摘 要 分離器是油田中心處理站的核心設備之一，其zui主要的功能就是對井口來液進行油、氣、水三相分離，其內部油水界面應該保持在合理的區間內，油水界面準確測量，對整個原油處理中心站來說具有重要意義。本文根據我院承接設計的伊拉克某油田中心處理站中分離器混合腔油水界面測量實際情況，提出了優化的設計方案，供今后設計參考。

 

    伊拉克某油田中心處理站整個原油脫水系統主要包括三級脫水設備: 一級分離器、二級分離器及電脫水器。其分離器的主要工藝為: 當含水原油注入分離器后，由于密度不同，經過沉降，油相和水相逐步分離，逐漸形成一個油水界面，油層和水層分處兩個不同的介質層。生產工藝要求準確及時地測量油水界面的位置，以便分離后的生產水達到限定高度時及時開啟閥門排水; 同時在生產水排放過程中要實時監控界位的變化，當界位達到低限位時，及時關閉閥門，避免油品流失造成浪費和環境污染。所以油水界面的準確測量直接影響整個原油處理系統的分離效果，對整個原油處理中心站來說具有重要意義。 

 

    1 出現的問題

    該原油中心處理站投油穩定一段時間后，測量分離器油水界位的磁性浮子液位計中磁浮子一直處于磁性浮子液位計連通管上部工藝接口處，磁性浮子液位計一直顯示滿液位狀態。由于缺少就地磁性浮子液位計的比對，現場無法準確實現射頻導納液位計的實物標定，導致控制室所接收到信號準確性無法判斷。 

 

    2 原因分析

    從分離器結構上看，為了便于在線維修，其采用側裝旁通管的方式進行油水界位的測量。旁通管上法蘭接管略低于可調溢液板zui高點，保證上法蘭接管一直處于混合腔油層范圍內，旁通管下法蘭接管離罐底 200mm，保證下法蘭處于水層范圍內。其測量簡圖見圖 1。

 

 

 

    經分析，這種直接測量油水界位的測量方式，存在以下幾點問題: 

 

    2．1 混合腔中實際油水之間沒有明顯的分界面

    在工藝模擬中，分離器中油水存在明顯的分界面，通常儀表專業測量油水界位也是以此為理論基礎，通過直接測量的方式確定油水界位。但實際運行過程中，特別是一級分離器的油水混合腔，其分離后的油層中本來就含有大量的水分( 裝置運行后期，水的含量可達 50%以上) ，而且由于油水腔的長度受設備長度的局限，靜置時間往往不足以實現油水的完全分離，油水界位實際上是通過乳化層的形式出現，油中含水，水中含油。所以直接測量油水界位的方式存在偏差。 

 

    2．2 實際油水密度差較小，磁性浮子液位計無法測量油水界位。

    磁翻板又為磁性浮子液位計，其根據浮力和磁性耦合作用原理工作。當被測容器中的液位升降時，液位計導管中的磁浮子也隨之升降，磁浮子內的永久磁鋼通過磁耦合傳遞到現場指示器，驅動紅、白翻柱翻轉 180°，當液位上升時，翻柱由白色轉為紅色，當液位下降時，翻柱由紅色轉為白色，指示器的紅、白界位處為容器內介質液位的實際高度。

 

    當用磁性浮子液位計直接測量界位時，需要上下介質層的密度差能滿足磁浮子制造的需要。即在分離器油水界面的測量時，制造出的浮子密度需大于油層的密度，而小于水層密度。當油層中含水量太高，其密度越接近于水的密度，會出現磁浮子密度低于含水油的密度，磁性浮子液位計指示器將一致出現紅色，無紅、白界位。 

 

    2．3 射頻導納液位計測量的準確性無法判斷

    射頻導納液位計是從電容式液位計技術的基礎上發展起來的，其主要通過測量被測介質的電容來推算介質的實際液位。射頻導納液位計進行液位測量時需要進行實物標定，標定時將射頻導納液位計測得的實時電容與真實液位對應。 圖 2 為射頻導納液位計現場實物標定現場截圖。

 

 

 

    而在現場，由于就地磁翻板液位計不能正確顯示油水界位，所以現場無法通過磁性浮子液位計確定出準確的分離器油水界位。zui后導致裝置外操人員只能通過分離器油水腔上設置的取樣管放液的方式初步確定油、水分界位置( 取樣管間距離較大，管嘴間間距常在 400mm) ，所以標定后的射頻導納的準確性無法判斷。

 

    通過以上對分離器的界位測量的分析，為了解決上訴問題，我們在油水界位測量時進行以下優化設計。 

 

    3 優化設計

    優化設計后的主要結構圖，見圖 3。

 

    如圖所示，主要優化措施有: 

    (1) 通過將油水混合腔的連通管的上法蘭接管置于距離罐頂 200mm 處( 可調溢液板zui高點上方) ，下法蘭接管距罐底距離保持不變。 

 

    (2) 磁性浮子液位計由測量油水界位改成通過測量生產水的液位，通過計算確定油、水界位的高度。

 

    (3) 將射頻導納液位計改成雷達液位計，直接測量液位的高度，通過油水密度不同計算出油、水界位，進行界位控制。

 

 

    原設計的連通管上部工藝接口被設計于油層范圍內，高于油水界面，由于油水界面本身比較難控制，其定位較為困難。同時，當可調溢液板根據入口原油工藝條件變化進行調整時，設備上固定的工藝接口將無法滿足變化的油水界位設置需要。可調溢液板加高時，油水界面會隨著可調溢液板高度增加而上升，從而可能出現油水界面高于連通管上部工藝接口情況，失去了測量油水界面的可能。

 

    優化設計后，連通管上部工藝接口置于距離罐頂200mm處，其開口位置高于可調溢液板zui高點，確保上部工藝接口一直處于分離器氣相中。如圖 3 所示。

 

    根據帕斯卡定律，可知:

     ρ1 g( h1－h3 ) +ρ2 gh3 = ρ2 gh2          ① 

    由①可得

    h3 = ( ρ2 h2－ρ1 h1 ) /( ρ2－ρ1 )        ②

 

     ②式中 ρ1，ρ2 可查; h1 的高度為溢液板高度，由于上部截面寬，超出部分可迅速流過溢液板，流至分離器油腔，故混合腔中總液位高度可近似為溢液板高度; h2 為旁通管測量出水位的高度，可通過液位計方便測量; 故作為weiyi的變量油水界面 h3 可得。

 

     h1 : 可調溢液板高度; 

     h2 : 旁通管測量出水位的高度; 

     h3 : 混合腔中油水界面高定; 

     ρ1 : 油的密度; 

     ρ2 : 水的密度;

 

    優化設計考慮了可調溢液板高度調整的情況，當可調溢液板高度變化時，只需要改變②式中 h1 的值就可以計算出油水界位。

 

    同時，原設計通過密度差測量界位，對磁浮子要求較高，而且需分離器油水分離效果較好的情況下才能實現，而一級分離器油層中含有大量的生產水，所以通過將油水界面的測量改為對連通管中生產水液位的測量，對磁浮子密度要求降低，更符合實際生產工況。

 

    同理，將射頻導納液位計測量界位改成導波雷達液位計測量實際連通管生產水液位，再通過公式②的方式，計算油水界位。這種方式無需現場實際標定，其導波雷達液位計測量值與磁翻板顯示值一致，便于現場調校及問題分析。通過上述對分離器油水界位的優化設計，該項目分離器分離效果得到了較大改善，設備運行平穩，得到了業主及總包方的認可。 

 

    4 結束語

    本文就分離器油水界面現場存在的問題，分析其產生的原因，提出了油水界面優化設計方案，取得了較好效果。其主要優化設計措施如下:

 

    (1) 抬升油水混合腔連通管上部工藝接口至分離器氣相區，滿足可調溢液板調整的需要。 

 

    (2) 磁性浮子液位計由測量油水界面改成測量生產水液位，降低測量難度，更符合實際生產工況。

 

    (3) 將射頻導納液位計測量界位改成導波雷達液位計測量液位，減少裝置外操人員實際標定工作量，測量的液位與就地磁性板液位一致，便于導波雷達液位計的調校。

 

    分離器油水分離效果好壞受多種因素影響，復雜的工況需要設計人員具體問題具體分析。本文所述的油水界面測量優化設計是改善分離效果的一種方法，可供設計人員參考，借鑒。