直面界面测量的危与机

可靠的界面测量可以有效优化工艺并延长运行时间

文章来源:麦理丘路 发布时间:2019-08-05
在石化及油气项目中,界面和多液面测量十分常见。虽然用于液位和物位的测量技术已经有了长远的发展,但是目前仍然没有出现一种完美的测量技术用于多液面测量。然而长久的经验告知世人,通过可靠的液位技术在多种分离的液位工况中能不断实现工艺优化并且延长运行时间,这为我们未来可靠地界面测量提供了新思路。

在油气及石化工业中,界面测量的需求不断上升,当在同一设备中存在无法混合的互不相溶的液体时,其中较轻的介质浮在上部而较重的介质沉在底部,这无疑增加了测量难度。在石油产业中水和蒸汽常从分离井中抽取而得,它们随着井产流体到分离器,在这里静置后分离成为类似碳氢化合物和水的两层。

界面可以在液体与固体、液体与泡沫、液体与气体中形成。但在液-液界面中(通常有气相在上层较轻的液体之上),互不相溶的液体相接边缘会有一个界面层,界面层的物质部分乳化,而这个乳化层(也被描述为界面层)可能很稀薄且有混合液体渐变层的边界。一般而言,越厚的乳化层意味着越大的测量挑战。

图1不同类型的上游分离器
图1不同类型的上游分离器

测量技术,各有千秋

在所有常用的液位开关和变送器中仅有小部分适用于复杂的界面测量。引领界面测量的技术装置包括导波雷达、基于浮力原理的浮筒液位计、磁致伸缩液位计、电容式、核磁放射式以及热扩散式液位计等。为了让用户熟悉维护流程,理论上界面工况的技术使用应和其他工况的液位计保持一致,标准化的技术有助于安装调试、减少培训时间以及节约维护成本。

在现有的界面测量的技术中,目前没有一种完美并通用的技术适用于复杂的界面工况。除了考虑安全可靠和物美价廉外,熟悉度也在液位测量方案的选择中扮演重要的角色,在已有的技术实例中常常凸显其不可替代的重要性,例如差压和浮筒式产品的选择就是其中的典型。差压是最为广泛使用的液位测量技术,据2017年3月的自控市场情报报告显示,有超过40%的仪表用户/被调查者偏好且使用差压变送器测液位,这达到或超过所有仪表使用占比的1/3。但是差压原理并不适用于界面测量,因为它需要在假设密度和总液位是定值的前提下,进行额外的标定。

图 2多种液位通常包括最上层的碳氢化合物,中层的乳化层(界面层)以及地下的水层
图 2多种液位通常包括最上层的碳氢化合物,中层的乳化层(界面层)以及地下的水层

同样参考这份报告,在所有仪表和工况应用中位列第二的技术是导波雷达,有超25%的受访者认为接近1/3的应用他们推荐使用导波雷达。导波雷达轻松胜任总液位(潜在防溢罐)的测量并且在界面应用中增强了用户的熟悉度,这使得这项技术被正确使用的同时还减少了培训和移交时间。不可避免地,导波雷达对于界面测量也有限制,但使用抗乳化剂或升高工艺温度都能有助于重油的分离。磁致伸缩也常用于界面测量。它是基于浮力原理进行测量的,因此也有受比重影响的缺点存在,但是在较大及溶胀的乳化层应用中有特殊优势。固体的挂料必须要考虑,例如活动部件中有石蜡或者沥青的附着。其他的界面技术比如(机械式)浮筒和电容式仅被12.6%和8.2%的受访者推荐,分别应用于接近1/3的工况。

重质油出现测量误差是因为在探杆或浮子上出现挂料,这些挂料都会增加维护的次数。然而在油气行业,这些技术还是有一定便利性的。有一些技术指标也在考察范围内,例如密度和比重。高比重的原油对乳化层有影响,可以添加到潜在的维护要求里。

为了便于汇总,表1中列出用于界面测量主要技术的优缺点。

表1 界面测量技术对比
表1 界面测量技术对比

工艺优化,必备指南

在测量界面和液位的任何应用中,首先要考虑在不稳定的条件下以及开启关闭时可能发生的情况。在普通的界面操作过程中大部分装置可以正常工作,然而,在不稳定的工况中也需要进行准确的测量。其中不稳定的工况包括中游罐区和储油终端、下游的储罐和炼油厂的脱盐器以及石油化工中的骤冷塔和急冷水沉降器/急冷水分离容器。

当讨论界面应用时,首先想到的是上游油气产业或者勘探生产行业。最初的挑战是井口分离器中分离出残留的烃流。除了这种初步的分离,在盐水处理设备中利用水力压裂技术对非常规油层进行界面测量的影响也越来越大。

工艺优化

界面测量,未来可期

界面优化的关键是解决乳化层的问题。没有一种经济化的技术可以同时测量3种液位:烃类液位的顶部(总液位)、乳化层的顶部(含油的水)以及乳化层底部(含水的油),这属于多相(或者三相)应用。在操作中要考虑下游设备需要的最小成本维护,通过降低成本和缩短停机时间来实现生产最大化,同时注意不要因为缺少安全可靠的仪表而丧失安全性和浪费时间。许多测量技术也曾尝试解决多相测量问题,但往往不够经济。例如上游油气多相流量计针对的是三相分离器,根据尺寸的不同,三相分离器的成本约为100万美元,而多相流量计的平均价格超过25万美元。

发现问题容易,解决问题就不那么简单了。上文提到的导波雷达,对于极具挑战的工况应用来说,将来其可能会带来增强版的技术。导波雷达能有效测量界面的关键是当信号通过烃层进入乳化液时所产生的阻抗变化。然而由于碳氢化合物内部不需要大量的水来使其导电,也因此没有明显的阻抗变化通过该乳化层,所以只需要在乳化层顶部附近进行界面测量,而不需要检测乳化层的底部。

需要说明的是对于一些导波雷达制造商来说,即使是界面相当清晰的基本工况中也可能存在问题。在低介电性碳氢化合物(由于信号强度不足)中依靠软件技巧或推断来测量这种多相工况是界面液位的前沿技术发展关键,一旦有效攻克这个难题,就能在油气和石化行业中优化分离器工艺以及提高运行时间。

0
-1
收藏
相关文章