智能型自動切水器在儲油罐區的研究與應用

張長楊，賈曉偉，趙建良，徐金文

(正和集團股份有限公司，山東 東營 25742)

儲運罐區儲油罐污水排放在石化行業生產過程中是非常重要的環節。以前采用人工切水，切水過程中容易將油放出，造成環境污染；污水中含有硫化氫，對工人的健康存在威脅。隨著石化企業對油罐切水越來越重視，實現儲油罐自動切水成為了安全環保達標的條件。

2016年，我公司新建了12個原料罐，安裝使用的是一種全新的智能型自動切水器，該自動切水器(型號OW-03-QF-YTH)安裝簡單，現場只需將排水管線法蘭對接即可完成安裝，采用的測量原理非常先進，這種智能型自動切水系統的原理是利用短波吸收法原理，測量儲油罐排水管道內不同介質的介電常數。針對電磁波來說它是無線電短波，其頻率范圍為3～30 MHz之間；波長范圍10～100 m之間。根據電磁波的物理特性:電磁短波在通過液體介質時或多或少地被介質所吸收。不同頻率的電磁短波在通過同一介質或同一頻率的電磁短波通過不同的介質時，介質所吸收的短波能量是不同的，吸收多少服從朗伯-貝爾定律：

I0=IeucL (1)

式中I為穿透能量；I0為入射能量；u為吸收系數；為介e質系數(也稱介電常數)；c為數學常數，l為介質厚度。將公式(1)導成如下形式：

I0=Ieucl (2)

對于混合介質，則有如下形式：

I0=Ie(u1c1l1+u2c2l2+．．．) (3)

式中u1c1l1和u2c2l2 分別代表著兩種不同物質的吸收系數、介質濃度及介質厚度，當檢測儀用于檢測油水含量時，則兩種物質分別為水和油，當檢測儀發射一定頻率(4 MHz )的電磁短波時，油對這個頻率的電磁短波能量的吸收系數u很小，這里我們將其近似為零，則式(3)導成如下形式：

I0=Ieu1c1l1 (4)

對于頻率一定的電磁波，水的吸收系數保持不變；當傳感器尺寸一定時，則l確定；電磁波透射能量I被管線吸收，這個能量隨介質的變化很小，可近似為恒定值。故從式(4)中可知，探測器發射能量I只能隨著介質濃度(在這里為水)變化而變化，呈非線性曲線特性。當油水乳化層的含水率變化時，發射器發射功率的變化，將引起發射器內部振蕩源電流值1的變化，將這個變化了的電流反饋輸出給控制器，經過調零、放大、整形后，作為標準信號，再經過線性化處理，實現油中含水率的測定。

1 自動切水器

(1)自動切水器采用密閉管線切水方式，杜絕了就地排放對環境造成的污染；去除了VOC氣體揮發，保護現場操作人員的人身健康。切水過程中帶出的少量原油經由密閉管線輸送到二次脫水罐進行終端脫水，污油回收。傳感器探頭采用表面納米特氟龍涂覆工藝，具有超強的防掛料及耐腐蝕特性，并適用不同的介質，具有極高的檢測精度。

(2)自動切水器具有反沖洗功能：可在儀表檢測不靈敏的情況下，用外接蒸汽或熱水吹掃，清洗探頭，使檢測精度恢復正常。

(3)測量傳感器自帶油品校對取樣閥。

2 油品類型

我公司在中間原料油罐區輕污油罐安裝了三套，重污油罐安裝了三套，石腦油罐安裝了6套，共計十二套OE-03-QF-YTH型自動切水器，油品類型涵蓋了輕質油、輕污油、重污油。

3 現場儀表安裝

該自動切水器由現場儀表設備、現場防爆型PLC可編程控制器、中控室DCS組態組成。現場儀表設備包括水中含油檢測儀、氣動閥單元(閥體、執行器、回訊器、防爆電磁閥)及管道視鏡。上述所有設備均采用管道法蘭式安裝。

水中含油檢測儀采用雙探頭結構，每個探頭插在獨立的管道腔體內，探頭的檢測長度達到300 mm，直接接觸管線內的介質(含油污水)獨立檢測；傳感器探頭水平放置，當閥門關閉時，管線內的油沿著管線上部流回儲油罐內，使管線內充滿水，進行下一次切水控制。

氣動閥組件和管道視鏡安裝于水中含油檢測儀的后面，全部采用法蘭安裝方式。現場設備安裝比較方便，只需要將各設備按次序法蘭安裝、緊固即可。這樣安裝的優勢是污水無需沉降一段時間才能切水，切水量可達50 m3/h，最大限度的將污水切凈，對于污水量較大的儲油罐切水非常適合。

4 控制方式

控制方式采用雙探頭檢測水中含油率，控制邏輯簡單、可靠。當傳感器探頭的檢測信號同時大于設定值(95%，參考值)時，打開閥門，開始切水，防止切水的誤操作。當任一傳感器探頭的檢測信號低于設定值(85%，參考值)時，關閉閥門，停止切水，防止儀表出現單一故障時發生跑油事故。

安全設置：按照每個儲油罐切水時間的規律，設定強制關閥時間，避免跑油。

5 切水運行狀況

經過現場實際切水，我們發現該智能型自動切水器的特點是切水處理量大，現場設備安裝簡單、方便，組態控制邏輯清晰、可靠、穩定，實現了自動切水的控制，符合生產的要求。切水器運行安全可靠，可全天候無人看管，實現智能化全自動切水，對工藝操作的生產效率有很大提高，減輕了工人現場操作勞動強度，同時也避免了人工切水易造成的安全隱患。

6 自動切水器的現場操作與調試

在確認安裝、連接無誤后即可通油、通電運行。開機上電后儀表將顯示含水曲線圖，含水曲線圖上方顯示含水率的變化，儀表的各項參數通過廠家研制開發的無線操作終端進行無線傳輸調節。

調試主要是力求對實時含水的檢測準確，不可操之過急。因為廠家標定用的原油和用戶要測試的原油品位會有差異，水的礦化程度也不可能完全相同，所以在調試之前必須做對比實驗。

我們知道，油中含水分油包水相的乳化狀態和水包油相的混合狀態，對于兩個不同的狀態，儀表獲得的信號是大不一樣的，因此我們必須用兩條不同的曲線來描述。調試過程就是對這兩條曲線的修正過程，但沒有足夠多的實驗點就不能準確判斷曲線的偏差量，就無法修正，所以在含水0～10%的低含水范圍內至少要有3個實驗點，實驗點越多修正效果會越好。

7 結論

OW-03-QF-YTH智能型自動切水器投入生產運行以來，能達到儲油罐自動切水控制的目的，滿足了生產節能、環保及安全生產的要求，是適合儲油罐自動切水技術要求的具有先進性的、新型的智能型自動切水器。