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伺服式液位計實踐

 更新時間:2008-11-19 點擊量:4121
    長期以來
,油田的油水界面測量一直是工業(yè)過程測量領(lǐng)域的一個難題
,而油水界面這一參數(shù)對于每一個采油廠都是非常重要的
,其中涉及到了財務(wù)結(jié)算等關(guān)鍵性的問題
,所以急待解決?div id="jfovm50" class="index-wrap">;谶@種背景
,我們對這一課題進行了攻關(guān),經(jīng)過反復(fù)的實踐
、摸索
,終于成功地利用伺服式液位計解決了這一難題

    伺服式液位計一直被廣泛地用于儲罐液位的高度測量

,因為它是一種多功能儀表,既可以測量液位也可以測量界面
、密度和罐底等參數(shù)

    伺服式液位計基于浮力平衡的原理,由微伺服電動機驅(qū)動體積較小的浮子

,能地測出液位等參數(shù)
。如圖1所示,浮子用測量鋼絲懸掛在儀表外殼內(nèi)
,而測量鋼絲纏繞在精密加工過的外輪鼓上
;外磁鐵被固定在外輪鼓內(nèi),并與固定在內(nèi)輪鼓的內(nèi)磁鐵耦合在一起。

    當(dāng)液位計工作時

,浮子作用于細鋼絲上的重力在外輪鼓的磁鐵上產(chǎn)生力矩
,從而引起磁通量的變化。輪鼓組件間的磁通量變化導(dǎo)致內(nèi)磁鐵上的電磁傳感器(霍爾元件)的輸出電壓信號發(fā)生變化
。其電壓值與儲存于CPU中的參考電壓相比較
。當(dāng)浮子的位置平衡時,其差值為零
。當(dāng)被測介質(zhì)液位變化時
,使得浮子浮力發(fā)生改變。其結(jié)果是磁耦力矩被改變
,使得帶有溫度補償?shù)幕魻栐妮敵鲭妷喊l(fā)生變化
。該電壓值與CPU中的參考電壓的差值驅(qū)動伺服電動機轉(zhuǎn)動,調(diào)整浮子上下移動重新達到平衡點
。整個系統(tǒng)構(gòu)成了一個閉環(huán)反饋回路(如圖1所示)
,其度可達±0.7mm,而且
,其自身帶有的掛料補償功能
,能夠補償由于鋼絲或浮子上附著被測介質(zhì)導(dǎo)致的鋼絲張力的改變。


圖1 液位計系統(tǒng)構(gòu)成

    測量界面的原理與伺服式液位計基本相同

,即根據(jù)原油與水兩種介質(zhì)密度的不同導(dǎo)致所受浮力的不同而進行的界面測量

    當(dāng)今,世界自動化儀表行業(yè)有很多種儀表可以進行界面測量

,而為什么在油田的油水界面測量方面又幾乎是一個空白呢
?這主要是由于這一場合不同于其他界面測量,工藝條件極其復(fù)雜

    原油從油井里被打出來后

,經(jīng)過加熱,送到采油站進行計量
,再經(jīng)過中轉(zhuǎn)站進行分離后進入聯(lián)合站
。在聯(lián)合站,首先經(jīng)過計量
、加熱
,而后將原油送至一級沉降罐(在一級沉降罐內(nèi)原油一般常年保持在60℃左右),經(jīng)過沉降分離送至中間罐
,然后經(jīng)過脫水泵脫水
,再經(jīng)過二次加熱進入二級沉降罐(在二級沉降罐內(nèi)原油一般常年保持在80℃左右),zui后送到成品罐
,需要進行油水界面測量的是一級沉降罐和二級沉降罐
。一級沉降罐和二級沉降罐的罐高一般在13m左右
,罐底設(shè)有一個排水孔,罐上部大約在11m左右的位置設(shè)有一個溢流孔
,原油進料口一般從底部伸到罐的中部
,大約在7m左右的位置。(如圖2所示)
。當(dāng)原油從7m左右的位置進入到罐中時
,由于破乳劑及重力和浮力等因素的影響,密度較小的原油會向上升
,密度較大的水會向下沉降
,從理論上講,經(jīng)過一定時間的沉降可以得到一個清晰的原油與水的分界面


圖2 油水界面

    但是在實際應(yīng)用中

,現(xiàn)場工況要復(fù)雜得多。由于不同產(chǎn)地的原油密度都不盡相同
,再加上進料帶來的擾動
、破乳劑和沉降時間等諸多因素,從而導(dǎo)致了在原油層與水層中間存在著一個厚薄不一
、密度梯度不定的過渡層
,習(xí)慣上稱之為乳化層。在這一乳化層中存在著水包油(W/O)
、油包水(O/W)
,甚至水/油/水(W/O/W)或油/水/油(O/W/O)分層等更為復(fù)雜的體系,正是由于存在了這一如此復(fù)雜的乳化層
,使得絕大多數(shù)界面儀在遇到這種工況時無法測量
,而伺服式液位計能夠從多界面測量儀表中脫穎而出,成功地應(yīng)用于這一惡劣的工況
,正是由于它*的原理
,以及先進的自我維護功能。

    伺服式液位計在測量油水界面時

,也是基于浮力平衡的基本原理
,與測量液位不同的是,在測量界面時需要首先在表里輸入“上密度"和“中密度"兩個值
,這兩個值是根據(jù)理論值以及實際應(yīng)用經(jīng)驗相結(jié)合得出的
。從理論上講
,原油的密度在0.88g/cm3~0.92g/cm3左右
,水的密度是一個常數(shù),為1g/cm3
,但在實際應(yīng)用中即使是zui上層的原油也會含少量的水
,同樣
,zui下層的水也會含少量的油,所以上層原油的密度要大于實際值
,而下層水的密度在0.99g/cm3左右
。在理想工況下,界面非常清晰
,此時浮子處于兩層之間(如圖3所示)
,鋼絲所受張力為:

    T=W-(V-Vb)×ρ1+Vβ×ρ2

    式中:T——鋼絲張力;
          W——浮子重力


          V——浮子體積

          Vb——浮子平衡時浸入的下部體積;
          ρ1——上密度

          ρ2——中密度

    其中,W

、V和Vβ均刻在浮子上為常數(shù)

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