天然气初加工装置轻烃游离水界面的控制

沙子涵（大庆油田有限责任公司天然气分公司）

天然气初加工装置轻烃游离水界面的控制

沙子涵（大庆油田有限责任公司天然气分公司）

轻烃游离水界面控制是天然气初加工装置上轻烃储罐及分离器游离水排放的一种工艺过程控制，针对原有控制系统，进行轻烃游离水界面控制的探讨，改变其测量仪表，采用分析仪表组成选择性控制系统提高仪表控制系统利用率，实现轻烃游离水界面自动控制，减少轻烃误排，消除排放游离水时轻烃挥发带来的不安全隐患，以达到安全、环保的目的。

调节阀 测量仪表 分析仪表 选择控制 安全环保

轻烃游离水界面控制是天然气初加工装置上轻烃储罐及分离器游离水排放的一种工艺过程控制，目前游离水排放方式有仪表自动控制排放和专用的排放阀、疏水器及手动敞开式排放等，由于轻烃储罐 和 分 离 器 中 轻 烃 含 水 率 在 0.003% ～0.025% 之间，单位时间内沉降的游离水较少，又易产生乳化层。在实际生产过程中，手动敞开式排水是用目测的方法观察游离水是否排净，这种排放方式既存在着轻烃挥发带来的安全隐患，又损失一定数量的轻烃 ， 控 制 起 来 较 难[1]。 采 用 排 放 阀 、 疏 水 器 进 行 排放，由于专业生产厂家不普及，配件维护跟不上，无法长周期运行。用仪表自动控制排放游离水，目前控制回路利用率较低，测量仪表多为液位变送器（加隔离液的差压变送器、单法兰、浮筒液位变送器）与调节阀组成的控制回路，现场为磁翻板液位计就地指示。由于参与控制的测量仪表不适应被测介质的工况变化，使这一界面控制不稳，经常误排轻烃。造成不必要的损失。基于以上原因，利用现有仪表控制回路进行适当的改造，控制好轻烃游离水界面，达到在排放游离水的同时又能防止排出轻烃的目的。

1 原理分析

自动调节系统的组成由液位测量仪表采集界面的变化输送给DCS系统，根据界面的设定控制调节阀排放游离水，见图1。

差压变送器的工作原理为来自双侧导压管的差压（取压点之间液位压差的变化）直接作用于变送器传感器双侧隔离膜片上，通过膜片内的密封液传导至测量元件上，测量元件将测得的差压信号转换为与之对应的电信号传递给转换器，经过放大等处理变为标准电信号输出（mA 值）。由于被测介质轻烃游离水的特殊性，差压变送器和单法兰不能准确实施测量。

图1 自动调节系统流程

浮筒液位变送器是由浮子、浮子腔、扭力管（扭力矩臂、扭力矩管、扭力矩管保护罩、扭力矩杆）、磁铁、霍尔效应传感器、放大器（显示板、微处理板）组成，浮筒液位计的工作原理基于阿基米德定律。液体液位变化，浮筒浮子变化，扭力杆所受的力矩变化，扭角变化。转角的变化通过霍尔效应传感器转变成mV值信号，再通过放大器转 换 成 电 流 信 号[2]。 虽 能 进 行 测 量 但 其 维 护 校 验 复杂不利于推广应用。

经调查发现现场液位指示仪表，磁翻板液位计能反映其真实界面。磁翻板液位计采用连通器原理使液体等高引入主体内，主体内飘浮一带永久磁性的浮子，通过磁性作用的原理使主体外侧的磁性翻柱（根据磁极将磁翻柱制成两种颜色）随着浮子的移动改变磁翻柱极性即颜色变化指示液位。由于设计简单、坚固、紧凑被广泛的应用于现场液位指示。与之配套的磁翻板液位变送器不与被测介质直接接触，通过液位计内的带磁性体的浮子跟随被测界面移动，使液位变送器的传感元件探测到磁场的位置即液面的位置，该液面的位置信号经电路变换后按标准信号送出。变送器的传感元件是一组由干簧电阻链组成的等效三线电位器电路，当液位计的被测液位发生改变，随浮子移动的磁场透过液位计主体的管壁而触发干簧触点，从而形成一个由电阻值变化产生的电位器的输出信号，其为一个同液位高度成正比的电压信号。干簧电阻链成紧密的阶梯状，是由组合的小芯片焊接在印制电路板上构成的，这样的结构所产生的信号近似于连续的，而不同间距的组合将产生不同分辨率的测量精度，形成可选测量等级的液位变送器。这种测量方式适应该工艺介质的变化。

2 改造的过程

控制回路利用率较低的主要原因在于测量仪表即液位变送器不适宜被测介质的工况变化，导致无法正常投入自动控制轻烃游离水界面，将测量仪表改为磁翻板液位变送器，可时时跟踪轻烃游离水界面的变化进行排放。为防止误动引入分析仪表，油水分析仪由含水分析仪和智能油水检定仪组成。采用微波能级变量的原理工作，测量传感器向被测介质以一个合适的震荡频率连续不断地发射微波，在被测介质的作用下，发射至介质中微波能级随着介质的变化而相应的变化。合理的传感器结构能很好的将介质变化转化成微波的发射能级，并得到我们所期望的有效的能够反复重现的趋势关系。含水分析仪的测量结果经标准化电路转化成电流信号送到智能油水检定仪，智能油水检定仪对信号进行线性修正和分析，修正后的信号转换成 4～20mA （DC）标准信号输出给DCS系统。分析仪采用定时段采样平均值分析方式，保证了测量的高精度和稳定性，测量值准确可靠，见图2。

图2 改造后自动调节系统流程

如图2所示，完全可以使用油水分析仪和界面测量仪表及现有的调节阀在DCS系统中组成选择性控制系统用于轻烃游离水界面控制，为防止频繁开关调节阀，造成“液位震荡”（介质搅动不利于沉降脱水），利用现场原有显示仪表的磁翻板液位计加装磁翻板液位变送器监控界面的变化，在调节阀上游侧加装油水分析探头，用以检测出口管线中轻烃和游离水的变化情况，在DCS控制系统中进行选择性分析判断即在测量界面变化时根据现场情况设置游离水界面高低报警，当界面处于高界面报警时且油水分析仪检测到给管线含水时给调节阀发信号，开阀放水，待游离水界面处于低报时或油水分析仪检测到轻烃时关闭调节阀。从而实现轻烃游离水界面的自动控制。

3 可行性分析

磁翻板变送器成本低，可靠性高，在天然气分公司三大队已有广泛的应用。有标准的配件易于安装固定在磁翻板液位计上，调试简单易于维护。

现油水分析仪表在国内外的控制领域已经广泛应用，在大庆油田的采油厂应用也比较普及，稳定性较高，是一种适用于管道、容器动态流体油品含水率在线测量的仪表，它能及时准确反映油中含水率的变化，实现在线连续测量油中水含量的高低。先进的测量技术和制造工艺，使现在的分析仪表的结构、性能实现了质的飞跃，分析探头直接与流动的被测介质接触，就能实现精确的测量。

4 结论

利用浮子在不同密度介质中受到的力不同，依据这一原理的测量仪表，具有结构简单，安全可靠，易于维护等优点。在生产实际中，应用这种选择性控制系统的自动排放游离水，可以实现轻烃排水在密闭系统下进行，消除因排水时轻烃挥发带来的不安全隐患，并能减轻岗位工人的劳动强度，在自动排放控制中加大延时滞后的积分时间，相对延长了轻烃与游离水的分离时间，能够消除手动排放游离水时的轻烃损失。减少排放、安全环保，适用于油气初加工装置的游离水排放过程控制。

[1]邹庆余,董成云.气初加工过程[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1990:130-274.

[2]王树青,戴连奎,于玲,等.过程控制工程[M].2版.北京:化学工业出版社,2008:78-110.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.005.017

2013-02-11）

沙子涵，2012年毕业于东北石油大学电气信息工程学院 （自动化 系），从 事生产管理 工作，E-mail：a-sarmy@163.com，地 址：黑龙江省大庆油田有限责任公司天然气分公司六大队，163453。