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      管道式流線型雙探頭自動切水系統

       
       
       

       

      1 概述
      石油化工企業的油品儲運罐區、物流部及物裝碼頭的原油儲運罐區在油品儲存沉降切水過程中有時不可避免地產生硫化氫(H2S)等有毒有害氣體,這對現場操作人員的人身安全造成巨大威脅。同時還因為人工切水過程中存在觀測不準確,尤其在寒冷季節人工切水時產生的水蒸氣現場觀測,更加困難,很容易誤操作將有用的原油或成品油同污水一起排放,造成油品浪費,環境污染。
      當罐內含水量大,切水時間長,操作工人也容易疲勞,這種情況極易造成切水閥關閉不及時造成更大的安全生產責任事故。所以在石化企業的油品儲罐區安裝自動切水系統是非常必要的!
      根據石油化工企業生產的需求,我公司研發了OW-03-YTH型系列油品儲罐自動切水系統,其中OW-03-QF-TYH-ST型切水器是采用一種管道式安裝流線形撬裝設計,不帶外置沉降小罐,是一種設計精巧可靠、檢測精度高、易維護的智能、安全、環保的油品儲罐自動切水系統,主要用于原油、石腦油、輕污油、重污油、汽柴油、甲苯、二甲苯等儲油罐自動切水。
      2  OW-03-QF-YTH-ST型油品儲罐自動切水系統的工作原理及技術特點
      2.1切水器的工作原理
      切水器采用短波液質諧振吸收工作原理(即液柱諧振+短波吸收),由自動切水器的雙電子單元模塊,發射雙頻恒幅的兩路電磁短波,通過安裝于切水器流線型管道中的特種傳感器雙探頭(探頭表面為納米特氟龍涂覆工藝),對被測液體介質發生液柱諧振和電磁短波,同時介質的對溫度(-20℃~160℃)、密度(0.1~1.0mg/cm3)、介電常數(水的介電常數是81,油的介電常數是2.3)三種參數同時進行檢測,并進行曲線擬合分析,計算出被測液體介質中的水中含油率。傳感器只對進入切水器的液體介質中油的密度和介電常數敏感,含油率越低,測量的信號值越大。
      短波液質諧振吸收法原理既考慮液柱諧振的對介質密度靜態參數測量優勢;又增加了短波吸收的對介質介電常數的動態測量優勢,這樣既避免了單一液柱諧振工作原理測量的局限性(傳感器無法準確測量切水管線中快速流動液體介質的水中含油率),又兼顧了短波吸收原理的傳感器能準確測量切水管線中快速流動液體介質的水中含油率,以DN50管線為例,最大切水量可以達到50t/h。        OW-03-QF-TYH-ST型切水器的傳感器采用了雙頻恒幅的液柱諧振+短波吸收雙路電信號同時檢測介質的溫度,密度,介電常數三方面參數進行檢測,對三種參數曲線擬合運算能夠精確測量出快速流動的液體介質的水中含油率。
      短波諧振頻率范圍為是3-30 MHz。同一頻率的電磁短波通過不同的介質諧振時,介質所吸收的短波諧振能量是不同的,吸收多少服從朗伯一貝爾定律
      I0= I eu1c1l1                                  
      式中I為穿透能量;I0為發射能量;u為吸收系數;c為介質系數;l1為介質厚度。
      當檢測儀用于檢測儲油罐中的油水混合物時,兩種物質分別為水和油。
      檢測儀發射一固定頻率(4MHz )的電磁短波時,油對這個頻率的電磁短波能量的吸收系數u很小,這里我們將其近似為零。
      當傳感器尺寸固定時,l1近似為恒定值。
      穿透能量I被管線吸收,這個能量隨介質的變化很小,可近似為恒定值。
      因此,發射能量I0只隨介質濃度(油和水的混合介電常數)變化而變化,呈非線性曲線特性。當油水混合物的濃度變化時,發射器發射功率的變化(吸收能量變化),引起發射器內部振蕩源電流值i的變化,將這個變化了的電流i經過調零、放大、整形、軟件程序線性化處理后,作為標準信號4~20mA輸出,實現水中含油率的測定,根據水中含油率的大小自動控制調節閥的開度和關閉,自動實現最大開度的快速切水,切水器自帶的兩個傳感器中的任何一個傳感器檢測到水中油含率超過設定的關閥參數時, 切水器自動關閥。
      2.2 技術特點
      2.2.1一般情況下,無論儲油罐內部排水管線是否帶虹吸口,切水器都可以實現自重力回油自動切水。如果用戶現場儲油罐排水管工藝結構特殊(儲罐內排水口為虹吸口式,并且無法自回油時),也可以按照用戶需求安裝上切水器自身成套的回油組件。
      2.2.2切水器的水中含油檢測傳感器采用接觸式測量,材質:蒙乃爾鈦合金400H(N04400/2.430),表面采用納米特氟龍涂覆工藝,涂覆厚度誤差≤0.02mm。這種涂覆工藝具有很強的防掛料的優點;探頭探針與電子單元采用自動鎖存連接,接觸觸點采用純金電鍍工藝處理。
      2.2.3傳感器只對油的密度和介電常數敏感,而非對水的密度和介電常數敏感,確保切水過程中無任何油品外泄。使用過程中,油和水進入切水器后可自動分離,余油能快速回流到油罐內,當切水器內水位達到一定高度時,閥門開啟排水;水位降到一定高度時,閥門自動關閉。檢測靈敏度不受管道內壁粘油、油水乳化層厚度、金屬離子濃度的變化影響。
      2.2.4伴熱系統:現場自動切水器伴熱采用管道外蒸汽管線伴熱,出廠時切水器已預留蒸汽伴熱外接口,法蘭連接,口徑為DN25,安裝時與現場的蒸汽管線相連即可,蒸汽溫度小于200。
      2.2.5 清洗功能當用于特稠油或渣油時,在每次切水開始后同時自動進行自動清洗,具有自動擦除功能,可清除探頭表面的附著物,保證每次切水的測量精度。因此切水器具有雙保險的自清洗功能,不需要人工定期清洗。
      2.2.6平均切水量:l0t/h,最大切水速度可達50t/h,切水含油量<200ppm;
      2.2.7 如果用戶設計為密閉管線切水系統,采用在切水閥前的管線上加裝管道視鏡,操作工人現場可通過視鏡的玻璃視窗直觀的觀察管線內的回油狀態;如為就地直接排水非密閉排水,則選擇可選擇帶防爆監控攝像系統。
      3 OW-03-QF-YTH-ST型油品儲罐自動切水系統的組成及技術參數
      3.1 OW-03-QF-YTH-ST型油品儲罐自動切水系統由現場自動切水器(包括OW-03-YTH型雙探頭水中含油檢測儀、管道視鏡、切水氣動調節閥)、中控室PLC可編程控制柜和上位機DCS、管道伴熱系統組成。根據現場儲油罐排水管工藝結構(帶虹吸孔),可成套回油組件。
       
      3.1.1系統組成和設備現場安裝圖片如下

      3.2技術參數
      3.2.1系統參數
      1、現場自動切水器的設備采用法蘭連接,通用法蘭口徑DN80(PN16),最大法蘭口徑尺寸可達DN200。
      2、防爆電磁閥防爆等級:ExdIICT6
      3、供氣壓力:低壓蒸汽1.0MPa(G),氮氣0.6 MPa(G),儀表風0.5 MPa(G);
      4、環境溫度:-40-+70
      5、伴熱系統口徑:DN25
      6、內螺紋氣源球閥:DN15 PN2.0 卡套式,材質:304。
      7、最大切水量:50m3/h。
      8、總質量:100kg。
      3.2.2 OW-03-YTH水中含油檢測儀技術參數
      OW-03-YTH水中含油檢測儀是我公司自主研制的智能檢測儀表,采用先進的短波液質諧振吸收工作原理(即液柱諧振+短波吸收),根據被檢測介質的溫度,密度,介電常數三方面的參數進行數字化曲線擬合運算,精確計算出快速流動的液體介質的水中含油率。
      智能化的數字處理不僅提高了檢測精度,而且方便了操作以及與其他數字設備的通訊。
      切水器測量傳感器技術參數和實物圖片如下:

      技術參數:
      1、水中含油率檢測范圍0~100%(體積比)。
      2、檢測誤差:≤±0.1%。
      3、檢測精度:0.1級。
      4、供電電源: 24VDC,消耗功率:1.5W。
      5、輸出方式:無源4~20mA。
      6、防爆等級:ExiaIICT6。
      7、外殼防護等級:IP66。
      8、傳感器承壓能力:2.5MPa。
      9、環境溫度:-40~+70℃。
      10、大氣壓力:800—1100KPa。
      11、電氣接口口徑:M20×1.5。
      12、連接法蘭口徑:DN80 PN16(HG/T20592~20635-2009)。
      13、傳感器探頭:材質采用蒙乃爾鈦合金400H(N04400/2.430),表面采用納米特氟龍涂覆工藝涂覆厚度誤差≤0.02mm,探頭探針與電子單元采用自動鎖存連接,接觸觸點采用純金電鍍工藝處理。
      4  OW-03-QF-YTH-ST型油品儲罐自動切水系統結構及系統布線
      4.1現場自動切水器采用管道式流線型撬裝設計結構,自帶兩個特種傳感器,安裝在撬裝管道的兩個腔體內分別單獨測量,如下圖:

      當探頭1、探頭2任一測量信號檢測到油時立即關閉切水閥,避免跑油。
      4.2 OW-03-QF-YTH-ST型油品儲罐自動切水系統現場自動切水器現場安裝
      4.2.1不帶獨立回油管線組件安裝方式

      1、 排水管線手動閥門:DN100(PN16);
      2、 蒸汽伴熱法蘭:DN25,材質304;
      3、 檢測傳感器1;
      4、 檢測傳感器2;
      5、 管道直通視鏡:DN50,材質304;
      6、 切水閥:切水閥可采用多段式氣動閥或采用比例調節的電動閥。
      氣動閥規格:DN50,材質304,防爆電磁閥和回訊開關接口為NPT1/2,氣源接口為內螺紋氣源球閥,DN15 PN2.0卡套式,材質304;
      電動閥規格:DN50,材質304,電氣接口為NPT3/4;
      7、 排水口手動閥門:DN50(PN16),材質304;
      8、 防爆電磁閥: 防爆等級ExdIICT6,接口規格1/2"NPT;
      9、 回訊開關:防爆等級 ExdIICT6,開和關兩位置;
      10、現場防爆PLC控制柜:LCZ1200*800*300(RS485)(多臺控制),材質304,防爆等級ExdBT4;
      說明:
      1、管道直通視鏡安裝位置在切水閥的前端。
      2、切水器的連接法蘭口徑DN100與現場排水管線的法蘭口徑尺寸一致。
      3、現場自動切水器的所有管線和傳感器探頭1、2水平安裝,不能高于排水管線。
      4.2.2帶獨立回油組件安裝方式

      1、排水管線手動閥門:DN100(PN16);
      2、 蒸汽伴熱口:DN25,材質304;
      3、 檢測傳感器1;
      4、 檢測傳感器2;
      5、 管道直通視鏡:DN50,材質304;
      6、切水閥:切水閥可采用多段式氣動閥或采用比例調節的電動閥。
      氣動閥規格:DN50,材質304,防爆電磁閥和回訊開關接口為NPT1/2,氣源接口為內螺紋氣源球閥,DN15 PN2.0 卡套式,材質304;
      電動閥規格:DN50,材質304,電氣接口為NPT3/4;
      7、 排水口手動閥門:DN50(PN16),材質304;
      8、 防爆電磁閥:防爆等級ExdIICT6,接口規格1/2"NPT;
      9、 回訊開關:防爆等級 ExdIICT6,開和關兩位置;
      10、現場防爆控制柜:LCZ1200*800*300(RS485)(多臺控制),材質304,防爆等級ExdBT4;
      11、回油三通:DN100-100-50,材質304;
      12、回油泵:DN50(PN16),材質304;
      說明:
      1、管道直通視鏡安裝位置在切水閥的前端。
      2、切水器的連接法蘭口徑DN100與據現場排水管線的法蘭口徑尺寸一致。
      3、現場自動切水器的所有管線和傳感器探頭1、2水平安裝,不能高于排水管線。
      4、回油管線(回油泵)與管道上的回油三通采用法蘭連接。
      4.3切水器在油品罐區現場布線安裝示意圖

      說明:
      1、現場防爆控制器柜體安裝方式采用墻體固定安裝或焊接角鋼支架安裝;中控室上位機至現場防爆控制柜的供電電源電纜、485通信電纜經橋架及穿線管敷設至現場防爆控制器的柜體接口處;
      現場防爆控制柜至切水器主體設備的24VDC電源電纜、4~20mA信號電纜、閥位回訊電纜、防爆電磁閥24VDC電源電纜經橋架及穿線管敷設至切水器主體設備處,由防爆分線盒連接防爆撓性管至各儀表接線口;
      2、水中含油檢測儀、防爆電磁閥、閥位回訊器的進線接口采用防爆撓性管連接方式,與防爆三通分線盒連接;現場防爆控制器柜體進線接口電纜采用白鋼金屬格蘭頭(規格G3/4)密封連接;
      5.切水系統操作說明及DCS組態示意圖
      5.1進入上位機控制系統,顯示顯示主界面,如下

      主界面控制方式有三種,1:為手動控制。2:半自動控制。3:全自動控制
      (1)、手動控制
      手動控制就是工人通過“手動開閥”按鈕控制閥門打開和關閉。按動“手動開閥”按鈕閥門開啟,水由排水管線排出,儀表可實時顯示當前流過的水中含油率;再按一下關閥按鈕,閥門關閉,停止切水。
      操作說明:按下“手動開閥”后閥門打開,按下“關閥”后閥門關閉。
      (2)、半自動控制(根據現場實際要求選擇)
      半自動控制就是通過“半自動開閥”按鈕,手動控制閥門打開后,延時3s后排出管線內的存留介質。如果雙探頭傳感器的檢測信號同時小于設定值(5%,參考值,水中油含量達到排放標準),繼續切水。當任一傳感器的檢測信號大于設定值(5%參考值,水中油含量超標)時,閥門自動關閉,停止切水。
      操作說明:按下“半自動按制”后閥門打開,放水延遲時間到后儀表自動檢測管道中的含油率,如當前的含油率小于設定值時,閥門一直打開。直到含油率大于設定值關閉閥門。
      (3)、全自動控制
      全自動控制就是通過“全自動按鈕”執行全自動控制。如果雙探頭傳感器的檢測信號同時小于設定值(5%,參考值,水中油含量達到排放標準),開始連續切水,并根據切水量的大小自動調節氣動調節閥的開度,一直保持最大切水速度切水。當兩個測量傳感器中的任一傳感器的檢測信號大于設定值(5%參考值,水中油含量超標)時,閥門自動關閉,停止切水。雙探頭傳感器自動檢測管線中的含油率,如果管線當前的含油率同時小于設定值時,切水器DCS控制系統自動打開閥門,重復上述切水過程。
      在所有狀態下可以手動強制關閉閥門,結束當前控制方式。
      5.2 切水系統的信號遠程與控制
      切水系統含有閥位開關度、電磁閥以及水中含油率等信號,其輸出RS485通訊信號,可接入用戶控制室PLC和DCS系統,實時監控現場切水器的工作狀況,并實現遠程啟閉脫水器。根據不同用戶的需要可以不帶我們自己成套的DCS控制系統,也可以直接接入用戶現場原有的DCS控制系統。切水系統是一套完整的獨立系統,沒有后臺控制。自動切水系統材質均為不銹鋼304,不需要特殊的維護。
      5.3切水系統特有的兩種安全使用保護功能
      5.3.1自動休眠功能
      切水系統為了保持良好持久的長期連續自動工作,具有自動休眠功能和超時切水自動自檢保護功能,在每次切完水后,切水系統自動進入休眠狀態(切水閥持續關閉、傳感器停止檢測、回油系統停止工作、電磁清洗也停止工作)。當儲油罐下次進油沉降完成后,切水系統自動喚醒,進入正常切水工作狀態,這樣可以減少無必要的頻繁切水,延長氣動閥門執行機構等設備的使用壽命。
      5.3.2超時關閥自動自檢功能
      當切水系統連續切水超過3小時后系統自動進入短時關閥,自動進入超時保護自動自檢程序,在短時自檢過程中再次檢測確認兩個傳感器的信號檢測水中含油率同時小于設定值要求,切水器自動恢復繼續切水,循環檢測執行,這樣可完全杜絕長時間自動切水跑油事故的發生,為使用單位連續生產作業提供最好的安全保障。
      6自動切水系統 選型說明
      OW  03  QF  YTH  ST  (DN) (PN)(HY) (M) (SX) (DCS)
      說明:
      OW -管道內介質油和水的縮寫
      03- 產品版本升級編號
      QF-切水閥采用氣動調節閥
      YTH-整機一體化縮寫
      ST-雙探頭、同頻率雙路測量(液柱諧振+短波吸收)一體結構型
      DN-現場自動切水器口徑
      PN-儲油罐設計壓力等級
      M- 儲油罐內油品介質類型,1表示輕質油,2表示重油,3表示特稠油、渣油
      HY-帶回油系統成套組件
      SX-帶現場防爆攝像頭可遠程監控
      DCS-帶獨立的DCS系統