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1、傳感器在沉降罐的應(yīng)用背景

在采油廠，石油從油井被抽上來后先后會(huì) 有一系列的初步處理過程，就是采油廠的初步處理過程。從油井采上來的原油從下部進(jìn)入裝有水的 沉降罐，在沉降罐中一些雜質(zhì)被沉淀下來，同時(shí)脫去一部分水分，相對(duì)干凈的油就浮到沉降罐上部。隨著油的增多，就會(huì)從上部的開口處順管道流入凈化罐進(jìn)行進(jìn)一步的凈化。從凈化罐出來的油被運(yùn)走加工成各種成品油或化工產(chǎn)品。目前，油田自動(dòng)化處于起步階段。沉降罐和凈化罐的液位測(cè)量方面，由于人工測(cè)量的誤差比較大，數(shù)據(jù)換算統(tǒng)計(jì)不及時(shí)；雷達(dá)液位不能很好的解決油水界面的問題，而磁尺傳感器能夠滿足沉降罐的工況條件，而且磁致伸縮技術(shù)在油田沉降罐的液位測(cè)量已經(jīng)達(dá)到肯定，今后一定會(huì)在此領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。

2、磁致伸縮傳感器原理及發(fā)展歷史

首先我們要了解磁致伸縮效應(yīng)。磁致伸縮材料是一種鎳合金材料，被外界磁場(chǎng)磁化時(shí)，其體積或者長(zhǎng)度發(fā)生變化，這種現(xiàn)象被稱為磁致伸縮效應(yīng)。這一現(xiàn)象是磁致伸縮材料的內(nèi)部磁疇按照外界磁場(chǎng)磁化方向排列的對(duì)外的宏觀顯示。1842年，科學(xué)家James Preseott Joule發(fā)現(xiàn)了磁致伸縮效應(yīng)。1940年，磁致伸縮技術(shù)首次成功應(yīng)用于潛艇聲納測(cè)距系統(tǒng)。1960年，美國(guó)人JackTellerman向美國(guó)政府申請(qǐng)了磁致伸縮位移傳感器的專利權(quán)。磁致伸縮液位傳感器主要由磁致伸縮線（以下稱波導(dǎo)絲）、測(cè)桿、電子倉(cāng)和套在測(cè)桿上的非接觸浮子（內(nèi)裝有永久磁鐵）組成。當(dāng)傳感器工作時(shí)，電子倉(cāng)內(nèi)的電子電路產(chǎn)生一“起始脈沖”，此起始脈沖沿波導(dǎo)絲以恒速傳輸，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)沿著波導(dǎo)絲跟隨脈沖前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)該磁場(chǎng)與浮子的永久磁場(chǎng)相遇時(shí)，產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)，使波導(dǎo)絲發(fā)生扭動(dòng)。這一扭動(dòng)被安裝在電子倉(cāng)內(nèi)的拾能機(jī)構(gòu)感知并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的“終止脈沖”，通過計(jì)算“起始脈沖”與相應(yīng)“終止脈沖”之間的時(shí)間差ｔ，即可精確測(cè)出其位移量，進(jìn)而得到精確的液位值，波形。

3、沉降罐對(duì)磁尺的需求機(jī)理

沉降罐是最具代表性、廣泛性、普遍性的一個(gè)原油初步處理的功能設(shè)施，可以將含水原油進(jìn)行初步沉降分離處理，以此降低含水率。沉降罐對(duì)磁尺測(cè)量的需求是測(cè)量原油液位和油水界面兩個(gè)位置，有時(shí)候也有測(cè)量石油液位、乳化層位置和油水界面三個(gè)位置。通過沉降罐的液位測(cè)量，可以知道油層的高度、乳化層的厚度和水的高度，有利于正確投加破乳劑處理乳化層、抽水等操作，維護(hù)管理沉降罐使其處于良性運(yùn)行狀態(tài)。凈化罐是儲(chǔ)存石油的容器。石油從沉降罐流入凈化罐進(jìn)行進(jìn)一步的凈化。從凈化罐出來的油被運(yùn)走加工成各種成品油或化工產(chǎn)品。凈化罐對(duì)傳感器測(cè)量的需求是測(cè)量石油液位和油水界面。通過凈化罐的液位測(cè)量，可以知道石油的高度和水位的高度，便于排水、抽油等操作。測(cè)量環(huán)境及要求：凈化罐為原油與水混合物，要求測(cè)量油水界面、油位高度；沉降罐測(cè)量油位高度，有時(shí)需要測(cè)量乳化層位置；環(huán)境溫度為在-20～+50℃；罐內(nèi)溫度在20～60℃以內(nèi)；系統(tǒng)顯示各液位高度、界面高度，及相應(yīng)容積 ；系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定。解決上述測(cè)量問題的意義在于：逐步采替人工投尺等傳統(tǒng)測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，為 正確操作、維護(hù)與管理，優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)集輸效益最大化奠定基礎(chǔ)；保障了工作人員的身體安全，避免過多吸入有毒氣體；體現(xiàn)了油田自動(dòng)化數(shù)字化發(fā)展的趨勢(shì)。

4、沉降罐液位監(jiān)控系統(tǒng)方案介紹

油田沉降罐、凈化罐液位監(jiān)控測(cè)量系統(tǒng)，主要是液位計(jì)＋顯示系統(tǒng)。液位計(jì)方面是采用MODBUS信號(hào)輸出的柔性防腐磁致伸縮液位傳感器，再配套顯示系統(tǒng)。通常顯示系統(tǒng)放在調(diào)度室，通訊線纜采用RTU協(xié)議，經(jīng)RS485/232轉(zhuǎn)換接口轉(zhuǎn)換后和沉降罐、凈化罐相連接，連接前都經(jīng)過安全柵，保證數(shù)據(jù)傳輸和現(xiàn)場(chǎng)的安全要求。

5、典型應(yīng)用案例分析

5.1 使用背景

按著油田的規(guī)定，白天每?jī)蓚€(gè)小時(shí)由值班人員向中心匯報(bào)兩種罐中的油量情況，晚上則是四小時(shí)匯報(bào)一次。這樣，不管什么樣的天氣狀況，值班員都要上到罐頂用測(cè)量尺對(duì)油罐的液位進(jìn)行測(cè)量，換算出油量的多少，而且在進(jìn)行人工投尺的過程中，測(cè)量口冒出的刺激性氣體對(duì)人體有害。從測(cè)量的角度來講，人工測(cè)量的誤差比較大 （一般兩個(gè)厘米左右），數(shù)據(jù)換算統(tǒng)計(jì)不及時(shí)。為了解決以上各種問題，我們采油廠引進(jìn)了雷達(dá)液位自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，但由于該液位傳感器不能很好的解決油水界面的問題，加之穩(wěn)定性不是很好，最終選擇了能解決以上一系列問題的柔性磁尺。

5.2 系統(tǒng)介紹

對(duì)于沉降罐采用兩浮球分別測(cè)量油水界面和油的液位。對(duì)于凈化罐采用一個(gè)浮球測(cè)量油的液位，同時(shí)根據(jù)各個(gè)罐對(duì)溫度點(diǎn)的測(cè)量的要求，在磁尺內(nèi)安裝相應(yīng)數(shù)量的溫度傳感器。通訊方面采用modbus（RTU）協(xié)議，經(jīng)RS485/232轉(zhuǎn)換后浸入計(jì)算機(jī)，保證在數(shù)據(jù)長(zhǎng)距離傳輸中的穩(wěn)定性。對(duì)電源和信號(hào)線都通過安全柵以加強(qiáng)安全防護(hù)。我們系統(tǒng)軟件采用的是拿度的TH 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。軟件豐富的功能方便客戶對(duì)整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和管理。

傳感器主要技術(shù)參數(shù)：①測(cè)量參數(shù)：沉降罐：原油油位和油水界面；凈化罐：原油油位；②浮球：沉降罐2個(gè)、凈化罐1個(gè) ；③工作電壓：24VDC；④量程：根據(jù)實(shí)際罐高來確定（現(xiàn)場(chǎng)是7-12ｍ量程）；⑤輸出形式：數(shù)字EIA485（MODBUS 協(xié)議；⑥測(cè)量精度：＜0.05%F.S；⑦工作溫度：-40～+85℃；⑧安全認(rèn)證:ExiaIIBT5。

6、沉降罐領(lǐng)域應(yīng)用分析

采油廠油品測(cè)量關(guān)鍵點(diǎn)在于解決油水界面的測(cè)量問題，目前從各種液位傳感器的比較來看，雷達(dá)、超聲波等都難具備此情況的解決能力，磁致伸縮液位傳感器成為最為理想的選擇。為了應(yīng)對(duì)油田各種工況下的考驗(yàn)，更好地適用于油田領(lǐng)域的液位測(cè)量要求，磁致伸縮液位傳感器還必須滿足以下要求：①解決傳感器防腐問題：產(chǎn)品具有防腐特征，保證傳感器的外表完整性。②電路抗惡劣環(huán)境性能提高：特別是針對(duì)抗信號(hào)端的浪涌信號(hào)采取雷擊措施，保證了傳感器在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性。③配套儀表穩(wěn)定一致：儀表與傳感器在長(zhǎng)距離通信或者多罐連接通信穩(wěn)定，保證了數(shù)據(jù) 傳輸?shù)目煽啃浴?/span>