簡述地下水封石洞油庫洞罐液位儀表的選型設計

本文概述：
能源安全無淪是對于企業還是國家來說，都是一項極為重要的戰略。石油作為目前主要的能源種類，對于石油的戰略儲備來說，對于保證為實現國家能源安全，滿足石油大容量儲存的要求具有重要的意義。從原油儲備的安全性、經濟性等方面考慮，國家原油儲備的建設重點已轉移到水封洞庫。其特點有規模大、自動化水平高、投資高、安全性要求高、工程復雜。本文通過水封洞庫的儲油原理簡單介紹，對已建和在建水封洞庫的調研，對洞罐儀表選型的優缺點進行了分析比較，結合項目的具體情況，確定了洞罐儀表的選型、安裝方案，總結了安裝要求和設計特點，供各位同行參考，也希望拋磚引玉，更多的技術人員有更好的方法與大家分享。
 
　　地下水封石洞油庫（以下簡稱水封洞庫）具有安全性高、對地面環境影響小、占用耕地少、節省大量鋼材、油品損耗小、運營管理費用低等優點［１］，在瑞典、韓國、日本等國家**應用于儲存原油及其產品，已有成熟的設計、建設和運營經驗。２０世紀７０年代，中國也建成了兩座水封洞庫，儲存原油和柴油，但洞庫規模小，自動化水平低，之后近３０年未繼續建設此類工程［２］。
　　隨著石油消費量的不斷增長、世界政局的多變和對石油產品季節性需求量的不斷變化，增大了對石油及其產品大容量儲存的要求［３］。目前國內開始建設大規模的戰略原油儲備基地，且已建成多處地面原油儲備庫，從石油儲備的安全性、經濟性等方面考慮，采用水封洞庫的儲備方式具有較大優勢［４］。由于國內大規模水封洞庫的建設剛剛起步，因而工程設計、建設、運營經驗都非常少。筆者從水封洞庫的儲油原理入手，通過對洞罐儀表選型的優缺點進行分析、比較，結合黃島、惠州洞庫項目實際情況，確定水封洞庫洞罐儀表的設計選型、安裝方案等。
　　１　水封洞庫簡介
　　１．１　儲油原理水封洞庫通過人工在地下巖石中開挖形成，其密封是通過地下水向洞內滲透實現，即水封洞庫必須建在穩定的地下水位線以下一定的深度，洞罐的埋深與洞室儲存介質的大工作壓力、工程地質和水文地質條件、穩定的地下水位等因素有關，其埋深應保證洞庫周圍的地下水壓力大于洞內儲存介質的壓力。正常儲存時，洞外部地下水壓力大于洞內介質壓力，地下水只能向洞內滲透，而洞內介質不能向洞外滲漏，同時利用油比水密度小以及油水不能混溶的特點［５］，滲入洞內的水沿洞壁匯集到洞底部形成水墊層，從而達到將所儲介質封在洞內的目的。滲入洞內的水可由油水界面檢測儀表進行檢測，待達到一定高度時，用安裝在洞內的潛水泵將水排出洞外［６］。水封洞庫儲油方法有固定水位法和變動水位法，采用變動水位法儲油新鮮水的需求量和污水處理量大，運行費用高，因而目前多采用固定水位法，儲油原理示意［７］如圖１所示。

　　１．２　特　點
　　水封洞庫洞室的高度一般設計為３０ｍ，而洞罐的埋設深度根據儲存油品的性質、壓力、巖體風化程度和地下水位的高低等因素確定，從幾十米至一百米以上不等。對于埋深超過５０ｍ的水封洞庫，溫度計、液位計的檢測元件必須足夠長才可以實現測量。為便于儀表安裝、調試、維護和維修，洞罐儀表的變送單元應安裝在豎井操作區，而工藝裝置和地面油庫常用的檢測儀表大多難以滿足使用要求，這給洞罐儀表選型帶來困難。
　　２　國內同類項目洞罐儀表選型
　　洞罐是水封洞庫的核心單元，洞罐儀表主要包括溫度儀表、液位儀表和界面儀表，根據對韓國、北歐已建和在建水封洞庫的調研，了解到國內水封洞庫洞罐儀表的選型思路。
　　２．１　溫度儀表
　　溫度測量方式：１）采用多點平均溫度計，安裝示意如圖２ａ）所示；２）采用單點溫度計用組合套管安裝的方式，將幾支單點溫度計組合安裝在一根不銹鋼套管內，測量不同高度油品的溫度。單點溫度計與液位開關合用１根套管，安裝示意如圖２ｂ）所示。


　　２．２　液位儀表
　　液位測量采用伺服液位計、雷達液位計、超聲波液位計三種方式。由于受洞庫埋深的制約，采用伺服液位計的居多，采用雷達液位計和超聲波液位計的較少。
　　２．３　界面儀表界面測量方式：１）采用伺服界面計，安裝示意如圖３所示；

２）采用電容式液位開關用組合套管安裝的方式，將幾臺液位開關組合安裝在１根不銹鋼套管內，測量不同高度油水界面。液位開關與單點溫度計合用１根套管，安裝示意如圖２ｂ）所示。
　　２．４　儀表選型的優缺點分析
　　國內同類項目洞罐儀表選型的優缺點分析見表１所列。
　　３　洞罐儀表選型方案的確定
　　洞罐儀表在水封洞庫工程的運行管理中起著重要作用，不僅要完成介質溫度、液位和界面測量，而且要實現洞罐進油、出油控制，主要設備潛油泵、潛水泵的啟停、聯鎖和保護等功能。多點平均溫度計可計算出洞罐內介質的平均溫度，和液位計配合計算出洞罐內介質的標準體積，該計算結果可與地上生產區流量計的計量結果進行比對，以核對伺服液位計的測量精度。洞罐液位和界面是過程控制和安全聯鎖的重要參數，液位儀表和界面儀表的可靠性是保證過程控制和安全聯鎖可靠性和安全性的關鍵。因此，選擇安全、可靠、適宜的洞罐儀表是水封洞庫設計中非常重要的工作。　
　　綜合考慮表１中液位、界面及溫度儀表的優缺點以及各種儀表的應用業績，結合項目的具體情況，確定了黃島洞庫和惠州洞庫項目的洞罐儀表選型方案。


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