CN103231878A - 一种油罐自动切水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明所要解决的技术问题是：针对现有切水系统检测精度不高，可靠性差、结构复杂，使用和维护困难等问题。技术方案：本系统包括油罐、检测单元、控制单元和执行单元；检测单元包括上油水界面检测仪、下油水界面检测仪和水中含油分析仪；上油水界面检测仪与下油水界面检测仪采用斜插式安装于油罐内，水中含油分析仪通过排放管道与油罐相连；管道上安装有阀门；上油水界面检测仪、下油水界面检测仪与水中含油分析仪构成双表联控结构；上油水界面检测仪、下油水界面检测仪与水中含油分析仪的测点端均安装有温度传感器；上油水界面检测仪、下油水界面检测仪与水中含油分析仪均安装有反冲洗装置和定点取样装置，测量探头均涂有防挂料涂层。
Description
技术领域
本发明涉及一种油罐自动切水系统。
背景技术
80年代初国外主要使用基于密度法的机械式切水系统，这种方法结构简单，但缺点是精度低，而且浮球在罐内容易糊头，不适合粘稠的原油。超声波法相对密度法检测精度有所提高，但可靠性和可维护性却没有改观。射线法利用油水对γ射线的线性吸收系数的差别检测油水含量，但油、水对射线的吸收系数仅差20%，因此测量精度不高，而且存在射线辐射、造价高，使用和维修困难等问题。这几种方法已几近淘汰，国外油田已基本不再采用。
目前国内自动切水系统的厂家提供的产品都基于密度法或超声波法，国内还没有生产基于短波吸收法的智能切水系统的厂家。国内油田使用的也多是基于密度法的机械式和超声波式切水系统。
近年来国家对各个行业的节能减排问题越发重视，石化行业中油罐沉积水的排放标准也日益提高。这就对油罐切水系统提出了很高的要求。采用传统切水系统的企业需要对其进行升级改造，改用更先进的短波吸收式系统以满足日益苛刻的排放要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有基于密度法的机械式切水系统，精度低，而且浮球在罐内容易糊头，不适合粘稠的原油；超声波法相对密度法检测精度有所提高，但可靠性和可维护性却没有改观；射线法利用油水对γ射线的线性吸收系数的差别检测油水含量，但油、水对射线的吸收系数仅差20%，因此测量精度不高，而且存在射线辐射、造价高，使用和维修困难等问题。
本发明采取的技术方案是：
一种油罐自动切水系统，包括油罐、检测单元、控制单元和执行单元；检测单元与油罐相连对油罐内油水界面与污水中微量油的含油量进行检测并将检测结果送入控制单元，控制单元对检测单元送入的结果进行分析并控制执行单元工作；
其中，所述检测单元包括上油水界面检测仪、下油水界面检测仪和水中含油分析仪；所述的上油水界面检测仪与下油水界面检测仪斜插式伸入到油罐内，水中含油分析仪通过排放管道与油罐相连；所述管道上安装有阀门；所述的上油水界面检测仪、下油水界面检测仪与水中含油分析仪构成双表联控结构；所述上油水界面检测仪、下油水界面检测仪与水中含油分析仪的测点端同时安装有反冲洗装置和定点取样装置；
所述的上油水界面检测仪、下油水界面检测仪与水中含油分析仪的测点端均安装有温度传感器；所述上油水界面检测仪、下油水界面检测仪与水中含油分析仪的测量探头均涂有防挂料涂层。
为了能解决传统切水系统必须清罐才能进行仪表维护的问题，避免清罐对用户造成的巨大损失，本发明设计了反冲洗装置，在仪表检测不灵敏时可以在不清罐的状态下，用蒸汽定期吹扫，使探头表面光洁如初，保持正常的检测精度；本发明所述反冲洗装置包括冲洗阀门和蒸汽管，所述蒸汽管的分别与上油水界面检测仪、下油水界面检测仪和水中含油分析仪的测量探头相连通。
为了方便抽样检测和仪表校正，本发明设计了定点取样装置，本发明所述定点取样装置包括取样阀门和探测管，探测管分别与上油水界面检测仪、下油水界面检测仪和水中含油分析仪的测量探头相连通。本发明所述的定点取样装置可通过取样阀门取样化验探头位置的油水含量。
控制单元包括依次相连的A/D转换模块、PLC可编程控制器和D/A转换模块。
执行单元包括电动控制阀或气动控制阀。
采用罐内斜插的安装方式直接监测油水界面，不须带切水罐、回油罐，安装维护方便；所述上油水界面检测仪的长度方向与油罐的中心轴线方向形成的倾斜角度为45°，所述下油水界面检测仪的长度方向与油罐的中心轴线方向形成的倾斜角度为45°。所述上油水界面检测仪与下油水界面检测仪的插入深度可控，可根据用户需要在油罐底部保持任意厚度的水淀层。
有益效果
本发明与现有技术相比的有益效果：1、本产品达到了国外同类产品的技术指标：油水面检测仪、油水含量分析仪的检测误差可以分别控制在±0.1%和±3%；温度漂移控制在±0.01％/℃以内。2、油品适应性更广：适用于国内油田开采的原油、和国内石化企业炼制的轻质油和重油。3、安装方便，采用罐内斜插式安装不需额外加装切水罐、回油罐。4、维护方便，防挂料涂层减少了油污粘连探头的机率，同时反冲洗装置可在不清罐的状态下用蒸汽对检测单元探头进行清洗。5、取样方便，定点取样装置方便了对探头位置的混合液进行取样化验。6、价格便宜：我们的系统每套售价约10万人民币，是国外同类产品的1/4。7、该系统可广泛应用于油田计量站；中石油、中石化的炼油厂油品车间、物流部的成品油罐区；煤炼制企业的油品罐区，应用领域非常广泛。
附图说明
图1是本发明的的结构示意图。
图2是本发明的控制单元的线框图。
其中，1、上油水界面检测仪，2、下油水界面检测仪，3、水中含油分析仪，4、阀门，5、执行单元，6、控制单元。
具体实施方式
为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-附图2和具体实施方式做进一步的描述。
如图1所示，本发明的油罐自动切水系统，包括油罐7、检测单元、控制单元6和执行单元5；检测单元与油罐7相连对油罐7内油水界面与污水中微量油的含油量进行检测并将检测结果送入控制单元，控制单元对检测单元送入的结果进行分析并控制执行单元工作；
所述检测单元包括上油水界面检测仪1、下油水界面检测仪2和水中含油分析仪3；所述的上油水界面检测仪1与下油水界面检测仪2斜插式伸入到油罐7内，水中含油分析仪3通过排放管道与油罐7相连；所述管道上安装有阀门4；所述的上油水界面检测仪1、下油水界面检测仪2与水中含油分析仪3构成双表联控结构；所述上油水界面检测仪1、下油水界面检测仪2与水中含油分析仪3的测点端同时安装有反冲洗装置（图中未画出）和定点取样装置（图中未画出）；
本发明所采用的上油水界面检测仪1、下油水界面检测仪2和水中含油分析仪3都是基于液体介质对短波吸收的理论来检测油水含量，故称作短波吸收法。其理论原理是：电磁短波(3-30MHz)在通过液体介质时或多或少会被介质所吸收。短波发生器发出的同频短波穿过液体介质前后的能量服从朗伯-贝尔定律。对于油水混合液，短波发生器的入射（I入）、出射（I出）能量满足下式：
式中uocolo和uwcwlw分别代表着油和水的吸收系数、介质浓度和厚度。当传感器尺寸一定时，lo=lw。因uo<<uw，故co的变化对I入影响很小，可设
为常数，则式(1)导成如下
从式(2)中可知，探测器发射能量I入只与容器内油中含水量呈指数规律变化。当油水乳化层的含水率变化时，发射器发射功率随之变化，引起发射器内部振荡源电流值的变化，将这个电流经过调零、放大、整形后，作为标准信号反馈输出给控制器；再经过线性化处理，即可实现油水含量的测定。
短波吸收法将电能以电磁波的形式辐射到油水介质中，根据油、水对短波吸收能力的不同来检测油水含量。因为油、水的短波吸收系数相差近40倍（油2.1,水81）,所以该方法测量精度很高。而且它对原油中的含盐率不敏感，测量范围宽，是近年来大势所趋的技术方案。采用该技术的国外公司包括美国的AGAR Corporation和KAM Controls。该技术已经在国际石化行业得到广泛应用。
传统的机械式和国内其他自动切水系统采用回油罐在线监测切水器。这种方式的缺点是：处理慢、容易混层、结构复杂、维护成本很高、施工量大，需要在油罐底部挖将近2米的深坑。本发明的油罐自动切水系统（如图1所示）设计结构简单，采用罐内斜插的安装方式直接监测油水界面，不须带切水罐、回油罐，安装维护方便；本发明所述的上油水界面检测仪1的长度方向与油罐7的中心轴线方向形成的倾斜角度为45°，本发明所述的下油水界面检测仪2的长度方向与油罐7的中心轴线方向形成的倾斜角度为45°。在储罐底部可根据用户要求保留任意厚度的水淀层，使储罐内的油品在水封以上不会排出一滴油，安全可靠，全闭环控制。
本发明所述的上油水界面检测仪1、下油水界面检测仪2与水中含油分析仪3构成双表联控结构；在设计上，采用双表联控的方式：即上油水界面检测仪1、下油水界面检测仪2控制电动控制阀5的同时，安装在排水管道上的水中含油分析仪3也可以控制电动控制阀5作为第二道防线防止油污的跑漏。在使用时，当上油水界面检测仪1与下油水界面检测仪2意外失灵时，水中含油分析仪3可自动控制排水出口电动控制阀5并提示操作人员检查设备。
为了消除由于工作环境的大幅温差引发的检测信号的温度漂移；本发明所述的上油水界面检测仪1、下油水界面检测仪2与水中含油分析仪3的检测探头内加装数字温度传感器，控制器内的程序固化了通过温度实验取得的温度补偿系数曲线，控制单元可根据实测温度选取相应地温度补偿系数对拟合曲线进行调整，从而消除了温度对检测精度的影响。成功地将温漂控制在±0.01％/℃以内。
为了可防止探头粘连石蜡等残余物、保持检测精度、并延长使用寿命；本发明所述上油水界面检测仪1、下油水界面检测仪2与水中含油分析仪3的测量探头均涂有防挂料涂层。检测探头采用特氟龙涂层和高温工艺制程，厚度仅为0.15mm。所述的特氟龙涂层和高温工艺制程为现有技术的工艺，因此在本发明内不做详细的说明。
为了能解决传统切水系统必须清罐才能进行仪表维护问题，避免清罐对用户造成的巨大损失，本发明设计了反冲洗装置，在仪表检测不灵敏时可以在不清罐的状态下，用蒸汽定期吹扫，使探头表面光洁如初，保持正常的检测精度；本发明所述反冲洗装置包括冲洗阀门和蒸汽管，所述蒸汽管的分别与上油水界面检测仪1、下油水界面检测仪2和水中含油分析仪3的测量探头相连通。
为了方便抽样检测和仪表校正，本发明设计了定点取样装置，本发明所述的定点取样单元包括取样阀门和至少一根探测管；本发明所述探测管分别与上油水界面检测仪1、下油水界面检测仪2和水中含油分析仪3的测量探头相连通。本发明所述的定点取样装置可通过取样阀门取样化验探头位置的混合液体中油水中含量。
如图2所示，本发明采用的控制单元包括依次相连的A/D转换模块、PLC可编程控制器和D/A转换模块。控制单元有计算和控制两个功能：采用PLC实现对检测到的油水界面、水中含油量等信号进行分析计算，根据分析结果控制执行单元中阀门的开关度。为了提高计算的精度，一方面我们针对油水混合物的两种状态：油包水相和水包油相，设置了合适的拟合点界，确保油水含量全量程的检测精度；另一方面我们预设了多组由8个关键参数组成的参数组，可根据不同油品相应地调整拟合曲线的形状，以提高切水系统的油品适应性。本发明所采用的PLC组态技术可与客户的DCS系统相连集中获取数据，实现集中管理、控制。并且我们可以为用户定制控制软件。
本发明所述的执行单元包括电动控制阀或气动控制阀。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
Claims (6)
1.一种油罐自动切水系统，其特征在于：包括油罐（7）、检测单元、控制单元（6）和执行单元（5）；检测单元与油罐（7）相连对油罐（7）内油水界面与污水中微量油的含油量进行检测并将检测结果送入控制单元，控制单元对检测单元送入的结果进行分析并控制执行单元工作；
其中，所述检测单元包括上油水界面检测仪（1）、下油水界面检测仪（2）和水中含油分析仪（3）；所述的上油水界面检测仪（1）与下油水界面检测仪（2）斜插式伸入到油罐（7）内，水中含油分析仪（3）通过排放管道与油罐（7）相连；所述管道上安装有阀门（4）；所述的上油水界面检测仪（1）、下油水界面检测仪（2）与水中含油分析仪（3）构成双表联控结构；所述上油水界面检测仪（1）、下油水界面检测仪（2）与水中含油分析仪（3）的测点端同时安装有反冲洗装置和定点取样装置；
所述的上油水界面检测仪（1）、下油水界面检测仪（2）与水中含油分析仪（3）的测点端均安装有温度传感器；所述上油水界面检测仪（1）、下油水界面检测仪（2）与水中含油分析仪（3）的测量探头均涂有防挂料涂层。
2.如权利要求1所述的油罐自动切水系统，其特征在于：所述反冲洗装置包括冲洗阀门和蒸汽管，所述蒸汽管分别与上油水界面检测仪（1）、下油水界面检测仪（2）和水中含油分析仪（3）的测量探头相连通。
3.如权利要求1所述的油罐自动切水系统，其特征在于：所述定点取样装置包括取样阀门至少一根探测管；所述探测管分别与上油水界面检测仪（1）、下油水界面检测仪（2）和水中含油分析仪（3）的测量探头相连通。
4.如权利要求1所述的油罐自动切水系统，其特征在于：所述控制单元（6）包括依次相连的A/D转换模块、PLC可编程控制器和D/A转换模块。
5.如权利要求1所述的油罐自动切水系统，其特征在于：所述的执行单元（5）包括电动控制阀或气动控制阀。
6.如权利要求1所述的油罐自动切水系统，其特征在于：所述上油水界面检测仪（1）的长度方向与油罐（7）的中心轴线方向形成的倾斜角度为45°，所述下油水界面检测仪（2）的长度方向与油罐（7）的中心轴线方向形成的倾斜角度为45°。
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| CN103231878B (zh) | 2015-02-25 |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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