简述地下水封石洞油库洞罐液位仪表的选型设计

本文概述：
能源安全无沦是对于企业还是国家来说，都是一项极为重要的战略。石油作为目前主要的能源种类，对于石油的战略储备来说，对于保证为实现国家能源安全，满足石油大容量储存的要求具有重要的意义。从原油储备的安全性、经济性等方面考虑，国家原油储备的建设重点已转移到水封洞库。其特点有规模大、自动化水平高、投资高、安全性要求高、工程复杂。本文通过水封洞库的储油原理简单介绍，对已建和在建水封洞库的调研，对洞罐仪表选型的优缺点进行了分析比较，结合项目的具体情况，确定了洞罐仪表的选型、安装方案，总结了安装要求和设计特点，供各位同行参考，也希望抛砖引玉，更多的技术人员有更好的方法与大家分享。
 
　　地下水封石洞油库（以下简称水封洞库）具有安全性高、对地面环境影响小、占用耕地少、节省大量钢材、油品损耗小、运营管理费用低等优点［１］，在瑞典、韩国、日本等国家**应用于储存原油及其产品，已有成熟的设计、建设和运营经验。２０世纪７０年代，中国也建成了两座水封洞库，储存原油和柴油，但洞库规模小，自动化水平低，之后近３０年未继续建设此类工程［２］。
　　随着石油消费量的不断增长、世界政局的多变和对石油产品季节性需求量的不断变化，增大了对石油及其产品大容量储存的要求［３］。目前国内开始建设大规模的战略原油储备基地，且已建成多处地面原油储备库，从石油储备的安全性、经济性等方面考虑，采用水封洞库的储备方式具有较大优势［４］。由于国内大规模水封洞库的建设刚刚起步，因而工程设计、建设、运营经验都非常少。笔者从水封洞库的储油原理入手，通过对洞罐仪表选型的优缺点进行分析、比较，结合黄岛、惠州洞库项目实际情况，确定水封洞库洞罐仪表的设计选型、安装方案等。
　　１　水封洞库简介
　　１．１　储油原理水封洞库通过人工在地下岩石中开挖形成，其密封是通过地下水向洞内渗透实现，即水封洞库必须建在稳定的地下水位线以下一定的深度，洞罐的埋深与洞室储存介质的大工作压力、工程地质和水文地质条件、稳定的地下水位等因素有关，其埋深应保证洞库周围的地下水压力大于洞内储存介质的压力。正常储存时，洞外部地下水压力大于洞内介质压力，地下水只能向洞内渗透，而洞内介质不能向洞外渗漏，同时利用油比水密度小以及油水不能混溶的特点［５］，渗入洞内的水沿洞壁汇集到洞底部形成水垫层，从而达到将所储介质封在洞内的目的。渗入洞内的水可由油水界面检测仪表进行检测，待达到一定高度时，用安装在洞内的潜水泵将水排出洞外［６］。水封洞库储油方法有固定水位法和变动水位法，采用变动水位法储油新鲜水的需求量和污水处理量大，运行费用高，因而目前多采用固定水位法，储油原理示意［７］如图１所示。

　　１．２　特　点
　　水封洞库洞室的高度一般设计为３０ｍ，而洞罐的埋设深度根据储存油品的性质、压力、岩体风化程度和地下水位的高低等因素确定，从几十米至一百米以上不等。对于埋深超过５０ｍ的水封洞库，温度计、液位计的检测元件必须足够长才可以实现测量。为便于仪表安装、调试、维护和维修，洞罐仪表的变送单元应安装在竖井操作区，而工艺装置和地面油库常用的检测仪表大多难以满足使用要求，这给洞罐仪表选型带来困难。
　　２　国内同类项目洞罐仪表选型
　　洞罐是水封洞库的核心单元，洞罐仪表主要包括温度仪表、液位仪表和界面仪表，根据对韩国、北欧已建和在建水封洞库的调研，了解到国内水封洞库洞罐仪表的选型思路。
　　２．１　温度仪表
　　温度测量方式：１）采用多点平均温度计，安装示意如图２ａ）所示；２）采用单点温度计用组合套管安装的方式，将几支单点温度计组合安装在一根不锈钢套管内，测量不同高度油品的温度。单点温度计与液位开关合用１根套管，安装示意如图２ｂ）所示。


　　２．２　液位仪表
　　液位测量采用伺服液位计、雷达液位计、超声波液位计三种方式。由于受洞库埋深的制约，采用伺服液位计的居多，采用雷达液位计和超声波液位计的较少。
　　２．３　界面仪表界面测量方式：１）采用伺服界面计，安装示意如图３所示；

２）采用电容式液位开关用组合套管安装的方式，将几台液位开关组合安装在１根不锈钢套管内，测量不同高度油水界面。液位开关与单点温度计合用１根套管，安装示意如图２ｂ）所示。
　　２．４　仪表选型的优缺点分析
　　国内同类项目洞罐仪表选型的优缺点分析见表１所列。
　　３　洞罐仪表选型方案的确定
　　洞罐仪表在水封洞库工程的运行管理中起着重要作用，不仅要完成介质温度、液位和界面测量，而且要实现洞罐进油、出油控制，主要设备潜油泵、潜水泵的启停、联锁和保护等功能。多点平均温度计可计算出洞罐内介质的平均温度，和液位计配合计算出洞罐内介质的标准体积，该计算结果可与地上生产区流量计的计量结果进行比对，以核对伺服液位计的测量精度。洞罐液位和界面是过程控制和安全联锁的重要参数，液位仪表和界面仪表的可靠性是保证过程控制和安全联锁可靠性和安全性的关键。因此，选择安全、可靠、适宜的洞罐仪表是水封洞库设计中非常重要的工作。　
　　综合考虑表１中液位、界面及温度仪表的优缺点以及各种仪表的应用业绩，结合项目的具体情况，确定了黄岛洞库和惠州洞库项目的洞罐仪表选型方案。


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