在石油化工行業(yè)，石油是非常重要的能源之一，是工業(yè)經(jīng)濟(jì)的支柱。由于人們不斷地采集原油。目前大部分油田含水率極高,導(dǎo)致石油的產(chǎn)量和質(zhì)量開始下滑，隨著科技的快速發(fā)展，工業(yè)上對石油的純度要求卻越來越高，因此必須將開采到的石油進(jìn)行處理，并且將里面的雜質(zhì)和水快速的分離出來[1-2]。

在我國許多石油化工行業(yè)中，判斷油水分離的程度主要還是依靠有經(jīng)驗(yàn)的工人師傅。對于剛開采出的原油需要進(jìn)行初步沉降過程，主要原理就是根據(jù)油水密度差，水比油重，在經(jīng)過一段時(shí)問的靜置后，依據(jù)重力油慢慢上浮，相反水向下沉淀，最后達(dá)到初步油水分離的目的。目前常規(guī)的方法是在儲(chǔ)罐底部專設(shè)一脫水閥門，由人工進(jìn)行脫水。油水分離后，人工現(xiàn)場操作開始排水和輸輸出原油，沒有檢測裝置。這種根據(jù)基本的自身經(jīng)驗(yàn)，物理原理,判斷沉降效果，不但降低了油水分離的效率和準(zhǔn)確度,更重要的是需要人員實(shí)時(shí)在現(xiàn)場進(jìn)行觀察記錄排水，因?yàn)楹椭懈缓罅康V化元素，具有極強(qiáng)腐蝕性，同時(shí),切水口散發(fā)也會(huì)散發(fā)出有害氣體。所以對于工作人員的生命安全造成一定的威脅。手動(dòng)切水操作質(zhì)量的好壞完全依耐于操作人員的經(jīng)驗(yàn)、責(zé)任心。

但到目前為止，油品在生產(chǎn)過程巾會(huì)混入一些水和雜質(zhì)。為保證油品質(zhì)量，必須將儲(chǔ)油罐內(nèi)明水切除到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。因此,儲(chǔ)罐切水人工操作不僅是石化企業(yè)自動(dòng)化的空白點(diǎn)，也是操作信息的盲區(qū)。同時(shí)，儲(chǔ)罐人工手動(dòng)切水所排出的含油污水在地下管線、窨井的局部地方形成有機(jī)物氣體聚集,其濃度可達(dá)到爆炸極限，成為安全隱患[3-5]。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外石油化工企業(yè)的自動(dòng)化、智能化及控制技術(shù)水平不斷提高和完善，生產(chǎn)和裝置的高度自動(dòng)化不僅大幅度提高了生產(chǎn)效率和管理水平，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。應(yīng)用可靠的自動(dòng)切水設(shè)備設(shè)備替代人T操作，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐切水自動(dòng)化既是石化企業(yè)安全生產(chǎn)和高效管理的迫切需要，也是石化企業(yè)減少污染、提高安全水平的社會(huì)責(zé)任。近三十年來，隨著環(huán)保、安全意識的提高，國家相關(guān)部門多次修改和提高了與儲(chǔ)罐自動(dòng)切水相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范(參見GB501600—2008、SH／T3007—2014、SH3095—2000)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，中石化、中石油也曾分別多次在下發(fā)的內(nèi)部文件中提及“對于需要切水的儲(chǔ)罐宜安裝自動(dòng)切水設(shè)備[6-7]。為了實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐切水自動(dòng)化，國內(nèi)眾多科研單位及企業(yè)對儲(chǔ)罐切水設(shè)備的核心技術(shù)進(jìn)行了大量研究,先后向市場推出了不同原理及結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)罐自動(dòng)切水設(shè)備[8-9]。

1、自動(dòng)切水器的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著科技的飛速發(fā)展，在石油化工行業(yè)，近幾年來對成品油罐脫水已經(jīng)逐步向自動(dòng)化方向邁進(jìn)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們研發(fā)出了各種類型的自動(dòng)脫水裝置，用以完成成品油罐脫水作業(yè)，因此油罐自動(dòng)切水器的產(chǎn)品也越來越多，目前已經(jīng)投入使用的切水器大致可分為兩大類：

1.1油水檢測器與傳感器接觸型自動(dòng)切水設(shè)備

此類設(shè)備有機(jī)械浮球式(機(jī)械浮球+電子傳感器)、諧振密度計(jì)式、微波式、電容式／電磁式、射頻導(dǎo)納式等不同原理的自動(dòng)切水設(shè)備。

1.1.1機(jī)械浮球式自動(dòng)切水設(shè)備

該類自動(dòng)脫水設(shè)備是利用“阿基米德原理”，事先將浮球的密度設(shè)定為油、水的平均密度。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)的水進(jìn)入自動(dòng)脫水設(shè)備的容器內(nèi)時(shí)，由于浮球的密度小于水的密度，則浮球所受浮力大于浮球的自重，浮球自動(dòng)上升，浮球帶動(dòng)相關(guān)機(jī)構(gòu)打開出水口，儲(chǔ)罐內(nèi)的水經(jīng)過自動(dòng)脫水設(shè)備排出儲(chǔ)罐。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)的油進(jìn)入到自動(dòng)脫水設(shè)備的容器內(nèi)時(shí)，如果油水混合液體的密度小于浮球的密度，則浮球所受到的浮力小于自重，浮球?qū)⑾蛳逻\(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)相關(guān)機(jī)構(gòu)關(guān)閉出水口，儲(chǔ)罐切水過程結(jié)束。此類設(shè)備是最早用于石化企業(yè)儲(chǔ)罐自切脫水的，也是目前各石化企業(yè)安裝數(shù)量最多的儲(chǔ)罐自動(dòng)切水設(shè)備。

該類型設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是不需電源和氣源、設(shè)備運(yùn)行期問沒有動(dòng)力消耗，而且制造成本低廉。缺點(diǎn)包括：

(1)由于油水檢測原理的限制，在切水的末期，自動(dòng)切水設(shè)備所排放出的水中含油量超標(biāo)；

(2)沒有故障自診斷及報(bào)警功能。機(jī)械浮球式自動(dòng)切水設(shè)備一旦出現(xiàn)排水口被較大雜質(zhì)卡住關(guān)閉不嚴(yán)狀況時(shí)，大量油品外泄無人知曉；

(3)不具備操作記錄實(shí)時(shí)卜傳功能。

依據(jù)機(jī)械浮球理論及大量現(xiàn)場實(shí)例驗(yàn)證，機(jī)械浮球式自動(dòng)脫水設(shè)備不適用于原油、污油等介質(zhì)密度變化大、介質(zhì)雜質(zhì)易結(jié)垢的儲(chǔ)罐。南于機(jī)械浮球式自動(dòng)切水設(shè)備沒有操作信息記錄及遠(yuǎn)傳、報(bào)警等自動(dòng)化、智能化功能，機(jī)械浮球式自動(dòng)切水設(shè)備不是真正意義上的自動(dòng)化設(shè)備。

1.1.2諧振密度計(jì)式自動(dòng)切水設(shè)備

該類自動(dòng)脫水設(shè)備的油水檢測原理是：依據(jù)與介質(zhì)接觸的元件諧振頻率的變化判斷介質(zhì)密度變化，從而推斷出水巾含油量，據(jù)此控制脫水閥的啟閉。諧振密度計(jì)的振動(dòng)元件的諧振頻率一般低于2 000 Hz。該類型設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)包括：

(1)自動(dòng)化程度比較高，不需要多余的人工操作，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了切水器工作效率；

(2)可以對混合液進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，進(jìn)行連續(xù)切水；

(3)是能很敏感地檢測水中的微量含油，能在介質(zhì)流動(dòng)的過程中，檢測水中的油含量，脫水速度不受停留時(shí)間的限制。

缺點(diǎn)主要包括：

(1)傳感器振動(dòng)元件不能結(jié)垢，周邊環(huán)境不能有振動(dòng)；

(2)傳感器振動(dòng)元件安裝處介質(zhì)的流速不能大于1m／s；

(3)需要安裝很多精密器件，所以管道結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此后期清理及維修費(fèi)用較高。

依據(jù)大量現(xiàn)場實(shí)例驗(yàn)證，諧振密度計(jì)式自動(dòng)切水設(shè)備同樣不適用于雜質(zhì)含量大、雜質(zhì)易結(jié)垢、介質(zhì)密度變化大的原油、污油類儲(chǔ)罐。

1.1.3電容、電磁、微波類自動(dòng)脫水設(shè)備

該類是依據(jù)油水電容、電磁、微波差異進(jìn)行油水檢測類的自動(dòng)脫水設(shè)備，由于油水檢測傳感器需要與介質(zhì)接觸才能通過電信號的變化判斷水中含油量。該類型設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是更高效且節(jié)能環(huán)保、占地面積較小。缺點(diǎn)主要包括：

(1)當(dāng)所測介質(zhì)金屬離子濃度發(fā)生變化時(shí)，控制器無法分辨出傳感器測量信號值的變化是由于介質(zhì)金屬離子濃度的變化所引起，還是南于介質(zhì)中含油量的變化所引起；

(2)傳感器的結(jié)垢會(huì)導(dǎo)致傳感器的零點(diǎn)漂移，使得控制器無法區(qū)分引起傳感器測量值變化的原兇。此類自動(dòng)脫水設(shè)備只能應(yīng)用于介質(zhì)純凈雜質(zhì)少的輕油儲(chǔ)罐。

綜上所述，油水檢測傳感器與被測介質(zhì)接觸式自動(dòng)切水器目前主要無法解決的問題是油水檢測傳感器被污染問題。油水檢測傳感器被污染后怎么清洗、多長時(shí)間需要清洗一次無法確定。該類型設(shè)備不適用于雜質(zhì)含量高的原油、污油等儲(chǔ)罐。只能用于介質(zhì)純凈的輕質(zhì)油儲(chǔ)罐，而且需要不定期的對油水檢測傳感器進(jìn)行清理維護(hù)[10-13]。

1.2油水檢測器與傳感器非接觸型自動(dòng)切水設(shè)備

此類設(shè)備有超聲波式、低能射線式。由于超聲波及低能射線對金屬材料均具有穿透性，此類傳感器可以安裝在金屬容器的外壁不與所測液體介質(zhì)接觸，實(shí)現(xiàn)對容器內(nèi)液體介質(zhì)的識別與檢測。由于國家對放射性材料的安全管理限制，低能放射線式自動(dòng)脫水設(shè)備的推廣和使用存在岡難，再次不做過多介紹了。

其中，超聲波式自動(dòng)切水設(shè)備是利用超聲波在不同介質(zhì)中的傳播、吸收、反射、折射等特性，準(zhǔn)確識別儲(chǔ)罐及管道內(nèi)的油水界面。其所具有的金屬穿透性不僅使得超聲波傳感器不與介質(zhì)接觸就可以識別容器內(nèi)介質(zhì)成為可能，而且為超聲波傳感器的更換、維護(hù)帶來了極大方便。另外，由于超聲波傳感器可以安裝在金屬容器的外壁，無需在金屬容器上開孑L，減少了金屬容器的泄漏點(diǎn)。超聲波自動(dòng)脫水設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)有：(1)超聲波具有油水識別準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)精度高的特點(diǎn)；(2)超聲波傳感器具有天然的白清潔能力，無需外加傳感器清洗設(shè)備；(3)超聲波自動(dòng)脫水設(shè)備能夠長期穩(wěn)定、免維護(hù)運(yùn)行的理論基礎(chǔ)等等。

因此，超聲波儲(chǔ)罐自動(dòng)切水設(shè)備不僅解決了目前人工手動(dòng)切水所帶來的勞動(dòng)強(qiáng)度大、油品浪費(fèi)、環(huán)境污染、安全隱患等問題，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，節(jié)約企業(yè)運(yùn)行成本，最大限度的保障生產(chǎn)過程中的安全操作，把操作人員從繁重、危險(xiǎn)的操作環(huán)境中解放?來。此類自動(dòng)脫水設(shè)備不儀適用于雜質(zhì)含量上的輕介質(zhì)，而且也適用于重污油、原油等雜質(zhì)含量高的各類介質(zhì)儲(chǔ)罐的A動(dòng)脫水[14-15]。

2、影響自動(dòng)切水設(shè)備不能正常運(yùn)行的主要原因

實(shí)際運(yùn)行過程巾，發(fā)現(xiàn)對于介質(zhì)純凈，成分單一雜質(zhì)少的輕介質(zhì)儲(chǔ)罐，既可以選用傳感器與介質(zhì)非接觸型自動(dòng)脫水設(shè)備，也可以選用傳感器與介質(zhì)接觸型自動(dòng)脫水設(shè)備。如果考慮到傳感器的維護(hù)，建議選用油水檢測傳感器與介質(zhì)非接觸型的自動(dòng)脫水設(shè)備。對于雜質(zhì)多、成分變化大的重介質(zhì)(原油、污油、蠟油等)儲(chǔ)罐，應(yīng)選用非接觸式油水檢測傳感器自動(dòng)切水系統(tǒng)。

2.1介質(zhì)特性所引起傳感器性能下降

傳感器表面結(jié)垢、結(jié)蠟導(dǎo)致傳感器的零點(diǎn)漂移及靈敏度下降，使得自動(dòng)切水設(shè)備拒絕切水或跑油。 介質(zhì)金屬離子濃度的變化導(dǎo)致傳感器的零點(diǎn)漂移，使得自動(dòng)切水設(shè)備拒絕切水或跑油。

2.2自動(dòng)切水設(shè)備配置不當(dāng)

(1)自動(dòng)切水設(shè)備沒有配置自動(dòng)強(qiáng)制同油及伴熱功能；

(2)對于介質(zhì)密度大(接近于水)、粘度高、排水管為直排式的儲(chǔ)罐，如果自動(dòng)切水設(shè)備沒有配置強(qiáng)制同油及伴熱功能，自動(dòng)切水設(shè)備在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)由于切水罐內(nèi)的油與儲(chǔ)罐內(nèi)的水的交換遲緩甚至停止交換，而導(dǎo)致自動(dòng)切水設(shè)備的等待時(shí)間過長，不能滿足切水工藝效率要求；

(3)自動(dòng)切水設(shè)備回油方法不當(dāng)；

(4)如果自動(dòng)切水設(shè)備的回油方法不正確。將導(dǎo)致滯留在儲(chǔ)罐排水管(包括虹吸式排水管)內(nèi)的油不能及時(shí)回輸?shù)絻?chǔ)罐，使得自動(dòng)切水設(shè)備的油水檢測傳感器的檢測信號始終為“油”，自動(dòng)切水設(shè)備的切水閥關(guān)閉，自動(dòng)切水設(shè)備失去自動(dòng)切水功能。自動(dòng)切水設(shè)備運(yùn)行過程中設(shè)備故障；

(5)在實(shí)際生產(chǎn)巾,油品所含雜質(zhì)較多。油質(zhì)較差。無論何種形式的自動(dòng)脫水器，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后，往往會(huì)發(fā)生探頭、浮球等被污油、雜質(zhì)大量吸附，造成檢測、控制失靈無法正常使用；或吸附在脫水閥門上造成閥門不嚴(yán)，脫水器跑油情況。

3、石油化工儲(chǔ)罐自動(dòng)切水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

南由以上闡述可見，無論是與傳感器非接觸型或非接觸型自動(dòng)切水設(shè)備切水器,它們的應(yīng)用對石油化工企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)和自動(dòng)化水平的提高，無疑是一項(xiàng)重要的貢獻(xiàn)。它既解決了石化行業(yè)儲(chǔ)罐切水靠人工操作、對油水的識別無法量化控制、切水含油量較高、造成油品浪費(fèi)、污染環(huán)境等問題，又克服了人為誤操作帶來的安全隱患。

要解決日前石化企業(yè)飛速發(fā)展與儲(chǔ)罐切水落后相矛盾的局面，必須突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，開發(fā)與介質(zhì)非接觸、智能型(信號遠(yuǎn)傳、事件記錄、傳感器冗余配置、故障安全型)、能長期安全、穩(wěn)定運(yùn)行的自動(dòng)切水系統(tǒng)，這是解決日前石化企業(yè)人工操作切水難量化以及油水分析式切水器工作不穩(wěn)定的關(guān)鍵難題16 17]。高效的自動(dòng)切水系統(tǒng)應(yīng)該至少具備以下特點(diǎn)和功能：

(1)保證油零排放，只切水不排油。安全環(huán)保；

(2)傳感器外貼式安裝，與被測介質(zhì)非接觸,免清洗。不受介質(zhì)腐蝕、粘稠以及溫度變化的影響；

(3)傳感器冗余配置。切水閥門采用三選二信號控制技術(shù)，保障儲(chǔ)罐切水過程巾的安全,避免由于誤動(dòng)作造成的“跑油”事故；

(4)故障安全型。在失電、失氣時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉切水閥門。當(dāng)切水閥門?現(xiàn)故障時(shí)，后臺計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號，同時(shí)關(guān)閉安全閥門，以防止“跑油”事故；

(5)有效介質(zhì)自動(dòng)同收功能。利用同油系統(tǒng)，可以將進(jìn)入二次沉降罐或管道內(nèi)的有效介質(zhì)同收到儲(chǔ)罐內(nèi)，節(jié)能、環(huán)保；

(6)具有故障自診斷功能。當(dāng)傳感器、智能控制器、通訊、閥門等出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號，并進(jìn)行歷史記錄；

(7)具有動(dòng)作及切水量記錄功能。每次切水操作，系統(tǒng)均會(huì)自動(dòng)記錄，并進(jìn)行切水量累計(jì)；

(8)智能型。具有信號遠(yuǎn)傳、歷史記錄、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。一臺計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。能夠同時(shí)管理幾十座儲(chǔ)罐全天候的自動(dòng)切水,提高石油化工企業(yè)在切水過程中的自動(dòng)化程度；

(9)伴熱溫度自動(dòng)控制功能。通過設(shè)定伴熱溫度范圍，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)伴熱的自動(dòng)控制，即滿足了設(shè)備的運(yùn)行需要，又實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的要求；

(10)免清罐。能解決南于儲(chǔ)罐介質(zhì)中淤積物多所帶來的頻繁清罐問題；

(11)儲(chǔ)罐自動(dòng)切水設(shè)備的主要部件、控制軟件，須具有SIL認(rèn)證的要求。儀表、自控技術(shù)對儲(chǔ)罐自動(dòng)切水設(shè)備可靠性、安全性要求至關(guān)重要。

4、結(jié)語

綜上所述，解決目前石油化工企業(yè)自動(dòng)切水自動(dòng)化程度落后、切水安全無保障，達(dá)到節(jié)能、安全、環(huán)保的要求，是非常必要的，是迫在眉睫需要解決的難題。

儲(chǔ)罐自動(dòng)切水設(shè)備是實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐切水自動(dòng)化的硬件基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)罐區(qū)含油污水密閉輸送的核心設(shè)備。在設(shè)計(jì)和制造的過程中，要充分考慮到實(shí)際過程中遇到的問題，在應(yīng)用中不斷完善和提高自動(dòng)脫水器的質(zhì)量和功能，保證儲(chǔ)罐脫水安全、高效運(yùn)行。

對于儲(chǔ)罐自動(dòng)切水設(shè)備的選型及規(guī)范應(yīng)給予高度重視。以引導(dǎo)此類設(shè)備技術(shù)的正確發(fā)展。在安全環(huán)保越來越受重視的大環(huán)境下，安全可靠、功能齊全、技術(shù)先進(jìn)的儲(chǔ)罐自動(dòng)切水設(shè)備必將成為儲(chǔ)罐的標(biāo)準(zhǔn)配置。

參考文獻(xiàn)

[1]蒲健全．自動(dòng)切水器在儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)的應(yīng)用[J]．化學(xué)工程與裝備，2010(1)：98—100．

[2]郭安然．基于I)SP圖像處理的油罐切水器沒計(jì)[D]．武漢：武漢理下大學(xué)．2014．

[3]何祥宇．電容式油水界而檢測儀[J]．電子科技，2010，23(7)：103一105．

[4]葉子浩．高含水原油沉降罐智能切水器的研究[D]．西安：西安石油大學(xué)機(jī)械工程，2020．

[5]劉貴．原油儲(chǔ)罐自動(dòng)脫水技術(shù)的選擇應(yīng)用[J]．廣東化工，2016，43(8)：15—17．

[6]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建沒部．GB50160—2008石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S]．

[7]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì)．SHT 3007—2007石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[8]李東．超聲波智能脫水器在儲(chǔ)罐脫水作業(yè)中的應(yīng)用及選型研究[J]．山東化丁，2021，50(10)：125—126．

[9]閔剛，范秦，徐仕利，等．油罐切水器的選型[J]．天然氣與石油，2014，32(3)：31—33．

[10]孫楚橋，賀孝忠，龔朝兵，等．液柱諧振式自動(dòng)脫水器在煉廠原油脫水巾的應(yīng)用[J]．中外能源，2018，23(7)：77—80．

[11]閔海年．油水界面儀的研制及其應(yīng)用[J]．原子能科學(xué)技術(shù)，1999，33(5)：477—480．

[12]胡華貴．自動(dòng)切水器在油罐區(qū)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析[J]．化工能源，2017，43(9)：169—171．

[13]秦國昌．密度對質(zhì)量流量計(jì)測量原油含水率的影響[J]．儀表技術(shù)與傳感器，2004(9)：46—54．

[14]胡珍珍，賈宏禹．油罐智能切水器的研究現(xiàn)狀[J]．山東工業(yè)技術(shù)，2016(3)：263—264．

[15]張巖．LJH一01A油罐自動(dòng)切水器在延遲焦化裝置的應(yīng)用[J]．商情，2009(11)：39—39．

[16]潘武漢．儲(chǔ)罐自動(dòng)脫水器在原油脫水中的應(yīng)用[J]．油氣儲(chǔ)運(yùn)，2008，27(1)：58—59．

[17]高海．基丁電磁波法油罐自動(dòng)脫水系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D]．武漢：武漢丁程大學(xué)．2017．

相關(guān)鏈接