劉 濤 馬國(guó)新 張雄輝 宋忠義
摘要:目前在儲(chǔ)液罐人工計(jì)量檢尺操作中存在一些安全隱患,文章針對(duì)其安全技術(shù)問題,進(jìn)行了理論分析并提出改進(jìn)建議,此外還就油品乳化液含水量與其導(dǎo)電率的關(guān)系及實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了分析研究。
關(guān)鍵詞:儲(chǔ)液罐;人工計(jì)量檢尺;量油尺檢尺法;安全隱患
中圖分類號(hào):TU991文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)07-0009-02
目前量油尺檢尺法存在一些弊端,對(duì)油水混合層厚度也不能定量檢測(cè),由于油品或含油污水儲(chǔ)罐內(nèi)上部空間一般都存有易燃易爆氣體,而使用電流表或萬用表計(jì)量檢尺測(cè)量游離水高度時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生火花,本文根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和相關(guān)理論,結(jié)合實(shí)際調(diào)查情況進(jìn)行安全技術(shù)分析和探索。
一、油品儲(chǔ)罐液位人工檢尺操作
目前普遍使用的量油尺一般為測(cè)深鋼卷尺,應(yīng)符合GB13236技術(shù)要求。量油尺由手柄、尺架、鋼卷尺帶、尺鉈(銅錘)等組成。其中尺鉈有0.7kg的輕型和1.6kg的重型兩種,前者用于測(cè)量低黏度油品,后者用于測(cè)量高黏度或罐底有明顯沉淀物的油品。量油尺結(jié)構(gòu)如圖1所示:
液位人工計(jì)量檢尺應(yīng)參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13894-92《石油和液體石油產(chǎn)品液位測(cè)量法》(手工法)進(jìn)行,一般對(duì)于罐底部沒有沉淀物時(shí)用直接測(cè)量油高的方法;對(duì)于罐底部有障礙物或沉淀物或很黏稠的油品時(shí)用間接測(cè)量空距的方法。目前油田一般常用測(cè)量空距的方法檢尺。
測(cè)量油離水高度國(guó)標(biāo)推薦了三種方法:一是用檢水尺和示水膏或示水紙法;二是用測(cè)深量油尺法;三是取樣器法。
由于含水原油普遍存在油水乳化混合層,以上三種非電式檢尺方法實(shí)際上都很少采用,目前原油集輸油生產(chǎn)企業(yè)普遍采用加電方式配合量油尺的電流表或萬用表指示法來測(cè)量罐內(nèi)油離水高度,而光電式量油尺是發(fā)展趨勢(shì),但尚未普及。這些液位測(cè)量操作方法目前沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),尤其是在安全防爆性方面更是缺乏權(quán)威認(rèn)定。下面重點(diǎn)對(duì)加電式量油尺操作安全技術(shù)進(jìn)行分析研究。
二、使用電流表或萬用表人工檢尺操作
操作者站在大罐量油口旁邊,手持量油尺,將電流表或萬用表一根引線夾子夾在量油尺架上,另一根引線夾子夾在大罐量油口上,搖動(dòng)鋼卷尺帶使尺鉈下降,尺鉈在油層中電流表或萬用表指針不偏轉(zhuǎn),當(dāng)尺鉈接觸到低含水油層時(shí),表指針開始偏轉(zhuǎn),當(dāng)尺鉈接觸到高含水油層時(shí),表指針偏轉(zhuǎn)到較大值,一般電流表電流達(dá)到60mA或電阻值明顯變小時(shí)即認(rèn)為完全進(jìn)入水層,此時(shí)量油尺與大罐量油口平齊的刻度即為大罐游離水空高。測(cè)量電路原理如圖2所示:
使用100mA電流表法用一節(jié)1.5V干電池作電源檢尺時(shí),一般情況下電流達(dá)到60mA就認(rèn)為是水層,即通過罐內(nèi)游離水和罐體的檢測(cè)電流為60mA,但在上罐檢尺操作中當(dāng)油尺鉈完全進(jìn)入污水層時(shí)實(shí)際電流要超過100mA,電流表指針經(jīng)常會(huì)偏轉(zhuǎn)到極限而被擋住,檢測(cè)實(shí)際電流高達(dá)200mA,其能量P為:
P=UI=1.5×0.2=0.3W=0.3J
式中:U——電源電壓,單位:伏特;I——通過罐內(nèi)介質(zhì)和罐體的電流,單位:安培。
而使用萬用表(以MF500型為例)時(shí),低阻檔電池為1.5V,高阻擋為9V電池,前者電流也要超過100mA,后者電流雖然不大但電壓較高。
三、量油尺光電指示儀檢尺操作
量油尺光電指示儀目前尚無成熟產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用,但已有可靠實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品出現(xiàn)。由于油品儲(chǔ)罐內(nèi)一般都含有易燃易爆氣體,其安全防爆性至關(guān)重要,因此電路的首要設(shè)計(jì)原則就是要保證安全防爆性能。光電指示儀和量油尺在大罐上配合使用,首先其電路為閉路連接,沒有觸點(diǎn)開關(guān),所以也就不會(huì)產(chǎn)生電火花。其次光電指示儀電路主回路電流僅為5mA,安全防爆性能是能夠達(dá)到要求的。
使用量油尺光電指示儀通過罐內(nèi)游離水和罐體的檢測(cè)電流的大小可以根據(jù)電路進(jìn)行分析如下:
通過罐內(nèi)游離水和罐體的檢測(cè)電流即為經(jīng)過復(fù)合晶體三極管放大電路的取樣電流i,選取復(fù)合晶體三極管的放大倍數(shù)分別為β1=30、β2=50,根據(jù)達(dá)林頓電路特點(diǎn),電流放大系數(shù)β值約等于兩只三極管電流放大系數(shù)β1、β2的乘積,即:
β=β1·β2
因此放大電路的取樣電流i只要微安級(jí)別就可以滿足要求。
在電路中,通過罐內(nèi)游離水和罐體的檢測(cè)電流i值,根據(jù)直流放大器公式:
β= Ic/ Ib
式中:β=β1·β2;
Ic≈通過發(fā)光二極管的電流與微型電表電流之和Ic,單位:毫安;
Ib=放大電路的取樣電流i,單位:毫安。
所以通過罐內(nèi)游離水和罐體的檢測(cè)電流i值為:
i=Ic/(β1×β2)
=5/(30×50)
=0.003(mA)
其能量為:P=U·I=3×0.00003=0.00009W=0.00009J。
通過罐內(nèi)游離水和罐體的檢測(cè)電流是0.003mA,已經(jīng)達(dá)到微安級(jí)別。
四、三種加電式檢尺方法安全性對(duì)比
以上三種檢尺方法電路原理如圖3所示。電流表法和萬用表法主回路電流I完全經(jīng)過罐內(nèi)介質(zhì)和罐體,而光電指示儀法主電流I自成回路,只有微弱的取樣電流i經(jīng)過罐內(nèi)介質(zhì)和罐體。
按照國(guó)家有關(guān)爆炸性混合物最小引爆電流分級(jí)規(guī)定,甲烷、乙烷、丙烷、汽油、乙醇、苯、一氧化碳和氨等屬于Ⅰ類,最小引爆電流i>120mA,最小著火能量約為0.001焦耳;烯烴和醚類屬于Ⅱ類,最小引爆電流70mA
使用100mA電流表法的能量是Ⅰ類爆炸性混合物最小著火能量的300倍,即使按60mA計(jì)算也高達(dá)90倍,所以基本可以確定,使用100mA電流表法進(jìn)行原油或污水儲(chǔ)罐檢尺是不安全的。
如果使用萬用表,從萬用表電阻檔的Ω×10K~Ω×1倍率,通過罐內(nèi)游離水和罐體的檢測(cè)電流為1~150mA,則產(chǎn)生的能量為Ⅰ類爆炸性混合物最小著火能量的1.5~150倍,其中Ω×1K倍率檔最低。通過分析可見使用萬用表配合檢尺也是不太安全的,但比直接使用100mA電流表要好得多。
使用光電指示儀僅為最小引爆電流120mA的五萬分之一,是原來使用100mA電流表法的二萬分之一,其能量為Ⅰ類爆炸性混合物最小著火能量的0.9%。
通過上述理論計(jì)算和分析可以證明,使用光電指示儀進(jìn)行儲(chǔ)液罐檢尺是最安全的,完全可以滿足安全防爆性要求,應(yīng)該屬于本質(zhì)安全型儀器。
五、油品乳化液含水量與其導(dǎo)電率的關(guān)系及實(shí)驗(yàn)方法
1.油品乳化液含水量與其導(dǎo)電率的關(guān)系。游離水的導(dǎo)電性是很好的,而油品乳化液的導(dǎo)電性主要取決于含水
率。乳化液是兩種(或兩種以上)不相溶液體的混合物,其中一種液體以極小的液滴形式分散在另一種液體中。原油乳化液主要有兩種類型:一種是“油包水”型,其中水是分散相,油是連續(xù)相;另一種是“水包油”型,其中油是分散相,水是連續(xù)相;此外還有多重乳化液。為了定量測(cè)量?jī)?chǔ)液罐內(nèi)混油層厚度,以便選擇安全的加電計(jì)量檢尺電路,需要測(cè)定不同含水率油品的導(dǎo)電率。
油品乳化液的導(dǎo)電性目前尚無可以普遍采用的資料,實(shí)際數(shù)據(jù)可以通過實(shí)驗(yàn)取得。把實(shí)際測(cè)到的不同含水率ω與電阻值Ω數(shù)據(jù)標(biāo)在坐標(biāo)紙上,通過分析它們的分布情況,畫出二者的關(guān)系曲線。設(shè)想原油乳化層的電阻Ω和含水率ω可能遵循某個(gè)規(guī)律,用回歸分析法能夠建立某種線性或非線性方程式:
Ω=α·ω 或Ω=α/ω
式中:α——根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過歸納而得到的系數(shù)。
2.測(cè)定油品乳化液導(dǎo)電率的實(shí)驗(yàn)方法。測(cè)定原油乳化液導(dǎo)電率的實(shí)驗(yàn)方法盡量與實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境相似,首先油品或含油污水全部直接從儲(chǔ)液罐中取得,按預(yù)定比例強(qiáng)烈攪拌,制備不同含水率的乳化液,然后分別放入與儲(chǔ)液罐相同材質(zhì)的容器內(nèi),且容器內(nèi)底部事先放置一定深度的儲(chǔ)罐底水,最后在乳化液的上部緩慢置入一定量不含水的純油,然后用量油尺模擬檢尺過程,測(cè)量每份不同含水量乳化液的電阻值。
六、結(jié)語
通過上述分析證明,儲(chǔ)液罐人工計(jì)量檢尺使用100mA電流表或萬用表測(cè)量游離水高度存在不安全隱患,不符合防爆標(biāo)準(zhǔn)要求,一旦爆炸的三要素同時(shí)具備,就有可能發(fā)生著火爆炸事故。
鑒于測(cè)量罐內(nèi)油離水高度電表指示法已被油田等企業(yè)普遍采用的實(shí)際情況,提出以下建議:
1.不直接使用100mA電流表進(jìn)行人工大罐液位計(jì)量檢尺。
2.如果沒有更好的方法,建議使用高內(nèi)阻的電流表,并實(shí)際檢驗(yàn)電流強(qiáng)度不能超過120mA,同時(shí)必須滿足電壓與電流的乘積不能超過0.001W。
3.如果使用萬用表進(jìn)行人工大罐液位計(jì)量檢尺,建議使用電阻檔的R×1K倍率檔;
4.優(yōu)先推薦使用光電式量油尺。
5.無論采用哪種方法檢尺,必須注意儀器引線夾子應(yīng)在罐口下尺前就固定好,在操作過程中電線不可斷開。
作者簡(jiǎn)介:劉濤(1976-),男,山東壽光人,勝利油田河口采油廠油氣集輸大隊(duì)助理工程師,研究方向:石油儲(chǔ)運(yùn);馬國(guó)新(1959-),男,河北秦皇島人,勝利油田河口采油廠油氣集輸大隊(duì)高級(jí)技師,研究方向:石油礦藏機(jī)械。