经久以来，油田的油水界面测量一向是工业过程测量范畴的一个难题，而油水界面这一参数对于每一个采油厂都是异常重要的，个中涉及到了财务结算等关键性的问题，所以急待解决。基于这种背景，我们对这一课题进行了攻关，经由反复的实践、摸索，终于成功地应用伺服式液位计解决了这一难题。

伺服式液位计一向被广泛地用于储罐液位的高精确度测量，因为它是一种多功能仪表，既可以测量液位也可以测量界面、密度和罐底等参数。

伺服式液位计基于浮力均衡的道理，由微伺服电念头驱动体积较小的浮子，能精确地测出液位等参数。如图1所示，浮子用测量钢丝吊挂在仪表沃森仪表外壳内，而测量钢丝环绕纠缠在周详加工过的外轮鼓上；外磁铁被固定在外轮鼓内，并与固定在内轮鼓的内磁铁耦合在一路。
式中：T——钢丝张力；

图1 液位计体系构成

测量界面的道理与伺服式液位计基本相同，即根据原油与水两种介质密度的不合导致所受浮力的不合而进行精确的界面测量。

当今，世界主动化仪表行业有很多种仪表可以进行界面测量，而为什么在油田的油水界面测量方面又几乎是一个空白呢？这主如果因为这一场合不合于其他界面测量，工艺前提极其复杂。

原油大年夜油井里被打出来后，经由加热，送到采油站进行计量，再经由中转站进行分别落后入结合站。在结合站，起首经由计量、加热，而后将原油送至一级沉降罐(在一级沉降罐内原油一般常年保持在60℃阁下)，经由沉降分别送至中心罐，然后经由脱水泵脱水，再经由二次加热进入二级沉降罐(在二级沉降罐内原油一般常年保持在80℃阁下)，最后送到成品罐，须要进行油水界面测量的是一级沉降罐和二级沉降罐。一级沉降罐和二级沉降罐的罐高一般在13m阁下，罐底设有一个排水孔，罐上部大年夜约在11m阁下的地位设有一个溢流孔，原油进料口一般大年夜底部伸到罐的中部，大年夜约在7m阁下的地位。(如图2所示)。当原油大年夜7m阁下的地位进入到罐中时，因为破乳剂及重力和浮力等身分的影响，密度较小的原油会向上升，密度较大年夜的水会向下沉降，大年夜理论上讲，经由一准时光的沉降可以获得一个清楚的原油与水的分界面。

图2 油水界面

然则在实际应用中，现场工况要复杂得多。因为不合产地的原油密度都不尽雷同，再加长进料带来的扰动、破乳剂和沉降时光等诸多身分，大年夜而导致了在原油层与水层中存放在着一个厚薄不一、密度梯度不定的过渡层，习惯上称之为乳化层。在这一乳化层中存在着水包油(W/O)、油包水(O/W)，甚至水/油/水(W/O/W)或油/水/油(O/W/O)分层等更为复杂的体系，恰是因为存在了这一如斯复杂的乳化层，使得绝大年夜多半界面仪在碰到这种工况时无法测量，而伺服式液位计可以或许大年夜多界面测量仪表中脱颖而出，成功地应用于这一极端恶劣的工况，恰是因为它独特的道理，以及先辈的自我保护功能。

伺服式液位计在测量油水界面时，也是基于浮力均衡的基来源基本理，与测量液位不合的是，在测量界面时须要起首在表里输入“膳绫擒度”和“中密度”两个值，这两个值是根据理论值以及实际应用经验相浇忧⒚出的。大年夜理论上讲，原油的密度在0.88g/cm3~0.92g/cm3阁下，水的密度是一个常数，为1g/cm3，但在实际应用中即使是最上层的原油也会含少量的水，同样，最基层的水也会含少量的油，所以上层原油的密度要大年夜于实际值，而基层水的密度在0.99g/cm3阁下。在幻想工况下，界面异常清楚，此时浮子处于两层之间(如图3所示)，钢丝所受张力为：

T=W－(V－Vb)×ρ1+Vβ×ρ2

其二，因为在原油层与水层之存放在着厚薄不定的乳化层，而乳化层也不是单一的层面，存在着油包水、水包油，以及化学聚合物等，所以其内部物性、理化机能均十分不稳定，再加长进料带来的扰动使得该乳化层内部互订交错，异常复杂，而射频导纳式液位计检测的是导电性产生阶跃变更的电界面，并且请求高低层的介质导电性至少相差5倍以上才能精确地进行测量，所以在介质导电性模糊不清的工况是无法很好地测量的。
W——浮子重力；
V——浮子体积；
Vb——浮子均衡时巨人的下部体积；
ρ1——膳绫擒度；
ρ2——中密度。

图3 浮子地位

在实际应用中，存在着乳化层，乳化层的密度梯度为非线性，并且随时在变更。因为没有明显的界面，所以我们这时在测量界面时，实际上是经由过程调剂ρ1和ρ2两个值来测量某一地位，该地位的密度是相对固定的，即含油与含水的百分率是相对固定的，例如，经由过程调剂ρ1、ρ2值，我们可以找到含油、含水各50%的地位，也可以找到含油70%、含水30%的地位。伺服式液位计实际上是经由过程测量钢丝上的┞放力来测量界面的，而钢丝的┞放力正比于介质的密度。所以，无论浮子找到的是哪一级密度梯度，其含油(含水)百分率都是相对固定的，伺服式液位计应用于这一范畴最大年夜的长处就是它的测量值反复性异常好，这是其他类型仪表如射频导纳式界面仪所无法比较的。
个中，W、V和Vβ均刻在浮子上为常数。

伺服式液位计与人工捞样之间的比较，长处是明显的。采取人工捞样进行化验分析这种手段，因为捞样手段、下罐进度、逗留时光等一系列的原因均会造成捞样成分的改变，而在化验过程中不合的化验手段同样会引起不合的结不雅，大年夜而导致了较大年夜的体系误差；而伺服式液位计是一种高精确度的计量级仪表，测量界面时可以达到±2.7mm的精确度。伺服式液位计作为一种先辈的智能仪表，可以省去大年夜量人力，可以远距离监控。

因为伺服式液位计采取的是浮力均衡的道理，所以其在测量界面时只与密度的变更有关，而与其他身分无关。如许大年夜大年夜地进步了体系的精确度与稳定性。


射频导纳式液位计采取的是应用高频电流测量探头与容器两个极板之间的电容值来计算出液位，它是在传统电容式物位计的基本长进行了改进，增长了探头根部抗粘附、抗冷凝的功能。但射频导纳式液位计在这一工况的实际应用中并不睬想，重要原因有两点。一是当沉降罐排水时，油水界面降低，原油层降低到罐内较低地位，经由一段时光后，因为赓续的进料，水赓续的沉降，使得油水界面上升，然则因为原油的附着性，在探杆外面还会附着一层油膜。射频导纳式液位计所测量出的电容量为

C=ε×S/D

式中：ε——电容两极板间介质的介电常数；
S——极板面积；
D——极板间距离。
当液位计工作时，浮准咀用于细钢丝上的重力在外轮鼓的磁铁上产生力矩，大年夜而引起磁通量的变更。轮鼓组件间的磁通量变更导致内磁铁上的电磁传感器(霍尔元件)的输出电压旌旗灯号产生变更。其电压值与储存于CPU中的参考电压比拟较。当浮子的地位均衡时，其差值为零。当被陈腐质液位变更时，使得浮子浮力产生改变。其结不雅是磁耦力矩被改变，使得带有温度补偿的霍尔元件的输出电压产生变更。该电压值与CPU中的参考电压的差值驱动伺服电念头迁移转变，调剂浮子高低移动从新达到均衡点。全部体系构成了一个闭环反馈回路(如图1所示)，其精确度可达±0.7mm，并且，其自身带有的挂料补偿功能，可以或凶芄播竽暌股于钢丝或浮子上附着被陈腐质导致的钢丝张力的改变。

由此公式可知，介质介电常数的变更是影响测量的关键。

在应用射频导纳式液位计测量油水界面时，起重要进行实际标定，并且调剂ε值到一恰当的地位，测量才能够精确。因为界面上升后仍然存在着一层油膜附着在探杆上，使得该地位的ε值并不代表实际应检测的界面的ε值，所以会导致很大年夜的测量误差。
在现场，我们把伺服式液位计与射频导纳式液位计之间的测量进行了比较。


在实际现场，我们在同一罐上同时应用了伺服式液位计和射频导纳式液位计，并同时送旌旗灯号到控制室的微机屏幕长进行显示。结不雅，射频导纳式液位计的旌旗灯号波动异常不稳定，波动最大年夜跨越了20cm，而伺服式液位计的测量结不雅异常稳定，由此我们看到伺服式液位计在测量油水界帽鹞鲣稳定性和重赣Τ星射频导纳等其他仪表所无法比较的。

总之，在油田的采油厂应用伺服式液位计测量油水界面，其精确度、反复性、稳定性都令用户知足，并且因为它工作靠得住、操作简单、易于保护，使得捞样工人大年夜沉重的劳动中解放出来，进步了全厂的主动化程度，它值得进行推广。(end)