穩定輕烴自動盤庫方案探討

采油一廠尕斯聯合站DCS系統于2006年完成改造，具有強大的控制及數據處理功能。但是2006年的自動化改造是以油區和控制系統為主的，穩定輕烴罐區沒有進行自動化改造，目前穩定輕烴盤庫仍然是人工盤庫。穩定輕烴產量盤庫是掌握原油生產動態的諸多重要工作之一，是生產決策者需要及時掌握的第一手生產資料。人工盤庫與自動盤庫相比具有諸多不足之處;盤庫準確度受工作人員技術能力，情緒狀態、敬業程度影響，人工盤庫做不到實時盤庫及顯示;現場玻璃板液位計精度低影響盤庫準確度，人工盤庫沒有考慮溫壓補償運算等。通過安裝高精度的差壓變送器和高精度液位計，通過在DCS系統中編制算法，可以實現對穩定輕烴的自動盤庫、實時顯示、報表處理、數據上傳。

1、目前穩定輕烴人工盤庫方法及存在的問曩

尕斯聯合站目前穩定輕烴人工盤庫方法是:現場人工測量穩定輕烴液位，查表計算庫存。玻璃板液位計沒有刻度板，經驗做法是按一個螺絲是0.05公分，一個玻板是30公分，靠目測估算液位，或者用鋼卷尺根據玻璃板液位計粗略測量。其液位測量的準確度是不言而喻的。

2、自動盤庫可行性方案

2.1 總體方案

盤庫的目的是為了準確掌握穩定輕烴罐中的穩定輕烴庫存量，盤庫計算存在如下兩方面的難題:

2.1.1 容積計算困難:

由于臥式穩定輕烴罐兩端為球缺形狀，中間為水平狀態的圓柱體，所以穩定輕烴罐的庫存量與罐內液位是個極其復雜的對應關系。計算公式需要用微積分推導，這正是本文著重解決的課題之一。

2.1.2 溫壓補償計算困難;

由于輕質油和液化氣的體積和密度都受溫度壓力影響，所以要準確盤庫就必須進行溫壓補償計算。根據石油計量標準的相關要求，溫壓補償有嚴格的操作計算規程。比如多級取樣、化驗、查表、計算等。對尕斯聯合站穩定輕烴罐而言，無法進行多級取樣。化驗、查表、計算過程復雜，精度受人為因素影響并且需要專門安排人完成這項工作。如何跨過溫壓補償計算也是本文著重解決的課題之一。

本文實現自動盤庫的總體思路是:通過微積分公式推導得出實測客積與液位的對應關系公式，安裝高精度液位計實時連續測量穩定輕烴罐的液位，遠傳變送至DCS系統，在DCS系統計算模塊中編制算法，實時計算出每個穩定輕烴罐的穩定輕烴庫存量(實際工藝狀態下的體積);利用差壓與液體密度、液柱高度、重力加速度的關系公式，通過測量穩定輕烴在穩定輕烴罐內形成的差壓，遠傳變送至DCS系統，在DCS系統計算模塊中編制算法，折算出實際工藝狀態下的穩定輕烴的綜合性的理論密度;最后利用質量與體積及密度的關系，在DCS系統中自動計算出相應的庫存量(穩定輕烴的質量)，計算結果在DCS各操作站實時動態顯示，根據要求自動生成報表，支持數據上傳至采油一廠生產動態數據庫。

2.2 儀表選型分析

差壓變送器是目前發展最為成熟的工業儀表之一，其精度可以達到±0.075，選用高精度毛細管差壓變送器安裝在現場液位計的上下接口管線上即可滿足要求。由于穩定輕烴的某些特性造成穩定輕烴罐液位檢測比較困難，所以本文對液位智能遠傳變送器作如下選型分析:

2.2.1 雷達液位計及超聲波液位計:

輕質油、液化氣的介電常數很低，易揮發，這些特性造成了雷達液位計及超聲波液位計不能可靠穩定地工作，在實際試用探索中充分證明了這一點，主要現象是數據波動大。特別是穩定輕烴進出罐時，波動尤為明顯，達到10cm以上，所以雷達液位計及超聲波液位計不適合測量穩定輕烴罐液位。

2.2.2 射頻導納液位計:

輕質油、液化氣產品中含有微量的水，含水量與進液量、存液時間、排水密切相關，沒有固定不變的含水值及分布狀態，而含水直接影響穩定輕烴的介電常數，介電常數變化對射頻導納液位計影響極大，因為射頻導納液位計是靠檢測介質在探桿和參考極之間的導納值來換算液位的?？梢娚漕l導納液位計不適合測量穩定輕烴罐液位。

2.2.3 磁致伸縮液位計:

磁致伸縮液位計分內裝型和外裝帶磁翻板型，主要由磁浮子、磁致伸縮桿和變送單元構成，該產品主要由測桿、電子倉和套在測桿上的非接觸的磁環或浮球組成。測桿內裝有磁致伸縮線(波導線)，測桿由不導磁的不銹鋼管制成，可靠地保護了波導絲。工作時，由電子倉內電子電路產生一起始脈沖，此起始脈沖在波導絲中傳輸時，同時產生了一沿波導絲方向前進的旋轉磁場，當這個磁場與磁環或浮球中的永久磁場相遇時，產生磁致伸縮效應，使波導絲發生扭動，這一扭動被安裝在電子倉內的拾能機構所感知并轉換成相應的電流脈沖，通過電子電路計算出兩個脈沖之間的時間差，即可精確測出被測的位移和液位。此類產品的非線性誤差只有±0.05%FS(量程300mm以下時，最大誤差150μm)，重復性誤差優于0.01%FS，分辨率優于0.01%FS，遲滯優于0.01%FS，溫度影響只有±0.007%FS/℃。

此類儀表完全適合測量穩定輕烴罐液位，為了確保液位檢測的準確性并且方便標定，本文提出每個穩定輕烴罐安裝兩個磁致伸縮液位計:一個為內裝型，安裝在穩定輕烴罐的人孔蓋上，能夠全范圍真實檢測液位，將外界干擾因素最小化，用于自動盤庫計算。另一個為帶磁翻板外裝型，一方面為了方便操作工現場查看液位，另一方面為了便于標定，和內裝型液位計形成對比，來判斷內裝掖位計是否必須標定，既保證內裝液位計的準確性又減少內裝液位計的標定次數，解決內裝液位計不便于拆裝的問題。由于外裝型液位計受引出口位置限制不能壘范圍檢測液位，冬季室外溫度很低，穩定輕烴含水會在引出管甚至液位計內結冰，造成液位檢測不準甚至液位計無法工作，所以不能用于自動盤庫，只作為內裝液位計的對比參考。

2.3 自動盤庫算法

2.3.1 差體積計算:

根據液位計算穩定輕烴罐內的穩定輕烴的體積量是穩定輕烴自動盤庫的難點，也是算法的核心。青海油田采油一廠尕斯聯合站的穩定輕烴儲罐是臥式罐，液位與罐內液體體積關系:VH=V0±V1。

由于計算公式復雜，所以需要把上述計算公式編到DCS系統中的計算模塊中，自動計算處理，最終隨著穩定輕烴罐液位H的實時變化，準確計算出實際工藝狀態下的穩定輕烴體積VH。

2.3.2 理論密度計算:

差壓與液柱的關系公式為:P=p·g·h0

P-液桂羞壓;p-液體密度;g-重力加速度，hO-液柱高度。

在穩定輕烴罐中，P對應穩定輕烴產生的液柱差壓，通過高精度毛細管差壓變送器可以準確檢測P;p對應穩定輕烴在實際工藝狀態下的理論密度;hO對應穩定輕烴相對于毛細管羞壓變送器高壓端的液位高度，通過用穩定輕烴的實際液位H減去毛細管差壓變送器高壓端相對穩定輕烴罐罐底的安裝高度即可得出。所以，利用p=P/(g·hO)公式，在DCS系統在簡單編制計算程序便可計算出穩定輕烴在實際工藝狀態下的理論密度p。

2.3.3 盤庫結果計算:

m=VH·p

m-單臺穩定輕烴罐的盤庫結果，即穩定輕烴的庫存量(質量)，t

2.3.4 特別說明:

在采用溫壓補償計算的常規盤庫中，由于液化氣處于氣液動態平衡狀態，液態液化氣庫存量、氣態液化氣庫存量必須分別計算，其計算過程相當復雜。而本文的理論密度計算法躊越了這一障礙，由于氣態液化氣對液態液化氣的重力作用，氣態液化氣以理論密度的方式自動折算進了液態液化氣。