雷達(dá)液位計(jì)用于油田聯(lián)合站原油盤(pán)庫(kù)中精確計(jì)量技術(shù)探析

     　1、本文概述
 
        油田聯(lián)合站統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)罐凈油量的過(guò)程稱(chēng)為盤(pán)庫(kù),它是一個(gè)關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)與管理和經(jīng)營(yíng)決策的重要問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái)，原油油罐自動(dòng)計(jì)量或盤(pán)庫(kù)含水率和油水界面的檢測(cè)精度一直不能得到滿(mǎn)足。主要因?yàn)樵谟谀壳暗谋P(pán)庫(kù)系統(tǒng)是*先是測(cè)出原油儲(chǔ)罐中的液位和油水界面得到油層厚度,然后通過(guò)人工測(cè)出油層的含水率,從而計(jì)算原油儲(chǔ)罐中的凈油量。本文從另一種方法研究，即通過(guò)一種利用成熟的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量技術(shù)，直接監(jiān)測(cè)大罐的原油厚度,結(jié)合手工或者自動(dòng)在線(xiàn)含水儀, 自動(dòng)含水率,使用計(jì)算機(jī)直接計(jì)算出大罐中任何時(shí)段的原油產(chǎn)量。此方法與過(guò)去的監(jiān)測(cè)方法精度更高,使用更方便。


 
　　2、問(wèn)題的提出
　　目前,在原油油罐的盤(pán)庫(kù)過(guò)程中,主要有以下兩個(gè)方面影響盤(pán)庫(kù)計(jì)量準(zhǔn)確度。
　　2.1 油水界面的測(cè)量
　　油水界面是指由于油、水密度不同而產(chǎn)生于容器內(nèi)油、水交界處的一個(gè)層面。在測(cè)定油水界面時(shí)一般采用萬(wàn)用表的電阻方法進(jìn)行原油厚度監(jiān)測(cè),由于油水密度的不同及受強(qiáng)電場(chǎng)、溫度、壓力等因素的影響,導(dǎo)致油水界面十分復(fù)雜,常常無(wú)法測(cè)得準(zhǔn)確的油水界面,有時(shí)誤差達(dá)到10-15cm。
　　2.2 原油含水率或密度的測(cè)量
在原油脫水過(guò)程中,原油罐中位于不同高度含水原油的含水率和密度均不相同,高處含水原油的密度和含水率相對(duì)較低。因此,GB4756—84《石油和液體石油產(chǎn)品取樣法(手工法)》規(guī)定了手工采樣測(cè)量石油產(chǎn)品平均密度及含水率的方法,它采取液面下1/6處上部、1/2處中部、5/6處下部這三點(diǎn)樣的等體積混合(即三級(jí)采樣法),測(cè)量其平均密度及含水率。實(shí)際盤(pán)庫(kù)操作中分人工方法測(cè)定原油含水率,因測(cè)量過(guò)程繁瑣,并且涉及人員多,采集原油樣品的操作、樣品稱(chēng)重、蒸餾方法、目測(cè)含水率存在一定的不穩(wěn)定性,故存在很大的不確定性。同時(shí),由于此方法為離線(xiàn)測(cè)量,無(wú)法用于自動(dòng)盤(pán)庫(kù)計(jì)量系統(tǒng)。
 
　　3、自動(dòng)盤(pán)庫(kù)方案的設(shè)計(jì)原理
　　3.1 利用聲納原理進(jìn)行檢測(cè)大罐原油厚度
　　聲納是一種用電力在水下定位的儀器,是利用回聲的原理工作的。利用發(fā)聲體得到的回聲,就可以探索障礙物的存在,而且根據(jù)接收到回聲時(shí)間的長(zhǎng)短,還能判斷出發(fā)聲體距離目標(biāo)的遠(yuǎn)近。現(xiàn)代聲納的種類(lèi)很多,如測(cè)距聲納、測(cè)向聲納、偵查聲納、導(dǎo)航聲納、探雷聲納、水下通訊機(jī)、海底地貌儀等,已**用于探測(cè)、偵查、通訊等許多方面。特別是應(yīng)用在軍事上的艦船探測(cè)潛水艇就是采用的聲納。目前聲納可以達(dá)到毫米級(jí)的水平,為監(jiān)測(cè)大罐原油厚度提供了一個(gè)實(shí)踐平臺(tái)。
　　3.1.1 在聲納應(yīng)用到原油厚度監(jiān)測(cè)時(shí)可以充分利用大罐的量油孔進(jìn)行安裝。我們可以利用聲納的固有水下特點(diǎn)和聯(lián)合站原油處理罐的的實(shí)際情況把聲納系統(tǒng)的發(fā)射器件安裝在量油孔的底部,在量油孔中放置一個(gè)半圓的,一個(gè)平面朝向聲納系統(tǒng)的浮球,這個(gè)浮球按照污水、原油的密度制作,使之剛剛處于油水界面上,且上下跟油水界面自由浮動(dòng),聲納系統(tǒng)工作后就會(huì)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)這個(gè)有平面的浮球,經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)比,就可以計(jì)算出原油厚度,通過(guò)設(shè)定的表格就可以直接輸入含水率、溫度(設(shè)有溫度修正數(shù)據(jù))、密度就可以直接計(jì)算出任何時(shí)間的原油產(chǎn)量,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)盤(pán)庫(kù)的功能;通過(guò)鋪設(shè)的局域網(wǎng)干線(xiàn)可以在任何授權(quán)的計(jì)算機(jī)上安裝的軟件觀察到所有聯(lián)合站、所有安裝此儀器的大罐的原油厚度和原油產(chǎn)量。
　　3.2 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量技術(shù)
　　總觀工業(yè)儀表的發(fā)展進(jìn)程,每種新的測(cè)量技術(shù)都是為解決工業(yè)過(guò)程測(cè)量中的某些難題而發(fā)展起來(lái)的,從而提高了測(cè)量技術(shù)的水平并帶來(lái)相應(yīng)的工業(yè)效應(yīng)。近幾年來(lái),由于雷達(dá)液位儀表測(cè)量精度高、使用范圍廣而受到廣大技術(shù)人員的歡迎。雷達(dá)液位計(jì)有其使用的局限性;而新出現(xiàn)的導(dǎo)波雷達(dá)GWR Guided Wave Rada]液位測(cè)量技術(shù)則彌補(bǔ)了雷達(dá)測(cè)量液位中的缺陷,從而具有更廣闊的應(yīng)用前景。
　　3.2.1 雷達(dá)與導(dǎo)波雷達(dá)
　　顧名思義,雷達(dá)指通過(guò)空間傳播發(fā)射和接收電磁波的液位測(cè)量?jī)x表,導(dǎo)波雷達(dá)則是通過(guò)波導(dǎo)體傳導(dǎo)來(lái)發(fā)射和接收電磁波的液位測(cè)量?jī)x表。
　　用雷達(dá)儀表測(cè)量液位似乎是完美無(wú)缺,它具有以下優(yōu)點(diǎn):
　　(1)發(fā)射與接收天線(xiàn)均不與介質(zhì)接觸;
　　(2)高頻電磁波信號(hào)易于長(zhǎng)距離傳送,可測(cè)大量程;
　　(3)測(cè)量不受液面上部空間氣相條件變化的影響。
　　雷達(dá)通過(guò)反射和接收高頻[GHZ]級(jí)、電磁能量,并計(jì)算電磁波達(dá)到液體面并反射回到接收天線(xiàn)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行液位測(cè)量;與超聲波液位計(jì)相比,由于超聲波液位計(jì)聲波傳送的固有局限性,雷達(dá)液位計(jì)性能大大優(yōu)于超聲波液位計(jì)。
　　為了彌補(bǔ)雷達(dá)液位計(jì)的缺陷,導(dǎo)波雷達(dá)液位儀表運(yùn)用而生,導(dǎo)波雷達(dá)的工作原理與常規(guī)通過(guò)空間傳播電磁波的雷達(dá)非常相似,GWR的基礎(chǔ)是電磁波的時(shí)域反射性TDR[TIME DO MAIN REFECTORY]多年來(lái)TDR一直被用于檢測(cè)發(fā)現(xiàn)埋地電纜和墻內(nèi)埋設(shè)電纜的斷頭。測(cè)電纜斷頭時(shí),TDR發(fā)生器發(fā)出的電磁脈沖信號(hào)沿電纜傳播,遇到斷頭時(shí),就會(huì)產(chǎn)生測(cè)量反射脈沖;同時(shí),在接收器中預(yù)先設(shè)定好的與電纜總長(zhǎng)度相應(yīng)的阻抗變化也引發(fā)出一個(gè)基本脈沖,將反射脈沖與基本脈沖相比較,可精確測(cè)出斷頭的位置。
　　正因?yàn)槿绱?盡管雷達(dá)液位儀表的變送環(huán)節(jié)具有功能完善的微處理器,有較強(qiáng)的信號(hào)處理和分辨從而計(jì)算出介質(zhì)的液位高度。
　　3.2.2 導(dǎo)波雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)
　　完善的液位測(cè)量?jī)x表應(yīng)是與介質(zhì)無(wú)接觸,甚至是對(duì)容器無(wú)侵入的儀表,且不污染環(huán)境、無(wú)副作用、長(zhǎng)期可靠、安裝簡(jiǎn)便,人們一直在反復(fù)地對(duì)現(xiàn)有各種測(cè)量方法進(jìn)行篩選,比較其長(zhǎng)處和短處,試圖找出一些好的測(cè)量的測(cè)量方法以適應(yīng)石油化工測(cè)量對(duì)象。
　　(1)能耗低。GWR輸出到波導(dǎo)探頭的信號(hào)能量非常小,約為常規(guī)雷達(dá)發(fā)射能量[1mW]的10%[約0.1mW]。
　　(2)由于信號(hào)在波導(dǎo)體中傳輸不受液面波動(dòng)和儲(chǔ)罐中的障礙物等的影響,因而儀表所接收到的返回信號(hào)能量相應(yīng)較強(qiáng),基本對(duì)測(cè)量信號(hào)無(wú)影響。
　　(3)介質(zhì)介電常數(shù)的變化對(duì)測(cè)量性能無(wú)明顯影響。
　　(4)由于光速電磁波、是恒定的,不需要任何遷移來(lái)改變儀表量程,不需現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定,僅需現(xiàn)場(chǎng)輸入有關(guān)參數(shù)即可使用。
　　(5)介質(zhì)密度的變化對(duì)測(cè)量無(wú)影響,介質(zhì)密度的變化影響浸沒(méi)于介質(zhì)中物體所受到的浮力,但不影響電磁波在波導(dǎo)體中的傳播。
　　(6)霧氣和泡沫對(duì)測(cè)量無(wú)影響,由于電磁波不通過(guò)空間傳播,因而霧氣不會(huì)引起信號(hào)的衰減,泡沫也不會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行散射而損失能量。
　　(7)介質(zhì)在波導(dǎo)體上的沉積和涂污對(duì)液位測(cè)量的影響極小。
(8)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的價(jià)格基本上同其他常用的液位測(cè)量?jī)x表(如浮筒液面計(jì)等)相當(dāng),遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)交流供電、電磁波在空間傳播的普通雷達(dá)液位計(jì)。
 
　　4、結(jié)論
　　采用導(dǎo)波雷達(dá),優(yōu)于采用昂貴的常規(guī)雷達(dá)液面計(jì)。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在許多復(fù)雜條件下使用時(shí),綜合性能優(yōu)于其他常規(guī)液位測(cè)量技術(shù)。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)不受工藝復(fù)雜條件的限制,如低介電常數(shù)和變介電常數(shù)(會(huì)影響射頻導(dǎo)納/電容式液面計(jì)工作)、變介質(zhì)密度[影響浮筒和壓力/差壓式液面計(jì)工作]、氣化、泡沫/液面波動(dòng)[影響超聲波液面計(jì)工作]等的影響,可很好地解決這些介質(zhì)條件下的液位測(cè)量。
　　我們?cè)谶x用液位儀表時(shí),應(yīng)區(qū)別不同介質(zhì)工作條件及過(guò)程要求,選用成本低、精度高、價(jià)格適中、性能可靠的測(cè)量?jī)x表。
　　本測(cè)量方案完全可以滿(mǎn)足采油廠聯(lián)合站自動(dòng)盤(pán)庫(kù)系統(tǒng)的要求,為實(shí)現(xiàn)油田聯(lián)合站原油儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)自動(dòng)盤(pán)庫(kù)奠定基礎(chǔ)。同時(shí)減少了計(jì)量工和資料員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了盤(pán)庫(kù)速度,可以減少多個(gè)人工匯報(bào)、聯(lián)系、調(diào)整數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié),可以真實(shí)的反映原油庫(kù)存和原油產(chǎn)量,為領(lǐng)導(dǎo)決策提供了翔實(shí)的數(shù)據(jù)。

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