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Magnetrol?多相物位分析儀測(cè)量所遇問(wèn)題分析及解決方案——通過(guò)Magnetrol?Genesis TDR多相物位分析儀可以測(cè)量帶有乳化層的油和水混合工況。Genesis是一種強(qiáng)大的且具有成本效益的解決方案，單個(gè)儀表就能夠同時(shí)測(cè)量總液位、乳化層頂部、乳化層底部和沉積物。

多相物位測(cè)量普遍存在于整個(gè)過(guò)程工業(yè)中，尤其是各類石油天然氣和石化行業(yè)，因?yàn)樗梢詮挠行У乃吞細(xì)浠衔锓蛛x中獲得價(jià)值。雖然液位儀表在測(cè)量各種液體方面已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但多相液位測(cè)量通常被認(rèn)為是當(dāng)今存在的最大挑戰(zhàn)和機(jī)遇。根據(jù)國(guó)外可靠性數(shù)據(jù)，超過(guò)一半的分離器失效模式是由液位儀表造成的。

雖然儀表制造商已經(jīng)在測(cè)量多相物位方面做出了相當(dāng)大的努力，但直到現(xiàn)在才有一種基于TDR的具有性價(jià)比的多相物位分析儀能夠被廣泛使用。

乳化層的挑戰(zhàn)

當(dāng)互不相溶的液體停留在同一個(gè)容器中，較輕的介質(zhì)會(huì)升到頂部，較重的介質(zhì)會(huì)沉在底部，這就是油水分離工況，如圖1所示，有效的分離對(duì)上游油井、加工廠和煉油廠/石化廠的生產(chǎn)力至關(guān)重要。

帶有乳化層的油和水混合工況被廣泛認(rèn)為是最困難的界面控制類型。厚的或動(dòng)態(tài)的乳化液層對(duì)于廣泛應(yīng)用的導(dǎo)波雷達(dá)技術(shù)會(huì)帶來(lái)挑戰(zhàn)。

多相TDR技術(shù)的Genesis

導(dǎo)波雷達(dá)是一種結(jié)合時(shí)域反射技術(shù)（TDR）和等效時(shí)間采樣的微波雷達(dá)設(shè)備。綜合這些技術(shù)創(chuàng)造一個(gè)高速的導(dǎo)波雷達(dá)變送器可以非常有效地追蹤測(cè)量分離器的頂部液位以及界面，特別是當(dāng)兩種液體之間存在一個(gè)相對(duì)明顯的邊界時(shí)。然而，隨著乳化層的增長(zhǎng)，導(dǎo)波雷達(dá)傾向于測(cè)量乳化層的頂部，即使是油中含有非常少量水也是這樣，比如在乳化層的頂部。

隨著基于TDR的液位儀表的技術(shù)增長(zhǎng)，人們強(qiáng)調(diào)將TDR的使用擴(kuò)展到多相應(yīng)用中，目前主要使用的是昂貴的輪廓分析或多探桿陣列。此時(shí)需要一種創(chuàng)新的方法來(lái)利用基于傳統(tǒng)TDR技術(shù)發(fā)射器的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)改進(jìn)設(shè)計(jì)，以補(bǔ)償較厚的乳化層和潛在的沉積物物位。

于是Magnetrol?發(fā)明了一種命名為Genesis?的新的TDR多相物位分析儀如圖2所示, 用于動(dòng)態(tài)追蹤測(cè)量厚乳化層和沉積物物位。該測(cè)量方式是通過(guò)探桿向下發(fā)送高頻能量來(lái)檢測(cè)上層液位的同時(shí)，通過(guò)將能量沿探桿返回來(lái)測(cè)量其他不同的液位/物位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

這種“自上而下”和“自下而上”測(cè)量的獨(dú)特（和專利）組合，加上復(fù)雜的軟件算法，使通過(guò)容器上的一個(gè)開(kāi)口測(cè)量總液位、乳化液的頂部、乳化液的底部和沉淀物成為可能。

從用戶的角度來(lái)看，這種新的多相物位分析儀與傳統(tǒng)的基于兩線制供電的TDR儀表之間存在固定的差異，其中之一便是更高的功耗，可以完成多達(dá)4種測(cè)量，如圖3所示。

與其他那些與工藝直接接觸相關(guān)的技術(shù)一樣，探桿是Genesis優(yōu)秀性能的關(guān)鍵因素。探桿的范圍將從大直徑同軸到一個(gè)全新的Pentarod設(shè)計(jì)。Pentarod是一個(gè)5桿式探桿，4個(gè)參考桿圍繞在PFA涂層的有源中心探桿，如圖4所示。

5桿式探桿集中的信號(hào)產(chǎn)生了類同軸性能，更棒的是它有一個(gè)“開(kāi)放”的設(shè)計(jì)，更不容易受到介質(zhì)掛料或搭橋影響產(chǎn)生測(cè)量誤差。PFA涂層的中心探桿，厚涂層除了提高抵抗力外，也減少了脈沖在水中傳播時(shí)的能量損耗。

Genesis建立在GWR如今技術(shù)基礎(chǔ)上的自診斷，可以主動(dòng)監(jiān)測(cè)探桿上的掛料，使操作者能夠簡(jiǎn)化維護(hù)和減少停機(jī)時(shí)間。此外，在上游分離器中，當(dāng)砂粒/沉積物達(dá)到指定液位時(shí)，還可以設(shè)置報(bào)警，主動(dòng)避免意外停機(jī)。

案例研究——ED1在煉油廠除鹽器上的安裝使用

應(yīng)用

在位于美國(guó)東部的一家煉油廠，一臺(tái)配有269.2 cm（106英寸）長(zhǎng)的五桿式探桿的Genesis?多向物位分析儀與FISHER扭力管浮筒液位計(jì)在直徑33.0 cm（13英尺）的除鹽器裝置上進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和比較。除鹽是煉油廠中非常重要的工藝流程之一，除鹽裝置可以去除介質(zhì)中的鹽分及殘留的游離水，為了取得最佳效率，在此應(yīng)用中，需要保持界面液位恒定不變 ，以防止游離水接觸除鹽電極，從而造成高昂的損失，對(duì)于界面液位必須做到足夠精確的控制，這是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

測(cè)試結(jié)果

經(jīng)過(guò)與側(cè)面取樣的就地可視設(shè)備顯示值對(duì)比確認(rèn)，扭力管式浮筒液位計(jì)測(cè)量誤差高達(dá)20%。

3周后，容器內(nèi)發(fā)生了一次劇烈的工況變動(dòng)，導(dǎo)致扭力管變送器失效，致使不能再讀取低于70%液位數(shù)據(jù)。在浮筒液位計(jì)發(fā)生故障的這一階段，證實(shí)容器內(nèi)油介質(zhì)上部確實(shí)有水（通過(guò)側(cè)面的可視裝置的顯示值，以及后期通過(guò)查看ED1 DTM顯示的水的百分比確認(rèn)），不需要檢修清洗容器和浮筒為客戶能夠節(jié)省數(shù)千美元，并節(jié)省了大量工作。尤其在使用ED1控制液位3周后，發(fā)現(xiàn)得到的結(jié)果依然是非常積極的，客戶通過(guò)ED1已經(jīng)可以做到對(duì)除鹽器的界面液位進(jìn)行精確的控制，多相物位分析儀ED1-210B-310如圖5所示。

結(jié)論

這些都是立竿見(jiàn)影的結(jié)果，而隨著時(shí)間的推移，得益于對(duì)乳化物等介質(zhì)液位的精確檢測(cè)控制，在減少對(duì)下游管道/設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢方面將獲得更大的回報(bào)。此外，液位控制的定位點(diǎn)由浮筒液位計(jì)的15%～20%提高到ED1的1%～2%，這種液位控制水平的提高使時(shí)間成本（設(shè)備維護(hù)維修周期）和經(jīng)濟(jì)成本（化學(xué)添加劑）兩方面都受益。下一步將在原扭力管浮筒液位計(jì)處安裝更長(zhǎng)的ED1探頭設(shè)備，使其更靠近容器的底部，從而可以更早地進(jìn)行砂粒探測(cè)。掌握了砂粒位置，可以根據(jù)實(shí)際情況適時(shí)地進(jìn)行停機(jī)檢修清理，代替了盲目的6個(gè)月固定周期的停機(jī)檢修計(jì)劃。必須注意的是，并不是所有的除鹽器都會(huì)出現(xiàn)砂粒累積的現(xiàn)象，不過(guò)，許多分離器確實(shí)會(huì)出現(xiàn)沉淀物/砂粒，這種設(shè)備在各種層面上可以增強(qiáng)對(duì)沉淀物/砂粒的可見(jiàn)性。●