油品儲罐密閉自動脫水電磁控制系統(tǒng)探究

張國峰，谷紅兵，王平勝

(國能新疆化工有限公司，新疆 烏魯木齊 831400)

0 引言

在油品儲運(yùn)過程中，脫水是一項(xiàng)重要的工作，通過脫水能夠提升油品質(zhì)量，結(jié)合實(shí)際情況來看，當(dāng)前主要采用人工脫水的方式，傳統(tǒng)人工脫水的方式不僅無法檢測含水率，且脫水期間難以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控，很容易引起安全風(fēng)險。近些年來，在自動化技術(shù)發(fā)展的影響下，油品儲運(yùn)自動化脫水系統(tǒng)的建設(shè)取得多項(xiàng)成果，通過自動脫水系統(tǒng)，能夠有效地解決傳統(tǒng)脫水模式下存在的安全風(fēng)險，從而提升脫水工作的效率與質(zhì)量，需要一個完善的密閉脫水系統(tǒng)作為支撐。

1 傳統(tǒng)油品儲罐密閉脫水系統(tǒng)存在的問題

傳統(tǒng)油品儲罐密閉脫水系統(tǒng)是一種常見的油品儲存方式，其主要目的是通過減少儲罐內(nèi)水分含量來保護(hù)儲罐和油品，但是該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些問題，主要包括以下3 項(xiàng)：(1)傳統(tǒng)油品儲罐密閉脫水系統(tǒng)存在著跑油風(fēng)險。由于系統(tǒng)采用的是人工監(jiān)控方式，如果操作不當(dāng)或監(jiān)控不到位，就容易發(fā)生油品泄漏現(xiàn)象，泄漏不僅會造成經(jīng)濟(jì)損失，還會對環(huán)境和人身安全造成威脅。(2)系統(tǒng)缺乏自動化功能。在傳統(tǒng)油品儲罐密閉脫水系統(tǒng)中，所有的操作都需要人工干預(yù)，包括儲罐內(nèi)的抽水、加藥、排放等操作，操作的頻率和時間都需要人工控制，操作方式存在諸多問題，例如無法實(shí)時監(jiān)測儲罐內(nèi)的油品質(zhì)量、無法及時響應(yīng)問題、無法自動完成重復(fù)性工作等，都需要通過完善的系統(tǒng)進(jìn)行改善。(3) 傳統(tǒng)油品儲罐密閉脫水系統(tǒng)也存在著一些安全風(fēng)險。由于該系統(tǒng)操作需要人工干預(yù)，因此人員的操作技能和意識可能參次不齊，這可能導(dǎo)致系統(tǒng)存在安全隱患。如果操作人員未能及時發(fā)現(xiàn)和排查隱患，或者操作不當(dāng)，可能會導(dǎo)致儲罐內(nèi)的油品泄漏等問題[1]。

傳統(tǒng)油品儲罐密閉脫水系統(tǒng)存在著跑油風(fēng)險、缺乏自動化功能、安全風(fēng)險等問題，對油品儲罐的安全和穩(wěn)定性造成了威脅，所以需要加強(qiáng)對自動化脫水系統(tǒng)的開發(fā)，以確保問題能夠得到充分解決。

2 技術(shù)說明

隨著工業(yè)化程度的不斷提高，油品儲存、加工和運(yùn)輸對儲罐的密閉、清潔和安全性能要求越來越高。為了保證儲罐內(nèi)油品的質(zhì)量和安全性，油品儲罐密閉自動脫水系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。以LJH 系列脫水器為例，系統(tǒng)技術(shù)主要包括以下3 項(xiàng)：(1) 流線型管道式脫水器結(jié)構(gòu)，安裝簡單，脫水速度快。脫水器采用流線型管道式結(jié)構(gòu)，通過在線傳感器檢測到的水中含油量，控制脫水閥的開關(guān)和開啟程度，從而實(shí)現(xiàn)自動脫水過程。脫水器采用調(diào)節(jié)閥控制，能根據(jù)水量大小自動調(diào)節(jié)閥門開啟程度，不會引起因湍流而導(dǎo)致油罐中已經(jīng)分層的油和水再次混合，不需要二次沉降。脫水器具有小容積、短介質(zhì)流通路徑、易于回油和快速脫水等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的脫水器都需要建立一個穩(wěn)定的油水界面。在流動狀態(tài)下，特別是在處理原油時，油罐自動脫水器的緩沖罐中很難維持穩(wěn)定的油水界面。(2) 傳感器具有更高的靈敏度和可靠性。脫水器的傳感器采用液柱諧振原理，能夠定性檢測水中的微量含油，對水中的含油量高度敏感，可避免出現(xiàn)跑油事故，符合自動脫水器的相關(guān)要求。其他原理的傳感器只對油中的水稍稍敏感。兩個高靈敏度的傳感器被并列安裝，所有介質(zhì)都經(jīng)過這兩個傳感器的檢測，避免了脫水緩沖罐中介質(zhì)短路而避開傳感器檢測的情況，具有更高的可操作可靠性。傳感器采用一體化整體結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多次改進(jìn)、嚴(yán)格的測試和多次篩選，能長時間應(yīng)用于各種惡劣的環(huán)境。(3)技術(shù)優(yōu)勢。油品儲罐密閉自動脫水系統(tǒng)具有安全、高效、穩(wěn)定和環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)采用完全密閉處理方式，避免外界雜質(zhì)對儲罐基礎(chǔ)和管道的侵蝕，同時降低了油品酸堿值和水分含量以及爆炸和燃爆的風(fēng)險，提高了系統(tǒng)的安全性；系統(tǒng)通過多種物理和化學(xué)手段，去除儲罐內(nèi)的水分、游離酸堿和雜質(zhì)等有害物質(zhì)，提高了油品的質(zhì)量和延長了存儲時間；系統(tǒng)配備離心沉淀和液體平衡自動控制系統(tǒng)，可以保證分離效果穩(wěn)定，且磨耗較小，使得系統(tǒng)的運(yùn)行時間更長；系統(tǒng)不需要使用化學(xué)藥品，通過分級分離的方法，減少了有害物質(zhì)的排放量，符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。

根據(jù)自動化技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計如下油品儲罐密閉自動脫水系統(tǒng)：(1)在密閉自動脫水系統(tǒng)中，采用霍爾效應(yīng)原理構(gòu)造油水界面監(jiān)測系統(tǒng)。通過單片機(jī)使其智能化，該系統(tǒng)主要由磁性浮子系統(tǒng)、數(shù)字傳感系統(tǒng)和控制電路構(gòu)成。(2)磁性浮子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)油水界面自動監(jiān)測的關(guān)鍵，可以合理選擇浮子的密度，使浮子始終懸浮在油水界面中，通過固定在鋼支架滑軌上的浮子的上下移動，使得霍爾傳感器通過磁力線發(fā)生變化，能夠?qū)崟r指示油水界面的位置。(3)數(shù)字傳感系統(tǒng)。數(shù)字傳感系統(tǒng)是由一組固定傳感器與浮子中的環(huán)形磁鐵構(gòu)成，傳感器通過霍爾數(shù)字集成電路，是一種磁敏器件，將磁敏霍爾效應(yīng)片與集成電路集合成為一個整體，具有開關(guān)速度快、無瞬間抖動、高靈敏度，以及較強(qiáng)的抗干擾能力等多項(xiàng)優(yōu)勢。并且功耗較低，具有較好的防爆功能，能夠在惡劣的環(huán)境下應(yīng)用。有效解決了常規(guī)霍爾傳感器容易受到溫度和外界電磁干擾影響而產(chǎn)生誤動作的問題，使得控制電路得以充分簡化，系統(tǒng)整體可靠性較好。

3 系統(tǒng)參數(shù)

3.1 設(shè)備參數(shù)

油品儲罐密閉自動脫水系統(tǒng)中的機(jī)器和設(shè)備截面面積需要與儲罐的尺寸相適應(yīng)，通常為儲罐容積的1～3%。具體來說，以50 m3的儲罐為例，截面面積范圍在0.5～1.5 m2之間；系統(tǒng)需要搭載先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線取樣、測溫、壓力監(jiān)測、自動控制等功能，從而實(shí)現(xiàn)全程自動化管理；濾芯是本系統(tǒng)的重要組成部分之一，需要選用高精度過濾器，其過濾孔徑介于在2～5 m 之間，能夠高效過濾異物和污染物質(zhì)；系統(tǒng)中的電機(jī)需要選用高效節(jié)能的三相異步電機(jī)或調(diào)速電機(jī)，以適應(yīng)不同的工作需求。

3.2 工作條件參數(shù)

系統(tǒng)需要在不同的壓力范圍內(nèi)運(yùn)行。該系統(tǒng)能夠在0.5～1.5 MPa 之間運(yùn)行，從而適應(yīng)不同的油品類型和需求；系統(tǒng)需要在不同的環(huán)境溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。該系統(tǒng)可以在-30 至90 ℃的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，以及不同季節(jié)和氣溫下均能保持良好的工作效果；系統(tǒng)的處理能力需要根據(jù)儲罐容積和油品質(zhì)量進(jìn)行計算，對于50 m3的儲罐，處理能力應(yīng)大于10 m3/h，也就是每小時至少排水處理10 m3的廢水[2]。

3.3 環(huán)境要求

系統(tǒng)組件的材質(zhì)和表面處理需要具有一定的耐腐蝕性能，能夠承受一定程度的酸堿腐蝕和有害物質(zhì)的侵害；系統(tǒng)的防爆等級應(yīng)符合國家相關(guān)法規(guī)要求，以符合在易燃易爆場所使用的相關(guān)要求；系統(tǒng)應(yīng)符合國家相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保要求，需要經(jīng)過各級環(huán)保部門的審批，并接受相關(guān)部門的檢測和監(jiān)管。

3.4 具體參數(shù)

文章所設(shè)計的油品儲罐密閉自動脫水系統(tǒng)中，油水分層探測器采用插入式安裝方式，能夠在線連續(xù)運(yùn)行。探測器含水率測量準(zhǔn)確度在ω(H2O)＞3% 的情況下，精度為±1%；該系統(tǒng)適合介質(zhì)溫度為0～90 ℃，供電電壓為直流24 V，工作電流為200 mA，探測器能夠在相對濕度(RH)不超過95%的工況下應(yīng)用。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 工作原理

在該系統(tǒng)運(yùn)行時，當(dāng)油水界面的位置發(fā)生變化情況下，浮子與磁環(huán)就會隨之而上升或下降，且固定在鋼支架外側(cè)的數(shù)字傳感器感應(yīng)輸出。將線位移信號轉(zhuǎn)化成為數(shù)字電信號，通過電纜輸入控制面板中的編碼器進(jìn)行編碼后，進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)可以根據(jù)界面位置的數(shù)值大小，完成相應(yīng)的自動控制功能。如果界面位置高于設(shè)定數(shù)值，那么單片機(jī)會對電磁閥發(fā)送一個開關(guān)信號，啟動電磁閥放水。反之如果界面低于設(shè)定數(shù)值，那么單片機(jī)會給電磁閥發(fā)送關(guān)閉信號。與此同時，單片機(jī)能夠?qū)⒔缑嫖恢玫臄?shù)值傳輸?shù)阶g碼器譯碼，利用數(shù)碼管顯示該數(shù)值，且系統(tǒng)安裝了故障報警設(shè)備，能夠根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行自動化報警，從而能夠避免出現(xiàn)安全問題。或者可以通過手動開啟或關(guān)閉閥門的方式進(jìn)行控制，也是提升系統(tǒng)安全性的有效措施。除此外之，該系統(tǒng)可以與上位機(jī)的主機(jī)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，可以實(shí)現(xiàn)多儲罐集中管理，通信速度迅速，能夠滿足各項(xiàng)信號傳輸?shù)膶?shí)時性要求，使得系統(tǒng)運(yùn)行效率得以全面提高，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對儲罐的集中化自動化管理；儲罐管理的上位機(jī)與數(shù)據(jù)采集和控制的下位機(jī)，通過串行模式可以實(shí)現(xiàn)雙向通信，從而完成整體系統(tǒng)的操作與管理[3]。

4.2 油品儲罐自動脫水的方法分析

將待脫水的油品送入儲罐中，為了確保自動化，可以通過自動輸送裝置將油品送入儲罐中。送油過程中需要保持一定的流量和壓力，以保證脫水效果；油品送入儲罐后，自動脫水設(shè)備開始工作。自動脫水設(shè)備通常采用離心分離法，通過加速油品的運(yùn)動速度，使其內(nèi)部的水分和雜質(zhì)受到離心力的作用而分離出來；得到的純油品被輸送至儲罐中，而被分離出的水分和雜質(zhì)通過排放管道排出系統(tǒng)；自動脫水后需要將分離出來的水分和雜質(zhì)通過排放管道自動排放。在該環(huán)節(jié)和前面的操作環(huán)節(jié)中，需要確保系統(tǒng)中的加熱、測量、控制、監(jiān)控等設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在整個儲罐密閉自動脫水的過程中，自動監(jiān)測是不可或缺的工藝流程，通過安裝壓力傳感器、流量計等檢測設(shè)備，可以對系統(tǒng)的脫水效果、油品流量、油品溫度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并通過自動控制系統(tǒng)調(diào)整輸出流量和溫度，以最大程度保證油品的品質(zhì)。

4.3 系統(tǒng)具體應(yīng)用

在油品儲罐密閉自動脫水系統(tǒng)應(yīng)用時，其具體應(yīng)用方式包括以下4 項(xiàng)：(1)安裝自動水位檢測器。在儲罐內(nèi)安裝自動水位檢測器，是實(shí)現(xiàn)自動脫水的基礎(chǔ)。自動水位檢測器能夠?qū)崟r檢測儲罐內(nèi)的水位情況，當(dāng)水位超過設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動啟動脫水裝置。(2)啟動脫水裝置。儲罐內(nèi)自動脫水裝置主要包括水泵和油水分離器，當(dāng)檢測器檢測到水位超過設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動啟動水泵，將儲罐內(nèi)的水與底部的沉積物一起抽出，通過油水分離器進(jìn)行分離處理。在油水分離器中，利用重力作用將水和油分離開來，水從上部排出，而油則從下部排出，避免了二者混合問題發(fā)生。(3)系統(tǒng)自動控制。自動脫水系統(tǒng)還需要配備自動控制裝置，能夠?qū)φ麄€脫水過程進(jìn)行智能控制，自動控制裝置能夠根據(jù)油品的水分含量及其他物理化學(xué)參數(shù)，自動調(diào)整脫水過程中的水位控制，并且可以進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄與查詢，方便后期的管理和維護(hù)[4]。(4)安全保護(hù)裝置。在系統(tǒng)的設(shè)計中，還需要配置安全保護(hù)裝置，避免因系統(tǒng)故障或意外情況而造成儲罐內(nèi)油品的泄漏，安全保護(hù)裝置包括過濾器、防爆器、安全閥等多項(xiàng)措施，能夠降低使用過程中所帶來的危險。

4.4 現(xiàn)場應(yīng)用優(yōu)勢分析

在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，具體有以下3 點(diǎn)優(yōu)勢：(1)促進(jìn)油品品質(zhì)提升。由于油品儲罐密閉自動脫水系統(tǒng)能夠及時地將油品中的水分和雜質(zhì)過濾掉，因此能有效保證油品的質(zhì)量，特別是在儲存和運(yùn)輸過程中，如果不及時去除油品中的水分和雜質(zhì)，則容易發(fā)生沉淀、氧化等反應(yīng)，從而影響油品的品質(zhì)，甚至?xí)?dǎo)致油品的變質(zhì)，造成損失。(2)減少了人工干預(yù)。傳統(tǒng)的油品儲罐往往需要人工干預(yù)來去除雜質(zhì)和水分，不僅浪費(fèi)人力和時間，而且操作的效率和質(zhì)量也很難得到有效控制，而油品儲罐密閉自動脫水系統(tǒng)能夠自動識別油品中的雜質(zhì)和水分，進(jìn)行有效的分離，更加節(jié)省人力和時間消耗，同時還提高了儲罐使用的安全性[5]。(3)減少了危險作業(yè)。油品儲罐密閉自動脫水系統(tǒng)能夠自動完成脫水處理，不需要人工進(jìn)入儲罐內(nèi)部進(jìn)行操作，有效地避免了人工操作中可能發(fā)生的安全事故。該系統(tǒng)不僅提高了操作的安全性，而且減輕了工作人員的壓力。

5 結(jié)語

綜上所述，油品儲罐密閉自動脫水系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在提高油品品質(zhì)、減少人工干預(yù)以及減少危險作業(yè)等方面，在現(xiàn)代石油化工領(lǐng)域具有重要的作用。本文通過詳細(xì)介紹其系統(tǒng)參數(shù)以及應(yīng)用方法，證明了該系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用效果。