，可滿足不同測(cè)量和計(jì)量的需求。
　　


　　2．3電容式射頻導(dǎo)納液位計(jì)
　　電極與被測(cè)容器之間形成等效電容，當(dāng)液位升高變化時(shí)，根據(jù)變化的電容值，可檢測(cè)到液位值。射頻導(dǎo)納液位儀是在電容液位計(jì)的基礎(chǔ)上采用補(bǔ)償電路的形式，將單純測(cè)量傳感電極的電容變化調(diào)整為測(cè)量傳感電極的復(fù)數(shù)阻抗變化，克服了掛料引起的測(cè)量誤差，電路單元將測(cè)量導(dǎo)納值轉(zhuǎn)換成液位信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量。射頻導(dǎo)納液位儀適用于連續(xù)測(cè)量和高低液位報(bào)警，用于導(dǎo)電和非導(dǎo)電介質(zhì)，要求介電常數(shù)隨環(huán)境的變化小，對(duì)于石油等類似黏稠的介質(zhì)，可選擇帶有保護(hù)極套的電極。
　　2．4核子界面儀
　　核子界面儀是利用放射源產(chǎn)生的射線，根據(jù)射線穿過(guò)不同介質(zhì)時(shí)，射線被不同高度的液體所吸收，測(cè)得因被吸收而衰減的射線強(qiáng)度，從而測(cè)出相應(yīng)介質(zhì)的液位高度。
　　核子界面儀包括三個(gè)鈦化浸漬管，安裝有低能量伽馬級(jí)，底部固定在分離器內(nèi)部，結(jié)構(gòu)安裝圖如圖3所示，測(cè)量示意圖如圖4所示。
　　圖3結(jié)構(gòu)安裝圖
　　此液位計(jì)對(duì)各種介質(zhì)都能準(zhǔn)確測(cè)量液位，直觀的將分離器內(nèi)各種介質(zhì)(砂質(zhì)、水層、乳化層、泡沫層、油層以及氣態(tài)等)以畫(huà)面形式在人機(jī)界面顯示出來(lái)，且對(duì)整個(gè)控制回路形成閉環(huán)，對(duì)油水界面的測(cè)量控制精度高，優(yōu)化了整個(gè)水處理環(huán)節(jié)。根據(jù)分離器內(nèi)各種介質(zhì)的液位信息，可使化學(xué)藥劑用量和生產(chǎn)分離相結(jié)合，
　　圖4測(cè)量示意圖
　　實(shí)現(xiàn)化學(xué)藥劑(消泡劑、破乳劑等)的自動(dòng)控制，降低化學(xué)藥劑使用率;此液位計(jì)的反饋信息準(zhǔn)確，能準(zhǔn)確控制油水界面，提高分離效果，防止水系統(tǒng)處理設(shè)備污染，節(jié)能減排。
　　3分離器液位測(cè)量研究
　　根據(jù)分離器內(nèi)沉降室、水室、油室的測(cè)量需求，對(duì)各室的液位測(cè)量?jī)x表選型分析如下。
　　3．1對(duì)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(cè)量值用于控制油相出口調(diào)節(jié)閥，油室較純凈。對(duì)于油室液位測(cè)量，可采用磁致伸縮液位儀表、射頻導(dǎo)納液位儀表、雷達(dá)液位計(jì)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(zhì)，水相出口調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)需要用沉降室的油水界面液位計(jì)來(lái)控制，要求精度較高。
　　·當(dāng)油水密度大于0．07時(shí)，可使用磁致伸縮液位計(jì)、射頻導(dǎo)納液位計(jì)、核子界面儀進(jìn)行監(jiān)測(cè);
　　·當(dāng)油水密度小于0．03時(shí)，磁致伸縮液位計(jì)誤差較大;可使用射頻導(dǎo)納液位計(jì)、核子界面儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
　　3．2對(duì)于含有水室的分離器分離器分為沉降室、水室和油室。對(duì)于油室液位測(cè)量，可采用磁致伸縮液位儀表、射頻導(dǎo)納液位儀表、雷達(dá)液位計(jì)和核子界面儀控制油相出口調(diào)節(jié)閥流量。水室的液位測(cè)量值用來(lái)控制水相出口調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，可使用磁致伸縮液位計(jì)、射頻導(dǎo)納液位計(jì)、核子界面儀。
　　對(duì)于此類型的分離器的沉降室來(lái)講，不需要控制界面，只需監(jiān)測(cè)整個(gè)分離器的高高和低低液位報(bào)警。由于沉降室不存在用界面控制液位調(diào)節(jié)的工況，故選型相對(duì)沒(méi)有水室的分離器精度要求高。
　　·當(dāng)油水密度大于0．07時(shí)，可使用磁致伸縮液位計(jì)、射頻導(dǎo)納液位計(jì)、核子界面儀進(jìn)行監(jiān)測(cè);
　　·當(dāng)油水密度小于0．03時(shí)，可使用射頻導(dǎo)納液位計(jì)、核子界面儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
　　3．3各類液位儀表對(duì)比總結(jié)分離器的結(jié)構(gòu)分類，液位儀表對(duì)比分析如下。(1)磁致伸縮液位儀表
　　·優(yōu)點(diǎn):信號(hào)傳輸距離長(zhǎng)，安裝及試運(yùn)行操作簡(jiǎn)單。
　　·局限:對(duì)于油水密度小于0．03的油水混合物，無(wú)法測(cè)量界面;對(duì)于黏度大于1500×10－6的油水混合物，測(cè)量精度無(wú)法保證;且浮球容易堵塞、卡住，需定期清理。
　　對(duì)于以上局限，常通過(guò)設(shè)置多個(gè)油水界面排放孔，人工現(xiàn)場(chǎng)查看界面，不準(zhǔn)確且不方便。
　　(2)雷達(dá)液位計(jì)非接觸式可測(cè)量頂層液體液位，若為接觸式，則容易產(chǎn)生掛料等，測(cè)量不準(zhǔn)確。
　　(3)射頻導(dǎo)納液位儀表
　　·適用對(duì)象:高溫、高壓、易燃易爆、腐蝕等工況下，對(duì)液體、漿料、粉末、顆粒等物料。
　　·局限:油水在進(jìn)入分離器的過(guò)程中，容易形成乳化物，導(dǎo)致油水界面不清晰，測(cè)量精度較差，水相含有大量油質(zhì)，給后期水處理設(shè)備造成污染。
　　(4)核子界面儀
　　·適用對(duì)象:適用范圍廣闊，幾乎不受操作參數(shù)變化的影響，一般測(cè)量方式不能滿足要求時(shí)均可選用。
　　·局限:價(jià)格相對(duì)昂貴，使用射線，需考慮對(duì)人體輻射。
　　4分離器液位測(cè)量技術(shù)發(fā)展應(yīng)用
　　分離器內(nèi)液位測(cè)量?jī)x表的應(yīng)用至關(guān)重要，出現(xiàn)選型不能滿足分離器要求時(shí)，會(huì)造成水相含有大量油質(zhì)，水系統(tǒng)處理設(shè)備損害，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。通過(guò)對(duì)分離器液位測(cè)量的應(yīng)用研究，可根據(jù)分離器的結(jié)構(gòu)和油田油品性質(zhì)選型常用的合適的液位儀表。在渤海某油田分離器液位測(cè)量控制流程中，采用多種液位計(jì)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(jì)，核子界面儀和常規(guī)液位儀表配合使用。常規(guī)液位儀表實(shí)現(xiàn)關(guān)斷和調(diào)節(jié)功能，核子界面儀進(jìn)行液位界面監(jiān)測(cè)。根據(jù)中控室組態(tài)畫(huà)面的結(jié)果，人為干預(yù)化學(xué)藥劑以及控制效果的調(diào)整，當(dāng)含砂量較高時(shí)，可根據(jù)需要除砂，優(yōu)化控制參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員反饋控制效果良好，油水分離效果較好。
　　隨著新型產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，液位測(cè)量?jī)x表逐漸趨向于智能化、人性化、微型化發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。(1)各種應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線的液位儀表，如核子界面儀等，是將來(lái)自動(dòng)化管理系統(tǒng)的接口儀表，是使用的發(fā)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(jì)是分離器內(nèi)應(yīng)用較**的接觸型液位測(cè)量裝置，價(jià)格及安裝成本較低，但油水界面的泡沫、霧化等影響其測(cè)量精度;
　　(3)多種液位計(jì)并存測(cè)量的方式將存在，分離器內(nèi)液位儀表的選擇需考慮分離器的結(jié)構(gòu)、測(cè)量精度、介質(zhì)的介電常數(shù)等因素。

上一條：關(guān)于海石油分離器液位測(cè)量技術(shù)研究及發(fā)展應(yīng)用
下一條：用于污水流量測(cè)量的流量計(jì)選型要點(diǎn)及產(chǎn)品特點(diǎn)分析研究（上）