智能型自动切水器在储油罐区的研究与应用

张长杨，贾晓伟，赵建良，徐金文

(正和集团股份有限公司，山东 东营 25742)

储运罐区储油罐污水排放在石化行业生产过程中是非常重要的环节。以前采用人工切水，切水过程中容易将油放出，造成环境污染；污水中含有硫化氢，对工人的健康存在威胁。随着石化企业对油罐切水越来越重视，实现储油罐自动切水成为了安全环保达标的条件。

2016年，我公司新建了12个原料罐，安装使用的是一种全新的智能型自动切水器，该自动切水器(型号OW-03-QF-YTH)安装简单，现场只需将排水管线法兰对接即可完成安装，采用的测量原理非常先进，这种智能型自动切水系统的原理是利用短波吸收法原理，测量储油罐排水管道内不同介质的介电常数。针对电磁波来说它是无线电短波，其频率范围为3～30 MHz之间；波长范围10～100 m之间。根据电磁波的物理特性:电磁短波在通过液体介质时或多或少地被介质所吸收。不同频率的电磁短波在通过同一介质或同一频率的电磁短波通过不同的介质时，介质所吸收的短波能量是不同的，吸收多少服从朗伯-贝尔定律：

I0=IeucL (1)

式中I为穿透能量；I0为入射能量；u为吸收系数；为介e质系数(也称介电常数)；c为数学常数，l为介质厚度。将公式(1)导成如下形式：

I0=Ieucl (2)

对于混合介质，则有如下形式：

I0=Ie(u1c1l1+u2c2l2+．．．) (3)

式中u1c1l1和u2c2l2 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，当检测仪用于检测油水含量时，则两种物质分别为水和油，当检测仪发射一定频率(4 MHz )的电磁短波时，油对这个频率的电磁短波能量的吸收系数u很小，这里我们将其近似为零，则式(3)导成如下形式：

I0=Ieu1c1l1 (4)

对于频率一定的电磁波，水的吸收系数保持不变；当传感器尺寸一定时，则l确定；电磁波透射能量I被管线吸收，这个能量随介质的变化很小，可近似为恒定值。故从式(4)中可知，探测器发射能量I只能随着介质浓度(在这里为水)变化而变化，呈非线性曲线特性。当油水乳化层的含水率变化时，发射器发射功率的变化，将引起发射器内部振荡源电流值1的变化，将这个变化了的电流反馈输出给控制器，经过调零、放大、整形后，作为标准信号，再经过线性化处理，实现油中含水率的测定。

1 自动切水器

(1)自动切水器采用密闭管线切水方式，杜绝了就地排放对环境造成的污染；去除了VOC气体挥发，保护现场操作人员的人身健康。切水过程中带出的少量原油经由密闭管线输送到二次脱水罐进行终端脱水，污油回收。传感器探头采用表面纳米特氟龙涂覆工艺，具有超强的防挂料及耐腐蚀特性，并适用不同的介质，具有极高的检测精度。

(2)自动切水器具有反冲洗功能：可在仪表检测不灵敏的情况下，用外接蒸汽或热水吹扫，清洗探头，使检测精度恢复正常。

(3)测量传感器自带油品校对取样阀。

2 油品类型

我公司在中间原料油罐区轻污油罐安装了三套，重污油罐安装了三套，石脑油罐安装了6套，共计十二套OE-03-QF-YTH型自动切水器，油品类型涵盖了轻质油、轻污油、重污油。

3 现场仪表安装

该自动切水器由现场仪表设备、现场防爆型PLC可编程控制器、中控室DCS组态组成。现场仪表设备包括水中含油检测仪、气动阀单元(阀体、执行器、回讯器、防爆电磁阀)及管道视镜。上述所有设备均采用管道法兰式安装。

水中含油检测仪采用双探头结构，每个探头插在独立的管道腔体内，探头的检测长度达到300 mm，直接接触管线内的介质(含油污水)独立检测；传感器探头水平放置，当阀门关闭时，管线内的油沿着管线上部流回储油罐内，使管线内充满水，进行下一次切水控制。

气动阀组件和管道视镜安装于水中含油检测仪的后面，全部采用法兰安装方式。现场设备安装比较方便，只需要将各设备按次序法兰安装、紧固即可。这样安装的优势是污水无需沉降一段时间才能切水，切水量可达50 m3/h，最大限度的将污水切净，对于污水量较大的储油罐切水非常适合。

4 控制方式

控制方式采用双探头检测水中含油率，控制逻辑简单、可靠。当传感器探头的检测信号同时大于设定值(95%，参考值)时，打开阀门，开始切水，防止切水的误操作。当任一传感器探头的检测信号低于设定值(85%，参考值)时，关闭阀门，停止切水，防止仪表出现单一故障时发生跑油事故。

安全设置：按照每个储油罐切水时间的规律，设定强制关阀时间，避免跑油。

5 切水运行状况

经过现场实际切水，我们发现该智能型自动切水器的特点是切水处理量大，现场设备安装简单、方便，组态控制逻辑清晰、可靠、稳定，实现了自动切水的控制，符合生产的要求。切水器运行安全可靠，可全天候无人看管，实现智能化全自动切水，对工艺操作的生产效率有很大提高，减轻了工人现场操作劳动强度，同时也避免了人工切水易造成的安全隐患。

6 自动切水器的现场操作与调试

在确认安装、连接无误后即可通油、通电运行。开机上电后仪表将显示含水曲线图，含水曲线图上方显示含水率的变化，仪表的各项参数通过厂家研制开发的无线操作终端进行无线传输调节。

调试主要是力求对实时含水的检测准确，不可操之过急。因为厂家标定用的原油和用户要测试的原油品位会有差异，水的矿化程度也不可能完全相同，所以在调试之前必须做对比实验。

我们知道，油中含水分油包水相的乳化状态和水包油相的混合状态，对于两个不同的状态，仪表获得的信号是大不一样的，因此我们必须用两条不同的曲线来描述。调试过程就是对这两条曲线的修正过程，但没有足够多的实验点就不能准确判断曲线的偏差量，就无法修正，所以在含水0～10%的低含水范围内至少要有3个实验点，实验点越多修正效果会越好。

7 结论

OW-03-QF-YTH智能型自动切水器投入生产运行以来，能达到储油罐自动切水控制的目的，满足了生产节能、环保及安全生产的要求，是适合储油罐自动切水技术要求的具有先进性的、新型的智能型自动切水器。