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油田原油储罐系列参数的监测方法
作者：才源
来源：《科学与信息化》2016年第02期
每当经过锦州采油厂联合站时，经常看见工人师傅要爬上近30米高的原油储罐，用取样桶提取储罐内的原油，拿到化验室去化验原油的含水率，同时还要通过与取样桶相连的测量绳，测量原油液面和油水界面（纯油与纯水的分界）。这种原始的测量方法存在很多弊端：劳动强度大且不安全，特别是雨雪天气危险性更大；因储罐内的原油不同高度的含水率是不同的，而取样桶只能取某一高度的油样，化验出的含水率不具代表性；某一时点上测量的原油液面和油水界面存在很大误差，不准确；储罐内的原油量是时刻变化的，不能实现实时监测；储罐内一些参数无法取得，如：温度、压力等。能否用物理学知识，采用科学的方法，对原油储罐内的系列参数进行监测呢？
原油是油水混合的液体，每一时点进入储罐的原油含水率是不同的，但它们是带有弱电的介质，含水率不同，反映出的电压值也是不同的，循着这个思路，查阅了大量相关资料，大致了解到国内在这一领域的研究成果不多，增加了我的好奇心。以后我经常利用休息时间到采油厂联合站去了解情况，得到了油田方面的大力支持，提供了实验环境。经过多次实验，探索出了比较成熟的储油罐监测方法：
运用物理学电压、电流与电阻关系的原理，通过电子器件组成的传感器（将电子器件焊在线路板上），密封在无缝钢管内，确保传感器与罐内原油绝缘，传感器通过金属线圈与无缝钢管内壁相连，由传感器发射步进式脉冲（8m/min），获取油罐内原油不同高度的电压值，用5芯信号线与传感器连接，将获取的电压值传至电脑。利用软件计算出原油液面高度、油水界面高度、分层（一般为10cm）原油含水率、综合含水率，在电脑上显示实时监测情况。在传感器上加装测量温度、压力等的电子器件，就可以得出储罐内各高度原油的温度、压力等参数，通过设置原油液面上限、下限，可实现实时报警，防止出现储油罐冒顶现象。另外，还可以计算出整个储罐可输出的纯油量、综合含水率等。为满足不同高度储油罐的测量要求，将每根传感器做成1.5米长，用密封件连接成适当的长度，就可以满足各不同高度储油罐的参数测量要求，同时通过连接传感器根数，可以测量出储油罐的高度，确定各个脉冲发射点对应的储油罐高度，每完成一次监测，就可以把储油罐看得一清二楚，我把它形象的称为储油罐的“透视仪”。
液面高度、界面高度、含水率计算原理：通过信号线采集到的电压值（油罐内电压值从罐顶到罐底呈由小到大排列，因为原油里的水从油里分离后流到罐底），显示到电脑上，取前3点电压值计算出平均电压值，因前3点电压值反映的一定是油罐液面上空气的电压值（储油罐一般都留有溢流口，与罐顶有一定距离），这个电压值代表的状态是含水率为零，以此电压值为基础，其他各高度点的电压值与基础电压值的差除以基础电压值，得出一个比率，结合每个油罐原油实际情况，编制含水率曲线表，用含水率曲线表与得出的每个比率进行换算，求得每个原油高度（10㎝为一个单位高度）对应的百分比，即为该点含水率，各点含水率加权平