多参数油水界面仪在油水界面测量中的应用

2019-04-09史秋华贾玉明

仪器仪表用户 2019年4期

宋蓓，史秋华，贾玉明

（中海油石化工程有限公司，山东青岛 266100）

在化工、石化以及油气行业，经常会遇到需要区分两种介质分界面的测量要求，导波雷达液位计因其不受介质、温度、蒸汽、粉尘等的影响在界面测量领域得到广泛的应用。但是在采油厂、海上钻井平台的原油脱水、油水分离等典型工况中，由于油水之间存在一个复杂的乳化层，使得传统的导波雷达液位计在这种工况下无法给出可靠的界面值。

本文介绍的多参数油水界面仪是对传统导波雷达液位计的升级，它通过融合传感器将导波雷达和电容测量原理融合在一起，克服了传统导波雷达液位计测量界面的局限性，充分发挥了导波雷达和电容两种测量原理的优势，结合先进算法实现了复杂工况下的界面测量，并通过实际应用案例验证了多参数油水界面仪在含乳化层的油水界面应用中的优势，为自动化领域的界面测量提供一种更为可靠、稳定的解决方案。

图1 液位测量原理Fig.1 Principle of liquid level measurement

1 传统导波雷达液位计

1.1 测量原理

时域反射原理是导波雷达液位计的基础。导波雷达液位计发射装置发射的高频电磁脉冲以光速沿导波杆传播，当遇到被测介质表面时，部分脉冲被反射形成回波并沿相同路径返回到脉冲发射装置，发射装置与被测介质表面的距离(D)同脉冲在其间的传播时间(t)成正比，经计算得出液位高度L=E-c·t/2，其中E为空标高度（零点），c为光速，t为电磁波从发射到回收经历的时间[1]。

高频脉冲信号到达被测介质表面后仅部分脉冲信号产生反射。上层介质的介电常数较小时，未发生反射的脉冲信号将沿探头继续向下传播。在界面处产生二次反射（下层介质的介电常数大于上层介质的介电常数）。考虑脉冲信号在上层介质中传播的延迟时间，可以测量仪表至界面间的距离。

1.2 传统导波雷达液位计弊端

采用时域反射原理的界面测量方法在遇到介质分层处经常出现乳化层的工况时，界面信号会随着乳化层的加厚逐渐减弱甚至消失，在这种情况下，界位信号会被液位信号吞噬，从而使导波雷达在存在乳化层的工况下测量的界面信号不可靠，用这个信号去进行过程控制也将变得不可能。

2 多参数油水界面仪

2.1 测量原理

多参数油水界面仪是通过融合传感器将时域反射原理和电容原理融合在一起，实现液位和界位测量的。

当界面分层清晰时，液位计发射装置发射的高频电磁脉冲先在总液位处产生一个反射回波代表油面高度，然后再继续向下传播到油水界面处产生一个回波代表界面；当被测界面由于各种原因变得不清晰时，仪表内部的智能界面信号识别系统会不断评估当前界面回波的质量，自动切换到电容测量原理，通过测量探头的电容值进行界面测量，用电容原理作为油水界面测量的验证和补充。

图2 传统导波雷达液位计测量界位Fig.2 Measurement boundary position of traditional guide wave radar liquid level meter

图3 多参数油水界面仪测量信号Fig.3 Multi-parameter oil-water interface meter measuring signal

使用电容原理[2,3]测量时，液位计探杆和罐体形成了一个电容器，上层介质与下层介质有着不同的介电常数。通常情况下，上层介质介电常数较小，例如油；下层介质介电常数较大，例如水。由于介电常数小的介质产生的电容改变量远远小于介电常数大的，所以上层介质占整体电容改变量的比例就非常小，通过电容换算出的液位值就近似等于界面值。