天然气初加工装置轻烃游离水界面的控制.pdf

环保 安呈 ／ E n v o i r o n me n t P r o t e c ti o n S e c u r it y 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 摘要 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 孜 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 。 关键 词 调 节阀 测量仪 表 分 析仪 表选择 控 制 安 全 环保 D 0 l 1 0． 3 9 6 9 ／i ． i S S r 1 ． 2 0 9 5 1 4 9 3． 2 0 1 3． 0 0 5． 0 1 7 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 ． 0 0 3 ％ ～0 ． 0 2 5 ％ 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 ⋯ 。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 D C S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 作者简介沙子涵 ，2 0 1 2 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 - m a il a s a r m y 1 6 3 ． c o n 1 ．地址 黑 龙江省大庆油H j 有限责任公司天然气分公司六大队 ，1 6 3 4 5 3 。 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 。 储罐 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 m V值 信 号 ，再 通 过放 大 器 转换成 电流信号 。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 l 口 I j 年第 5 期石油石化节能 l 3 9 ■ 一 环 佩 安 宝 ， E n v o iro n m e n t P ro te c tio n S e c u rity 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 ～ 2 0 mA D C 标 准信号输出给D C S 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 。 铸罐 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 4 0 1 w w w ． s y s h j n ．c 。 m 测量仪表及现有的调节阀在 D C S 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 D C S 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 。 参考 文献 [ 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． 1 9 9 0 1 3 O 一 2 7 4 ． [ 2 ]王树青， 戴连奎， 于玲． 等 ． 过程控制工 程 [ M ] ． 2 版 ． 北京 化 学 工 、 出版 社 ． 2 0 0 8 7 8 1 1 0 ． 收稿 日期 2 0 1 3 0 2 一 l 1