摘 要 基于微波能量吸收技术的Agar界位计可利用油和水介电常数不同，在探针顶端天线发射一个高频低功耗能量，检测天线周围介质所吸收的能量，产生与油中水含量成线性关系的模拟量，并转换输出4～20mA信号。同时给出变送器的罐外离线校准方法。通过两种仪表的测量曲线对比可以看出：微波界位计测量更加灵敏，满足工艺控制要求。
关键词 微波界位计 渣油加氢 油水界位
某炼油厂每年400万吨渣油加氢装置采用美国炼油工艺包专利技术，冷低分油水分离罐采用卧式罐，使用两台外沉筒液位计测量重油与水的界位，用于脱水控制。自2014年开工以来，一直存在界位测量不准的问题。虽对浮筒界位计多次排污、重新灌水标定，仪表还是经常显示超量程。大多数时间都要靠操作人员凭经验手动控制阀门来调节界位，导致脱出的污水带油，该界位成了生产的一大难题。脱水控制实际是尽量降低水洗水中的含油量，笔者推荐应用一种新型仪表，通过不同介质的介电常数差异原理，测量渣油中水的含量，达到精确分离效果的测量与控制。
1 冷低分界位计现状
1.1 冷低分工艺流程说明和浮筒液位计现场安装情况
减压渣油经加氢反应和热高分、冷高分后，50℃的渣油进入低分罐顶部，水洗用原水从冷低分罐下部注入罐内，混合后通过破沫网到隔油板前，上部重油介质溢过隔油板，而水被隔油板阻挡，从底部排水口排出。期望以此设计结构，达到油水分离的效果。浮筒液位计在冷低分罐上的安装位置如图1所示，浮筒测量口在破沫网和隔油板之间的器壁上开孔，上、下测量口间距是356mm。
1.2 浮筒液位计存在的问题
从低分罐器壁的测量口出来后经过配管，安装两台外浮筒液位计用于测量界位，分析测量不准的原因有以下4点：
a. 冷低分为卧罐型式，下部没有脱水包，浮筒液位计测量范围窄(356mm)，无法清晰分层。
b. 油、水密度差为0.114g/cm3，密度差小，所用的浮筒界位计量程小，导致测量波动大。
c. 罐内工况复杂。罐内介质为重油、酸性水、H2S，同时油水存在乳化夹带，对测量造成干扰。
d. 浮筒安装在引出管线上，连通管中渣油凝点低，易冷凝，使得测量滞后，无法真实反映罐内介质变化情况。
2 冷低分界位计的选择与原理
2.1 冷低分界位计的选择
用于测量界位的常规仪表有浮筒液位计、双法兰液位计及磁致伸缩液位计等，但这类仪表无法解决油水不能分层、粘度大、密度差小、气液两相问题。即使选用内浮筒也很难解决上述问题。微波界位计因为工作原理比较特殊，适用于该场合。采用直接插入罐内安装方式，直接接触介质，可以更准确地进行测量。
2.2 微波界位计的工作原理
Agar ID-201型界位计的工作原理是基于微波能量吸收技术。探针顶端天线发射一个高频低功耗能量，检测范围是尖端天线周围的球型区域，部分能量被天线周围的介质吸收，产生一个与吸收率相关的模拟信号。水吸收大部分信号，油吸收相对较小部分的信号，根据被介质吸收的信号量得出油中水的浓度，根据检测球形区域的油水浓度，输出4～20mA电流信号。仪表的结构如图2所示。
图1 冷低分罐结构
图2 微波界位计结构示意图
基于测量油水混合物(乳化物)的复合介电常数Em，通过Bruggeman方程得到含水率W公式：
W=1-
式中 Eo——油的介电常数，Eo=2～3；
Ew——水的介电常数，Ew=78。
从公式中可以看出油中水的含量与介电常数成线性关系，通过放大电路，将水含量转换为4～20mA信号输出。
3 微波界位计的应用
3.1 微波界位计的安装
微波界位计在冷低分上的安装示意图如图3所示，探针总长度为108英寸(1英寸=25.4mm)，发射天线长16英寸，探针插入罐内的长度为80英寸。探针的天线尖端与现场原有的浮筒界位计的下沿对齐，原有的浮筒界位计上下沿高度为356mm。探针是通过法兰安装的，探针杆的末端穿过法兰，确定好探针的插入长度后，锁紧法兰上的锁紧螺帽，固定探针，再将变送器安装到探针杆上端。
3.2 微波界位计的调试
Agar ID-201型界位计探针的校准方式有两种：罐内校准和罐外校准，笔者给出罐外校准的方法。罐外校准要用到两个铁桶，一个铁桶装满纯油，即与罐内相同介质的油品，常温下应做密度修正；一个铁桶装满新鲜(原)水。铁桶要足够高，可以淹没探针的发射天线，探针浸在油桶中标定零点，水桶中标定满度。校准过程中探针天线不能接触桶底或者桶壁。此仪表可以用HART手操器校验，具体校验步骤略去。
3.3 应用效果对比
仪表投用后，同时观察原浮筒界位计和微波界位计的测量曲线(图4)。从测量曲线上看，浮筒液位计其中一台一直显示满量程，另一台界位从96.00%缓慢下降到90.35%，而同时间的微波界位计的测量值在57%左右，曲线呈锯齿状，说明微波界位计的测量比浮筒液位计更为灵敏。微波界位计控制回路投入自动控制切水阀，运行稳定，采出的油样和水样分层清晰，满足工艺控制的要求。
图3 微波界位计在冷低分上的安装示意图
图4 浮筒界位计(130LIC2011A、B)和微波界位计(130LIC2011C)测量趋势对比
4 结束语
微波式油水界位计已在渣油加氢装置的重油分离脱水的油水界面测量上得到成功应用，并实现了油水界位的自动控制，其控制方差在±5%以内，满足工艺环保和节能指标要求。此种仪表无可动件、校验方便、维护量小且寿命长，缺点是进口产品价格较高。另外，由于原油的密度和粘度小于渣油数值，所以该仪表还可用于原油罐脱水和电脱盐界位的测量。
