颠覆传统测量拒绝深不可测

本文内容由Magnetrol公司提供 。

Magnetrol®多相物位分析仪测量所遇问题分析及解决方案——通过Magnetrol®Genesis TDR多相物位分析仪可以测量带有乳化层的油和水混合工况。Genesis是一种强大的且具有成本效益的解决方案，单个仪表就能够同时测量总液位、乳化层顶部、乳化层底部和沉积物。

多相物位测量普遍存在于整个过程工业中，尤其是各类石油天然气和石化行业，因为它可以从有效的水和碳氢化合物分离中获得价值。虽然液位仪表在测量各种液体方面已经取得了长足的进步，但多相液位测量通常被认为是当今存在的最大挑战和机遇。根据国外可靠性数据，超过一半的分离器失效模式是由液位仪表造成的。

虽然仪表制造商已经在测量多相物位方面做出了相当大的努力，但直到现在才有一种基于TDR的具有性价比的多相物位分析仪能够被广泛使用。

乳化层的挑战

当互不相溶的液体停留在同一个容器中，较轻的介质会升到顶部，较重的介质会沉在底部，这就是油水分离工况，如图1所示，有效的分离对上游油井、加工厂和炼油厂/石化厂的生产力至关重要。

带有乳化层的油和水混合工况被广泛认为是最困难的界面控制类型。厚的或动态的乳化液层对于广泛应用的导波雷达技术会带来挑战。

多相TDR技术的Genesis

导波雷达是一种结合时域反射技术（TDR）和等效时间采样的微波雷达设备。综合这些技术创造一个高速的导波雷达变送器可以非常有效地追踪测量分离器的顶部液位以及界面，特别是当两种液体之间存在一个相对明显的边界时。然而，随着乳化层的增长，导波雷达倾向于测量乳化层的顶部，即使是油中含有非常少量水也是这样，比如在乳化层的顶部。

随着基于TDR的液位仪表的技术增长，人们强调将TDR的使用扩展到多相应用中，目前主要使用的是昂贵的轮廓分析或多探杆阵列。此时需要一种创新的方法来利用基于传统TDR技术发射器的优势，同时改进设计，以补偿较厚的乳化层和潜在的沉积物物位。

于是Magnetrol®发明了一种命名为Genesis®的新的TDR多相物位分析仪如图2所示, 用于动态追踪测量厚乳化层和沉积物物位。该测量方式是通过探杆向下发送高频能量来检测上层液位的同时，通过将能量沿探杆返回来测量其他不同的液位/物位来实现的。

这种“自上而下”和“自下而上”测量的独特（和专利）组合，加上复杂的软件算法，使通过容器上的一个开口测量总液位、乳化液的顶部、乳化液的底部和沉淀物成为可能。

从用户的角度来看，这种新的多相物位分析仪与传统的基于两线制供电的TDR仪表之间存在固定的差异，其中之一便是更高的功耗，可以完成多达4种测量，如图3所示。

与其他那些与工艺直接接触相关的技术一样，探杆是Genesis优秀性能的关键因素。探杆的范围将从大直径同轴到一个全新的Pentarod设计。Pentarod是一个5杆式探杆，4个参考杆围绕在PFA涂层的有源中心探杆，如图4所示。

5杆式探杆集中的信号产生了类同轴性能，更棒的是它有一个“开放”的设计，更不容易受到介质挂料或搭桥影响产生测量误差。PFA涂层的中心探杆，厚涂层除了提高抵抗力外，也减少了脉冲在水中传播时的能量损耗。

Genesis建立在GWR如今技术基础上的自诊断，可以主动监测探杆上的挂料，使操作者能够简化维护和减少停机时间。此外，在上游分离器中，当砂粒/沉积物达到指定液位时，还可以设置报警，主动避免意外停机。

案例研究——ED1在炼油厂除盐器上的安装使用

应用

在位于美国东部的一家炼油厂，一台配有269.2 cm（106英寸）长的五杆式探杆的Genesis™多向物位分析仪与FISHER扭力管浮筒液位计在直径33.0 cm（13英尺）的除盐器装置上进行了监测和比较。除盐是炼油厂中非常重要的工艺流程之一，除盐装置可以去除介质中的盐分及残留的游离水，为了取得最佳效率，在此应用中，需要保持界面液位恒定不变 ，以防止游离水接触除盐电极，从而造成高昂的损失，对于界面液位必须做到足够精确的控制，这是一项挑战。

测试结果

经过与侧面取样的就地可视设备显示值对比确认，扭力管式浮筒液位计测量误差高达20%。

3周后，容器内发生了一次剧烈的工况变动，导致扭力管变送器失效，致使不能再读取低于70%液位数据。在浮筒液位计发生故障的这一阶段，证实容器内油介质上部确实有水（通过侧面的可视装置的显示值，以及后期通过查看ED1 DTM显示的水的百分比确认），不需要检修清洗容器和浮筒为客户能够节省数千美元，并节省了大量工作。尤其在使用ED1控制液位3周后，发现得到的结果依然是非常积极的，客户通过ED1已经可以做到对除盐器的界面液位进行精确的控制，多相物位分析仪ED1-210B-310如图5所示。

结论

这些都是立竿见影的结果，而随着时间的推移，得益于对乳化物等介质液位的精确检测控制，在减少对下游管道/设备的腐蚀和结垢方面将获得更大的回报。此外，液位控制的定位点由浮筒液位计的15%～20%提高到ED1的1%～2%，这种液位控制水平的提高使时间成本（设备维护维修周期）和经济成本（化学添加剂）两方面都受益。下一步将在原扭力管浮筒液位计处安装更长的ED1探头设备，使其更靠近容器的底部，从而可以更早地进行砂粒探测。掌握了砂粒位置，可以根据实际情况适时地进行停机检修清理，代替了盲目的6个月固定周期的停机检修计划。必须注意的是，并不是所有的除盐器都会出现砂粒累积的现象，不过，许多分离器确实会出现沉淀物/砂粒，这种设备在各种层面上可以增强对沉淀物/砂粒的可见性。●