射频原油含水监控系统在原油交接计量站的应用

贾炜镔 王秀影 李永红

华北油田公司 第三采油厂 （河北 河间 062450）

射频原油含水监控系统在原油交接计量站的应用

贾炜镔 王秀影 李永红

华北油田公司 第三采油厂 （河北 河间 062450）

为了解决饶任输油线原油交接计量中含水超标控制的问题，华北油田公司第三采油厂在原油交接计量站应用射频原油含水监控系统，对原油含水变化进行在线连续监控，实现原油含水超标报警，做到含水超标发现早，控制早，避免了原油交接中的计量纠纷。

原油含水 监控系统 射频含水分析仪

华北油田冀中原油流向工程投产以后，第三采油厂管辖段从饶阳站到任一联的输油管道共有9个原油交接口，在原油交接计量过程中，含水率的变化难以及时发现，饶任输油管线沿途没有脱水设备，含水油一旦进入管线就不可能再进行脱水处理，输油中含水超标后无法再进行控制，原油含水超标直接影响着与采油一厂、中石化徐州管道局河间首站的正常原油计量交接，存在着计量交接纠纷隐患，且可能最终造成华北石化和石家庄炼油厂的炼油冲塔事故。为了解决饶任输油线原油交接计量中含水超标控制的问题，技术人员进行广泛调研，对现有原油含水分析技术及兄弟油田一些原油含水监控设备应用进行情况进行对比总结，认为采用SH型射频含水分析仪最为可行。 2008年上半年在楚一联、饶阳站、路70站、王四联、宁一联、稳定站6个原油交接口进行安装调试，8月份全部投产运行。6套含水分析仪投产以后，解决了饶任输油管线原油含水监控问题，杜绝了在任一联、河间首站原油交接中含水超标现象，消除了原油交接计量纠纷隐患。

SH射频含水分析仪结构组成及工作原理

1 SHG-6x型射频含水分析仪结构

SHG-6x型射频含水仪主要由测量传感器、一次仪表、二次仪表、擦除控制器、电脑软件等组成。测量传感器用来感知被测介质信号；一次表接收传感器的信号并传送给二次表；二次表部分由中央处理单元组成，负责接收处理一次表的信号，并将信号显示和输出到电脑；电脑及配套软件负责存储测量数据、数据处理、形成报表、含水超标报警；擦除控制器用来清除传感器上结垢、结蜡所产生的脏物，保证连续测量精度。

2 SHG-6x型射频含水分析仪工作原理

根据电磁波的物理特性。电磁波在通过介质时，或多或少地被介质所吸收，不同频率的电磁波在通过同一介质或同一频率的电磁波通过不同介质时，介质所吸收的电磁波能量是不同的，吸收多少服从郎伯-贝尔定律，如图1所示。

式中 I—穿透能量（Hz）；

I0—入射能量（Hz）；

μ—吸收系数 (L/mol)；

C—介质浓度(%)；

L—介质厚度(cm)。

将式（1）导成如下形式：

对于混合介质，则有：

式中 μ1C1l1和μ2C2l2分别代表着两种不同物质的吸收系数、介质浓度及介质厚度。当含水分析仪检测油水时，则两种物质分别为水和油。含水分析仪发射电磁波时，油对这个频率的电磁波的能量的吸收系数μ2很小，这里将其近似为零，则（式 3）变为：

由于发射稳频恒幅的电磁波，使水的吸收系数保持不变。所以当含水仪传感器探头尺寸一定，则l1确定。传感器探头安装在油中，电磁波穿透能量I被接收体吸收，这个能量随介质的变化量很小，可以近似为恒定值，这样从（式4）可知传感器探头发射功率I0只随介质浓度C1（在这里为水）的变化而变化。发射功率的变化将引起发射器内振荡源电流值的变化，含水仪将这个变化电流处理后，输出标准的含水信号。由于传感器探头发射的是短波频率,因此，它具有很强的穿透能力，可以获得精确的信号。

3 技术特性

含水测量范围：高含水 0.00～99.99%；低含水0.00～3%

含水测量精度：高含水精度±1%；低含水精度±0.1%

适应介质温度：＋20～＋90℃

含水仪防爆形式：厂用本质安全型

使用环境温度：－40℃～＋60℃

使用环境相对湿度：10%～90%RH；

含水仪防爆形式：厂用本质安全型

擦除控制器防爆标志：Ex dIIBT4

4 软件及其功能

计算机启动后，系统可进行原油流量、含水实时数据监控；计量数据存储；原油计量日报、月报及年报形成；历史数据查询；含水标准设定及超标报警等。

（1）原油流量、含水实时数据监控界面（图2）

点击屏幕左下角的按钮，可以控制实时数据采集的“运行”/“暂停”；可以分别修改含水、流量坐标的上限；可以上下移动含水或流量的曲线。可以进行历史趋势查询，设定查询的起始时间（如图3）。

图2 原油流量、含水实时数据监控监控界面

图3 设定查询的起始时间

输入相应的数字，修改时间参数，然后点击“设定”按钮，即可查询。

（2）计量日报、月报及年报形成

点击主菜单“日报”，设定好日期，即可查到一天内每个小时的平均数据，同样所查数据也可以导出为Excel文档。后面月报，年报操作与日报相同。可以进行历史数据查询。

（3）含水标准设定及超标报警（图4）

图4 含水标准设定及超标报警

现场推广应用情况及效果

2008年，在饶稳输油线6个原油交接计量口安装调试SHG-6x型射频含水分析仪，到8月份已全部安装调试完成，通过四个多月的运行，含水分析仪实现了预定的功能，达到了实现原油输送含水监控等目的。

1 测量数据（以稳定站为11月为例）（表1）

通过稳定站11月报表可以看出每天含水仪测量的平均含水率与自动取样器取样人工化验的含水率基本接近，相差小于±0.1%。

表1 11月份河一联来油报表

2 报警情况

SH型射频含水分析仪正式投产以来到2008年12月30日，6个交接口共接到含水超标报警166次，报警后，原油交接计量人员一般都及时进行手工取样跟踪核实，并把含水超标情况及时通知交油方采取措施，具体跟踪情况如表2。

由于大部分含水超标报警后手工取样的时间与报警时间不对应，有的相差时间较长，所以手工做样的含水率与报警时的含水率相差也较大，有7次报警手工取样蒸馏实际含水没有超标。

结论与建议

SH型射频原油含水监控系统通过几个月在饶稳输油管线6个原油交接口的实际运行证明，该仪设计原理科学，技术可靠，计量误差小，能够有效地对原油含水变化进行在线连续监控，实现原油含水超标报警，报警准确率高。该仪在油田原油交接中进行含水监控的应用前景将十分广阔。

表2 含水超标报警情况

[1]贾炜镔，李志春.两种原理三相流计量装置现场应用对比[J].油气计量论坛论文集.2005.

In order to solve the problem of controlling the high water content in the measurement of crude custody transfer on Raoren oil pipeline,the Third Oil Production Factory of Huabei Oilfield Company has applied the radio frequency monitoring system about water cut of crude to the metering station of crude custody transfer,and conducted the online continuous monitoring on the changes of crude water cut.Then they can sound the warning when the water cut of crude excesses the standards,and also make the earlier discovery and the earlier control of this phenomenon.Finally,some metering dispute has been avoided in the crude custody transfer.

water cut of crude;monitoring system;radio frequency instrument of water-bearing analysis

贾炜镔，男，（1962-），工程师，主要从事石油开发与计量方面的工作。

2009-03-02