雷达液位计用于油田联合站原油盘库中精确计量技术探析

     　1、本文概述
 
        油田联合站统计储罐净油量的过程称为盘库,它是一个关系到企业的生产与管理和经营决策的重要问题。长期以来，原油油罐自动计量或盘库含水率和油水界面的检测精度一直不能得到满足。主要因为在于目前的盘库系统是*先是测出原油储罐中的液位和油水界面得到油层厚度,然后通过人工测出油层的含水率,从而计算原油储罐中的净油量。本文从另一种方法研究，即通过一种利用成熟的导波雷达液位计测量技术，直接监测大罐的原油厚度,结合手工或者自动在线含水仪, 自动含水率,使用计算机直接计算出大罐中任何时段的原油产量。此方法与过去的监测方法精度更高,使用更方便。


 
　　2、问题的提出
　　目前,在原油油罐的盘库过程中,主要有以下两个方面影响盘库计量准确度。
　　2.1 油水界面的测量
　　油水界面是指由于油、水密度不同而产生于容器内油、水交界处的一个层面。在测定油水界面时一般采用万用表的电阻方法进行原油厚度监测,由于油水密度的不同及受强电场、温度、压力等因素的影响,导致油水界面十分复杂,常常无法测得准确的油水界面,有时误差达到10-15cm。
　　2.2 原油含水率或密度的测量
在原油脱水过程中,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,高处含水原油的密度和含水率相对较低。因此,GB4756—84《石油和液体石油产品取样法(手工法)》规定了手工采样测量石油产品平均密度及含水率的方法,它采取液面下1/6处上部、1/2处中部、5/6处下部这三点样的等体积混合(即三级采样法),测量其平均密度及含水率。实际盘库操作中分人工方法测定原油含水率,因测量过程繁琐,并且涉及人员多,采集原油样品的操作、样品称重、蒸馏方法、目测含水率存在一定的不稳定性,故存在很大的不确定性。同时,由于此方法为离线测量,无法用于自动盘库计量系统。
 
　　3、自动盘库方案的设计原理
　　3.1 利用声纳原理进行检测大罐原油厚度
　　声纳是一种用电力在水下定位的仪器,是利用回声的原理工作的。利用发声体得到的回声,就可以探索障碍物的存在,而且根据接收到回声时间的长短,还能判断出发声体距离目标的远近。现代声纳的种类很多,如测距声纳、测向声纳、侦查声纳、导航声纳、探雷声纳、水下通讯机、海底地貌仪等,已**用于探测、侦查、通讯等许多方面。特别是应用在军事上的舰船探测潜水艇就是采用的声纳。目前声纳可以达到毫米级的水平,为监测大罐原油厚度提供了一个实践平台。
　　3.1.1 在声纳应用到原油厚度监测时可以充分利用大罐的量油孔进行安装。我们可以利用声纳的固有水下特点和联合站原油处理罐的的实际情况把声纳系统的发射器件安装在量油孔的底部,在量油孔中放置一个半圆的,一个平面朝向声纳系统的浮球,这个浮球按照污水、原油的密度制作,使之刚刚处于油水界面上,且上下跟油水界面自由浮动,声纳系统工作后就会准确的发现这个有平面的浮球,经过计算机对比,就可以计算出原油厚度,通过设定的表格就可以直接输入含水率、温度(设有温度修正数据)、密度就可以直接计算出任何时间的原油产量,实现了自动盘库的功能;通过铺设的局域网干线可以在任何授权的计算机上安装的软件观察到所有联合站、所有安装此仪器的大罐的原油厚度和原油产量。
　　3.2 导波雷达液位计测量技术
　　总观工业仪表的发展进程,每种新的测量技术都是为解决工业过程测量中的某些难题而发展起来的,从而提高了测量技术的水平并带来相应的工业效应。近几年来,由于雷达液位仪表测量精度高、使用范围广而受到广大技术人员的欢迎。雷达液位计有其使用的局限性;而新出现的导波雷达GWR Guided Wave Rada]液位测量技术则弥补了雷达测量液位中的缺陷,从而具有更广阔的应用前景。
　　3.2.1 雷达与导波雷达
　　顾名思义,雷达指通过空间传播发射和接收电磁波的液位测量仪表,导波雷达则是通过波导体传导来发射和接收电磁波的液位测量仪表。
　　用雷达仪表测量液位似乎是完美无缺,它具有以下优点:
　　(1)发射与接收天线均不与介质接触;
　　(2)高频电磁波信号易于长距离传送,可测大量程;
　　(3)测量不受液面上部空间气相条件变化的影响。
　　雷达通过反射和接收高频[GHZ]级、电磁能量,并计算电磁波达到液体面并反射回到接收天线的时间来进行液位测量;与超声波液位计相比,由于超声波液位计声波传送的固有局限性,雷达液位计性能大大优于超声波液位计。
　　为了弥补雷达液位计的缺陷,导波雷达液位仪表运用而生,导波雷达的工作原理与常规通过空间传播电磁波的雷达非常相似,GWR的基础是电磁波的时域反射性TDR[TIME DO MAIN REFECTORY]多年来TDR一直被用于检测发现埋地电缆和墙内埋设电缆的断头。测电缆断头时,TDR发生器发出的电磁脉冲信号沿电缆传播,遇到断头时,就会产生测量反射脉冲;同时,在接收器中预先设定好的与电缆总长度相应的阻抗变化也引发出一个基本脉冲,将反射脉冲与基本脉冲相比较,可精确测出断头的位置。
　　正因为如此,尽管雷达液位仪表的变送环节具有功能完善的微处理器,有较强的信号处理和分辨从而计算出介质的液位高度。
　　3.2.2 导波雷达的优点
　　完善的液位测量仪表应是与介质无接触,甚至是对容器无侵入的仪表,且不污染环境、无副作用、长期可靠、安装简便,人们一直在反复地对现有各种测量方法进行筛选,比较其长处和短处,试图找出一些好的测量的测量方法以适应石油化工测量对象。
　　(1)能耗低。GWR输出到波导探头的信号能量非常小,约为常规雷达发射能量[1mW]的10%[约0.1mW]。
　　(2)由于信号在波导体中传输不受液面波动和储罐中的障碍物等的影响,因而仪表所接收到的返回信号能量相应较强,基本对测量信号无影响。
　　(3)介质介电常数的变化对测量性能无明显影响。
　　(4)由于光速电磁波、是恒定的,不需要任何迁移来改变仪表量程,不需现场标定,仅需现场输入有关参数即可使用。
　　(5)介质密度的变化对测量无影响,介质密度的变化影响浸没于介质中物体所受到的浮力,但不影响电磁波在波导体中的传播。
　　(6)雾气和泡沫对测量无影响,由于电磁波不通过空间传播,因而雾气不会引起信号的衰减,泡沫也不会对信号进行散射而损失能量。
　　(7)介质在波导体上的沉积和涂污对液位测量的影响极小。
(8)导波雷达液位计的价格基本上同其他常用的液位测量仪表(如浮筒液面计等)相当,远远低于常规交流供电、电磁波在空间传播的普通雷达液位计。
 
　　4、结论
　　采用导波雷达,优于采用昂贵的常规雷达液面计。导波雷达液位计在许多复杂条件下使用时,综合性能优于其他常规液位测量技术。导波雷达液位计不受工艺复杂条件的限制,如低介电常数和变介电常数(会影响射频导纳/电容式液面计工作)、变介质密度[影响浮筒和压力/差压式液面计工作]、气化、泡沫/液面波动[影响超声波液面计工作]等的影响,可很好地解决这些介质条件下的液位测量。
　　我们在选用液位仪表时,应区别不同介质工作条件及过程要求,选用成本低、精度高、价格适中、性能可靠的测量仪表。
　　本测量方案完全可以满足采油厂联合站自动盘库系统的要求,为实现油田联合站原油储量动态、实时自动盘库奠定基础。同时减少了计量工和资料员的劳动强度,提高了盘库速度,可以减少多个人工汇报、联系、调整数据等环节,可以真实的反映原油库存和原油产量,为领导决策提供了翔实的数据。

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