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    关于海油开采中石油分离器液位测量技术研究及发展应用

    发表时间:2017-05-01   点击次数:  技术支持:15601403222
             海上石油开采对于发展中的中国来说,是一项具有长远意的事情,海上石油储量丰富,油品优良,从海洋获得能源已经成为国家宏远蓝图的战略性计划。本文从海洋石油分离器常用的液位测量仪表的测量原理及应用方面,分析了石油分离器的内部结构及主要液位测量形式,主要归纳了沉降室、水室、油室的液位测量仪表选型原则,并总结了分离器液位测量技术的发展方向。
     
      在海洋石油生产过程中,油水分离过程是整个工艺流程的核心环节,也是油田创造利益的关键环节。分离器内主要测量油水界面、油相液位、水相液位,油相液位值常用于分离器高液位的报警值,用于调节进口混合介质阀门;水相液位值用于分离器低液位报警值,用于调节水相出口阀门;而油水界面值则是直接影响分离效果的关键参数。因此,针对石油分离器内部结构和油品性质的不同,为提高海洋石油生产过程中分离器的处理能力和分离效果,对分离器几种常用的液位测量技术进行了分析,达到更好地服务于油田测量、服务于油田生产、实现自动化控制、节能减排的目的。
      1分离器的类型
      1.1高效分离器
      根据分离指标,在分离器入口增加整流板等,避免来液对分离器的扰动,平稳降压,内件采用多级,加速沉降,加热盘管设在油层区,高压情况下入口增加旋流分离器。
      1.2普通分离器
      分离指标较低,内件复杂程度和高效稍许区别,加热盘管为油水共同加热。高效分离器和普通分离器内部结构分为两种,一种为沉降室、油室;另一种为沉降室、水室和油室。
      1.3沉降室、油室的原理分析
      油、气、水混合物来液进入三相分离器,经整流器、波纹板组、斜板组等后,大部分沉降到分离沉降室的液相区,沉降下来的油、水混合液停留一段时间后因密度的差别逐渐进行分层,水沉积在集水包和液相区的底部,液相区的上部为油层。油层的液位高出隔油板顶部慢慢流入油室,油室的液位仪表测量值用于控制油相出口调节阀。液相区的水沉降分离到沉降室的底层,并且经过出水阀排除。对于沉降室来讲,水相出口调节阀的调节需要用油水界面液位计来控制。典型的结构图如图1所示。
      1.4沉降室、油室和水室的原理分析
      油、气、水混合物来液进入三相分离器,经整流器后,大部分沉降到分离沉降室的液相区,沉降下来的油、水混合液停留一段时间后因密度的差别逐渐进行分层,水沉积在集水包和液相区的底部,液相区的上部
      图1沉降室和油室
      为油层。油层的液位高出隔油板顶部慢慢流入油室,油室的液位测量值用于控制油相出口调节阀。液相区的水沉降分离到沉降室的底层,经水连通管慢慢流入水室,当水室液位达到一定高度,水室的液位测量值控制水相出口调节阀。对于沉降室来讲,不需要控制界面,只需监测整个分离器的高高和低低液位报警。典型的结构图如图2所示。
      图2沉降室、油室和水室
      针对以上分离器的内部结构及测量需求,常用的分离器液位测量技术主要有以下几种。
      2分离器常用液位测量技术
      2.1磁致伸缩液位计
      采用连通器原理,主体内漂浮永久磁性浮子,以磁致伸缩效应为依据,通过导波脉冲的测量时间来检测装有磁铁的浮子的位置。其结构主要分为三部分:浮球(内装有磁钢)、变送器(由脉冲发送器和接收器组成)和装有磁致伸缩线的不锈钢测量管。磁致伸缩液位计适用于常压或有压容器,容易安装,无须定期维修和重新标定,但磁致伸缩液位计与被测液体接触,易受液体化学成分影响,液体密度变化会带来测量误差,当被测液体是黏稠介质时,浮球容易被卡住。
      2.2雷达液位计
      雷达液位计是利用超高频电磁波经天线向被测容器的液面反射,当电磁波碰到液面后反射回来,仪表检测出发射波及回波的时差,进而计算出液面的高度。雷达液位计一般为顶式安装,可用于易燃、易爆等介质的液位测量,有接触式和非接触式两种测量方式,特别适用于大的立体罐,精度分为工业级和计量级,可满足不同测量和计量的需求。
      
    射频导纳液位计

      2.3电容式射频导纳液位计
      电极与被测容器之间形成等效电容,当液位升高变化时,根据变化的电容值,可检测到液位值。射频导纳液位仪是在电容液位计的基础上采用补偿电路的形式,将单纯测量传感电极的电容变化调整为测量传感电极的复数阻抗变化,克服了挂料引起的测量误差,电路单元将测量导纳值转换成液位信号输出,实现液位测量。射频导纳液位仪适用于连续测量和高低液位报警,用于导电和非导电介质,要求介电常数随环境的变化小,对于石油等类似黏稠的介质,可选择带有保护极套的电极。
      2.4核子界面仪
      核子界面仪是利用放射源产生的射线,根据射线穿过不同介质时,射线被不同高度的液体所吸收,测得因被吸收而衰减的射线强度,从而测出相应介质的液位高度。
      核子界面仪包括三个钛化浸渍管,安装有低能量伽马级,底部固定在分离器内部,结构安装图如图3所示,测量示意图如图4所示。
      图3结构安装图
      此液位计对各种介质都能准确测量液位,直观的将分离器内各种介质(砂质、水层、乳化层、泡沫层、油层以及气态等)以画面形式在人机界面显示出来,且对整个控制回路形成闭环,对油水界面的测量控制精度高,优化了整个水处理环节。根据分离器内各种介质的液位信息,可使化学药剂用量和生产分离相结合,
      图4测量示意图
      实现化学药剂(消泡剂、破乳剂等)的自动控制,降低化学药剂使用率;此液位计的反馈信息准确,能准确控制油水界面,提高分离效果,防止水系统处理设备污染,节能减排。
      3分离器液位测量研究
      根据分离器内沉降室、水室、油室的测量需求,对各室的液位测量仪表选型分析如下。
      3.1对于不含水室的分离器分离器分为沉降室和油室。油室的液位仪表测量值用于控制油相出口调节阀,油室较纯净。对于油室液位测量,可采用磁致伸缩液位仪表、射频导纳液位仪表、雷达液位计和核子界面仪。沉降室一般是油水混合物,含有部分砂等介质,水相出口调节阀的调节需要用沉降室的油水界面液位计来控制,要求精度较高。
      ·当油水密度大于0.07时,可使用磁致伸缩液位计、射频导纳液位计、核子界面仪进行监测;
      ·当油水密度小于0.03时,磁致伸缩液位计误差较大;可使用射频导纳液位计、核子界面仪进行监测。
      3.2对于含有水室的分离器分离器分为沉降室、水室和油室。对于油室液位测量,可采用磁致伸缩液位仪表、射频导纳液位仪表、雷达液位计和核子界面仪控制油相出口调节阀流量。水室的液位测量值用来控制水相出口调节阀的开度,可使用磁致伸缩液位计、射频导纳液位计、核子界面仪。
      对于此类型的分离器的沉降室来讲,不需要控制界面,只需监测整个分离器的高高和低低液位报警。由于沉降室不存在用界面控制液位调节的工况,故选型相对没有水室的分离器精度要求高。
      ·当油水密度大于0.07时,可使用磁致伸缩液位计、射频导纳液位计、核子界面仪进行监测;
      ·当油水密度小于0.03时,可使用射频导纳液位计、核子界面仪进行监测。
      3.3各类液位仪表对比总结分离器的结构分类,液位仪表对比分析如下。(1)磁致伸缩液位仪表
      ·优点:信号传输距离长,安装及试运行操作简单。
      ·局限:对于油水密度小于0.03的油水混合物,无法测量界面;对于黏度大于1500×10-6的油水混合物,测量精度无法保证;且浮球容易堵塞、卡住,需定期清理。
      对于以上局限,常通过设置多个油水界面排放孔,人工现场查看界面,不准确且不方便。
      (2)雷达液位计非接触式可测量顶层液体液位,若为接触式,则容易产生挂料等,测量不准确。
      (3)射频导纳液位仪表
      ·适用对象:高温、高压、易燃易爆、腐蚀等工况下,对液体、浆料、粉末、颗粒等物料。
      ·局限:油水在进入分离器的过程中,容易形成乳化物,导致油水界面不清晰,测量精度较差,水相含有大量油质,给后期水处理设备造成污染。
      (4)核子界面仪
      ·适用对象:适用范围广阔,几乎不受操作参数变化的影响,一般测量方式不能满足要求时均可选用。
      ·局限:价格相对昂贵,使用射线,需考虑对人体辐射。
      4分离器液位测量技术发展应用
      分离器内液位测量仪表的应用至关重要,出现选型不能满足分离器要求时,会造成水相含有大量油质,水系统处理设备损害,经济损失严重。通过对分离器液位测量的应用研究,可根据分离器的结构和油田油品性质选型常用的合适的液位仪表。在渤海某油田分离器液位测量控制流程中,采用多种液位计并存的形式,在沉降室使用核子界面仪,在油室使用磁致伸缩液位计,核子界面仪和常规液位仪表配合使用。常规液位仪表实现关断和调节功能,核子界面仪进行液位界面监测。根据中控室组态画面的结果,人为干预化学药剂以及控制效果的调整,当含砂量较高时,可根据需要除砂,优化控制参数。现场技术人员反馈控制效果良好,油水分离效果较好。
      随着新型产品的不断出现,液位测量仪表逐渐趋向于智能化、人性化、微型化发展,主要体现在以下几个方面。(1)各种应用现场总线的液位仪表,如核子界面仪等,是将来自动化管理系统的接口仪表,是使用的发展方向之一,也是智能化油田管理的方向;
      (2)磁致伸缩液位计是分离器内应用较广泛的接触型液位测量装置,价格及安装成本较低,但油水界面的泡沫、雾化等影响其测量精度;
      (3)多种液位计并存测量的方式将存在,分离器内液位仪表的选择需考虑分离器的结构、测量精度、介质的介电常数等因素。

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