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)驗的工人師傅。對于剛開采出的原油需要進行初步沉降過程，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，最后達到初步油水分離的目的。目前常規(guī)的方法是在儲罐底部專設一脫水閥門，由人工進行脫水。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，物理原理,判斷沉降效果，不但降低了油水分離的效率和準確度,更重要的是需要人員實時在現(xiàn)場進行觀察記錄排水，因為含水原油中富含大量礦化元素，具有極強腐蝕性，同時,切水口散發(fā)也會散發(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。手動切水操作質(zhì)量的好壞完全依耐于操作人員的經(jīng)驗、責任心。

但到目前為止，油品在生產(chǎn)過程巾會混入一些水和雜質(zhì)。為保證油品質(zhì)量，必須將儲油罐內(nèi)明水切除到規(guī)定的標準。因此,儲罐切水人工操作不僅是石化企業(yè)自動化的空白點，也是操作信息的盲區(qū)。同時，儲罐人工手動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物氣體聚集,其濃度可達到爆炸極限，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強度。應用可靠的自動切水設備設備替代人T操作，實現(xiàn)儲罐切水自動化既是石化企業(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責任。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罐自動切水相關(guān)的設計規(guī)范(參見GB501600—2008、SH／T3007—2014、SH3095—2000)及設計標準，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“對于需要切水的儲罐宜安裝自動切水設備[6-7]。為了實現(xiàn)儲罐切水自動化，國內(nèi)眾多科研單位及企業(yè)對儲罐切水設備的核心技術(shù)進行了大量研究,先后向市場推出了不同原理及結(jié)構(gòu)的儲罐自動切水設備[8-9]。

1、自動切水器的發(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)逐步向自動化方向邁進。隨著技術(shù)的不斷進步，人們研發(fā)出了各種類型的自動脫水裝置，用以完成成品油罐脫水作業(yè)，因此油罐自動切水器的產(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切水設備

此類設備有機械浮球式(機械浮球+電子傳感器)、諧振密度計式、微波式、電容式／電磁式、射頻導納式等不同原理的自動切水設備。

1.1.1機械浮球式自動切水設備

該類自動脫水設備是利用“阿基米德原理”，事先將浮球的密度設定為油、水的平均密度。當儲罐內(nèi)的水進入自動脫水設備的容器內(nèi)時，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，浮球自動上升，浮球帶動相關(guān)機構(gòu)打開出水口，儲罐內(nèi)的水經(jīng)過自動脫水設備排出儲罐。當儲罐內(nèi)的油進入到自動脫水設備的容器內(nèi)時，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\動，帶動相關(guān)機構(gòu)關(guān)閉出水口，儲罐切水過程結(jié)束。此類設備是最早用于石化企業(yè)儲罐自切脫水的，也是目前各石化企業(yè)安裝數(shù)量最多的儲罐自動切水設備。

該類型設備的優(yōu)點是不需電源和氣源、設備運行期問沒有動力消耗，而且制造成本低廉。缺點包括：

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

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

(3)不具備操作記錄實時卜傳功能。

依據(jù)機械浮球理論及大量現(xiàn)場實例驗證，機械浮球式自動脫水設備不適用于原油、污油等介質(zhì)密度變化大、介質(zhì)雜質(zhì)易結(jié)垢的儲罐。南于機械浮球式自動切水設備沒有操作信息記錄及遠傳、報警等自動化、智能化功能，機械浮球式自動切水設備不是真正意義上的自動化設備。

1.1.2諧振密度計式自動切水設備

該類自動脫水設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。諧振密度計的振動元件的諧振頻率一般低于2 000 Hz。該類型設備的優(yōu)點包括：

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

(2)可以對混合液進行實時監(jiān)測，進行連續(xù)切水；

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

缺點主要包括：

(1)傳感器振動元件不能結(jié)垢，周邊環(huán)境不能有振動；

(2)傳感器振動元件安裝處介質(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)比較復雜，因此后期清理及維修費用較高。

依據(jù)大量現(xiàn)場實例驗證，諧振密度計式自動切水設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、污油類儲罐。

1.1.3電容、電磁、微波類自動脫水設備

該類是依據(jù)油水電容、電磁、微波差異進行油水檢測類的自動脫水設備，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。該類型設備的優(yōu)點是更高效且節(jié)能環(huán)保、占地面積較小。缺點主要包括：

(1)當所測介質(zhì)金屬離子濃度發(fā)生變化時，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)垢會導致傳感器的零點漂移，使得控制器無法區(qū)分引起傳感器測量值變化的原兇。此類自動脫水設備只能應用于介質(zhì)純凈雜質(zhì)少的輕油儲罐。

綜上所述，油水檢測傳感器與被測介質(zhì)接觸式自動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、多長時間需要清洗一次無法確定。該類型設備不適用于雜質(zhì)含量高的原油、污油等儲罐。只能用于介質(zhì)純凈的輕質(zhì)油儲罐，而且需要不定期的對油水檢測傳感器進行清理維護[10-13]。

1.2油水檢測器與傳感器非接觸型自動切水設備

此類設備有超聲波式、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，低能放射線式自動脫水設備的推廣和使用存在岡難，再次不做過多介紹了。

其中，超聲波式自動切水設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，準確識別儲罐及管道內(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。超聲波自動脫水設備的優(yōu)點有：(1)超聲波具有油水識別準確、動態(tài)精度高的特點；(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備；(3)超聲波自動脫水設備能夠長期穩(wěn)定、免維護運行的理論基礎等等。

因此，超聲波儲罐自動切水設備不僅解決了目前人工手動切水所帶來的勞動強度大、油品浪費、環(huán)境污染、安全隱患等問題，進一步提高生產(chǎn)效率，節(jié)約企業(yè)運行成本，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、危險的操作環(huán)境中解放?來。此類自動脫水設備不儀適用于雜質(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)儲罐的A動脫水[14-15]。

2、影響自動切水設備不能正常運行的主要原因

實際運行過程巾，發(fā)現(xiàn)對于介質(zhì)純凈，成分單一雜質(zhì)少的輕介質(zhì)儲罐，既可以選用傳感器與介質(zhì)非接觸型自動脫水設備，也可以選用傳感器與介質(zhì)接觸型自動脫水設備。如果考慮到傳感器的維護，建議選用油水檢測傳感器與介質(zhì)非接觸型的自動脫水設備。對于雜質(zhì)多、成分變化大的重介質(zhì)(原油、污油、蠟油等)儲罐，應選用非接觸式油水檢測傳感器自動切水系統(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)蠟導致傳感器的零點漂移及靈敏度下降，使得自動切水設備拒絕切水或跑油。 介質(zhì)金屬離子濃度的變化導致傳感器的零點漂移，使得自動切水設備拒絕切水或跑油。

2.2自動切水設備配置不當

(1)自動切水設備沒有配置自動強制同油及伴熱功能；

(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罐，如果自動切水設備沒有配置強制同油及伴熱功能，自動切水設備在運行中會出現(xiàn)由于切水罐內(nèi)的油與儲罐內(nèi)的水的交換遲緩甚至停止交換，而導致自動切水設備的等待時間過長，不能滿足切水工藝效率要求；

(3)自動切水設備回油方法不當；

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

(5)在實際生產(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脫水器，經(jīng)過一段時間運行后，往往會發(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，脫水器跑油情況。

3、石油化工儲罐自動切水系統(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切水設備切水器,它們的應用對石油化工企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)和自動化水平的提高，無疑是一項重要的貢獻。它既解決了石化行業(yè)儲罐切水靠人工操作、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、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)展與儲罐切水落后相矛盾的局面，必須突破傳統(tǒng)設計理念，開發(fā)與介質(zhì)非接觸、智能型(信號遠傳、事件記錄、傳感器冗余配置、故障安全型)、能長期安全、穩(wěn)定運行的自動切水系統(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]。高效的自動切水系統(tǒng)應該至少具備以下特點和功能：

(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)，保障儲罐切水過程巾的安全,避免由于誤動作造成的“跑油”事故；

(4)故障安全型。在失電、失氣時，系統(tǒng)會自動關(guān)閉切水閥門。當切水閥門?現(xiàn)故障時，后臺計算機監(jiān)控系統(tǒng)會發(fā)出報警信號，同時關(guān)閉安全閥門，以防止“跑油”事故；

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

(6)具有故障自診斷功能。當傳感器、智能控制器、通訊、閥門等出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會產(chǎn)生報警信號，并進行歷史記錄；

(7)具有動作及切水量記錄功能。每次切水操作，系統(tǒng)均會自動記錄，并進行切水量累計；

(8)智能型。具有信號遠傳、歷史記錄、遠程監(jiān)控等功能。一臺計算機監(jiān)控系統(tǒng)。能夠同時管理幾十座儲罐全天候的自動切水,提高石油化工企業(yè)在切水過程中的自動化程度；

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

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

(11)儲罐自動切水設備的主要部件、控制軟件，須具有SIL認證的要求。儀表、自控技術(shù)對儲罐自動切水設備可靠性、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)自動切水自動化程度落后、切水安全無保障，達到節(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。

儲罐自動切水設備是實現(xiàn)儲罐切水自動化的硬件基礎，也是實現(xiàn)罐區(qū)含油污水密閉輸送的核心設備。在設計和制造的過程中，要充分考慮到實際過程中遇到的問題，在應用中不斷完善和提高自動脫水器的質(zhì)量和功能，保證儲罐脫水安全、高效運行。

對于儲罐自動切水設備的選型及規(guī)范應給予高度重視。以引導此類設備技術(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)先進的儲罐自動切水設備必將成為儲罐的標準配置。

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