在石油化工行業(yè)罐區(qū)的日常操作中，罐區(qū)油罐切水是一項(xiàng)重要工作。原油在開采、運(yùn)輸、裝卸過程中都會不可避免地帶進(jìn)水，需定期排放介質(zhì)中的水分，達(dá)到生產(chǎn)要求。在煉油過程中，成品油也會因加工工藝的原因，不可避免地帶水，切水后才能出廠銷售。
近年來，石油化工企業(yè)主罐區(qū)輕質(zhì)油儲罐的切水基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動化操作，但原油因?yàn)橛衅涮厥庑?，目前主要還靠人工完成罐區(qū)原油儲罐的切水工作。人工切水勞動強(qiáng)度大，切水帶出的有毒氣體會對人體造成一定的傷害，人工切水時(shí)，需要專人看管，而且見到介質(zhì)時(shí)才知道排放干凈，對環(huán)境有一定污染，也增加了污水凈化成本，如果是易燃易爆的介質(zhì)則存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)。并且油罐切水的可靠性完全建立在操作工的責(zé)任心上，滿足不了當(dāng)今石油化工行業(yè)綠色、環(huán)保、安全排放的要求。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，迫切需要一種操作可靠的原油自動切水設(shè)備，以減輕工人勞動強(qiáng)度，避免有毒有害氣體對人體造成傷害等，這就催生了對原油自動切水設(shè)備的需求。
1 罐區(qū)目前切水設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)況
近年，隨著技術(shù)的進(jìn)步，為了實(shí)現(xiàn)石油化工行業(yè)罐區(qū)油罐的自動化切水操作，國內(nèi)廠家研發(fā)出了各種自動切水設(shè)備。
在罐區(qū)油罐切水中，需要檢測的是水中的油含量，自動化切水設(shè)備能否成功應(yīng)用的最主要因素就是油、水檢測傳感器的選擇。選擇的依據(jù)是測量介質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)。成品油等輕質(zhì)油罐的油品品種單一，性質(zhì)相對穩(wěn)定，污染小，并且油水密度相差較大，粘度小，針對這類介質(zhì)的性質(zhì)，利用機(jī)械浮球原理設(shè)計(jì)的自動切水設(shè)備，基本解決了成品油等輕質(zhì)油儲罐的自動切水問題。
相比之下，原油儲罐情況就復(fù)雜得多。原油品種多，性質(zhì)復(fù)雜，密度變化大，并且有些原油密度與水相近，用機(jī)械浮球的原理無法判斷油水界面。同時(shí)，原油粘度較大，并且原油中含有多種膠質(zhì)、雜質(zhì)，容易對檢測傳感器產(chǎn)生污染，使油水界面檢測失靈。
因此，基于油與水密度差異、電導(dǎo)率差異、介電常數(shù)差異、導(dǎo)光性能差異、導(dǎo)熱系數(shù)差異、微波吸收能力差異、比熱差異、超聲方法、熱值差異、粘度差異等原理設(shè)計(jì)的原油自動切水設(shè)備，由于原理的局限性和結(jié)構(gòu)的缺陷，不能很好地解決罐區(qū)原油儲罐自動切水問題。石油化工行業(yè)迫切需要一種切水質(zhì)量好、可靠性高、易于操作、通用性強(qiáng)的儲罐自動切水設(shè)備，不僅可以用于普通輕介質(zhì)儲罐，更要能適用于原油、渣油等黏稠介質(zhì)的儲罐，從而提高原油罐區(qū)自動化水平，豐富管理手段，提高管理水平。
2 原油儲罐自動切水裝置設(shè)計(jì)目的
完全遵照現(xiàn)有石化行業(yè)防爆規(guī)范設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自動化，油中有水自動切，做到有效介質(zhì)零排放，只排水不排油，獨(dú)立完成切水工作。
儲罐設(shè)備是虹吸式排水管道的，實(shí)現(xiàn)自動回油控制，不需要人工干預(yù)。
切水設(shè)備能在任何環(huán)境條件下（刮風(fēng)下雨、嚴(yán)寒酷暑、白天黑夜）工作，連續(xù)切水，切水速度快，減少原油在罐中停留時(shí)間。
切水設(shè)備現(xiàn)場施工簡單，安裝調(diào)試周期短。
3 自動切水撬裝裝置設(shè)計(jì)方案
罐區(qū)原油儲罐的自動切水要長期、有效、穩(wěn)定工作，解決以下兩個(gè)現(xiàn)場的實(shí)際問題：
（1）傳感器被污染而影響測量準(zhǔn)確性。被測原油介質(zhì)的黏稠、腐蝕等特性對傳感器的測量精度影響極大。油水識別檢測傳感器受到介質(zhì)污染，檢測精度就會隨之變化，易造成閥門誤動作及跑油等惡性事故。本切水系統(tǒng)中，檢測傳感器采用了矩陣式微電容射頻巡檢處理和介質(zhì)溫度補(bǔ)償?shù)认冗M(jìn)技術(shù)，切水罐內(nèi)的雜質(zhì)、油泥會在切水過程中隨水一起排出，不會在切水器內(nèi)沉積，解決了傳感器被污染的問題。
（2）回油問題。罐區(qū)油品介質(zhì)儲罐的切水口形式分兩種：直排式切水口和虹吸式切水口。直排式切水口進(jìn)到切水器的油能原路返回到油罐。對于采用虹吸切水管的儲罐，儲罐內(nèi)的沉積水無法再次排放，自動切水撬裝設(shè)備利用周轉(zhuǎn)罐將滯留在切水管道或切水罐內(nèi)的少量油品推回到儲罐內(nèi)，解決回油問題。
3.1 自動切水撬裝裝置組成
下面介紹一套安全、智能的新型原油切水撬裝裝置的設(shè)計(jì)。撬裝裝置是設(shè)備框架和設(shè)備整體組合的一種形式，將切水所需的所有設(shè)備（容器、儀表及附件、閥門、開關(guān)、周轉(zhuǎn)泵等為整體連接）固定在一個(gè)角鋼或工字鋼制成的底盤上，移動、就位可以使用起重設(shè)備完成。撬裝設(shè)備是安裝好了的一個(gè)整體式集合，與儲罐排水口法蘭連接時(shí)，無需再在中間安裝閥門、儀表等設(shè)備，只需用管線聯(lián)通即可。
切水撬裝設(shè)備PID圖如圖1所示，其主要由檢測傳感器、切水控制系統(tǒng)、切水罐、周轉(zhuǎn)罐、氣動切水閥、回油閥、周轉(zhuǎn)泵、電磁流量計(jì)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等組成。
切水撬裝裝置的控制系統(tǒng)由檢測儀表、PLC及電氣控制部分等組成，在北方寒冷環(huán)境下，裝置冬天需要加熱，防止油品凝結(jié)，影響脫水效果。加熱時(shí)，需控制好溫度。切水完成后，切水罐底部是水，上部是油，采用蒸汽管對水進(jìn)行加熱，溫度過高時(shí)，沸騰的水會產(chǎn)生蒸汽，對上部的油進(jìn)行“汽提”，帶走全部輕組分，剩下的重組分將會形成更多的油泥，甚至結(jié)焦;溫度過高也容易在切水罐底部產(chǎn)生結(jié)晶鹽?，F(xiàn)場沒有蒸汽時(shí)，可以用電伴熱方式進(jìn)行加熱。如果罐區(qū)現(xiàn)場有90 ℃左右的熱水，用熱水加熱最合適。
自動切水撬裝裝置中周轉(zhuǎn)回油泵的揚(yáng)程，要根據(jù)原油儲罐的高度換算的大氣壓力和儲罐切水口至切水撬裝裝置切水罐之間管道口徑、長度等換算出的壓力進(jìn)行選擇。周轉(zhuǎn)泵的揚(yáng)程壓力要大于兩者壓力之和的1.3倍，以利于周轉(zhuǎn)泵將回油罐內(nèi)的介質(zhì)通過切水罐輸送回原油儲罐。同時(shí)，周轉(zhuǎn)泵在撬體上的安裝需要做防噪處理，保證整個(gè)切水撬裝裝置的噪聲控制在要求的80 dB之下。
撬裝裝置控制系統(tǒng)帶有防爆觸摸顯示屏，在現(xiàn)場可直接觀察到切水的工作狀態(tài)，可直觀顯示切水過程、所有儀表運(yùn)行參數(shù)和切水的流程狀態(tài)，在現(xiàn)場可用遙控器直接調(diào)整工作參數(shù)。切水實(shí)現(xiàn)全自動[1]，系統(tǒng)運(yùn)行后不需要人工干預(yù)，按預(yù)定程序完成切水工作。主要操作畫面如圖2所示。
3.2 自動切水控制邏輯
對于直排式切水口，切水罐上部安裝的傳感器判斷檢測到儲罐流入的介質(zhì)是水，且設(shè)定的沉降時(shí)間到，PLC發(fā)出信號驅(qū)動氣動切水閥打開，系統(tǒng)開始切水;切水過程中，如傳感器檢測到是油或到達(dá)了設(shè)置的最大切水時(shí)間，切水系統(tǒng)發(fā)出信號驅(qū)動氣動切水閥關(guān)閉，系統(tǒng)停止切水，完成切水過程。自動切水邏輯如圖3所示。
檢測為油流程如圖4所示。
對于虹吸式切水口，撬體增加了周轉(zhuǎn)罐，通過控制周轉(zhuǎn)泵，利用周轉(zhuǎn)罐將切水過程中進(jìn)入脫水管道和二次切水罐內(nèi)的油品送回到原油儲罐內(nèi)。為維持周轉(zhuǎn)罐內(nèi)氣壓平衡，確保儲罐在超壓或真空時(shí)不被破壞，且減少罐內(nèi)介質(zhì)損耗，周轉(zhuǎn)罐上部安裝一臺阻火呼吸閥。
傳感器檢測到油，停止脫水后，啟動回油系統(tǒng)，先將脫水器上部和虹吸管中回油口的油存儲在回油系統(tǒng)中，原油儲罐中的水再次進(jìn)入切水罐，又開始切水。切水罐傳感器再次檢測到油，停止脫水，先將存儲在回油系統(tǒng)中的油打回原油儲罐，騰空回油系統(tǒng)，再將切水罐上部和虹吸管中的油存儲在回油系統(tǒng)中，油罐中的水再次進(jìn)入切水罐，又開始切水。啟動回油系統(tǒng)后，還是檢測不到水，說明原油儲罐中的水已經(jīng)脫完。然后，每2 h（時(shí)間可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況設(shè)定或系統(tǒng)自整定）控制周轉(zhuǎn)泵啟動一次回油系統(tǒng)，檢查原油儲罐中是否有水。
周轉(zhuǎn)泵控制流程如圖5所示。
現(xiàn)場自動切水撬裝裝置的控制系統(tǒng)通過RS485與罐區(qū)集控中心的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。操作人員可遠(yuǎn)程監(jiān)視現(xiàn)場的切水狀況，也可以遠(yuǎn)程控制切水閥的開與關(guān)，同時(shí)也可根據(jù)需要，隨時(shí)對各類參數(shù)、運(yùn)行模式進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)切水閥、切水PLC控制系統(tǒng)、傳感器、通信、失電等出現(xiàn)故障時(shí)，后臺監(jiān)控系統(tǒng)能及時(shí)報(bào)警，提醒操作人員及時(shí)處理。
切水撬裝裝置在排水口安裝了電磁流量計(jì)，將切水流量累積后發(fā)給后臺計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)軟件對數(shù)據(jù)分析、運(yùn)算可以獲取更多原油生產(chǎn)管理的有價(jià)值信息。通信示意圖如圖6所示。
切水罐上部安裝兩個(gè)傳感器，采用二選二安全控制模式，只有在兩個(gè)傳感器均檢測到是水時(shí)，系統(tǒng)才會打開切水閥門，任何一個(gè)傳感器檢測到水中油含量超標(biāo)時(shí)，立即關(guān)閉切水閥，切水撬裝裝置為故障安全型，任何故障系統(tǒng)都會關(guān)閉閥門，停止切水并報(bào)警提示，保證系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行。
