1 概述
石油化工企业的油品储运罐区、物流部及物装码头的原油储运罐区在油品储存沉降切水过程中有时不可避免地产生硫化氢（H2S）等有毒有害气体，这对现场操作人员的人身安全造成巨大威胁。同时还因为人工切水过程中存在观测不准确，尤其在寒冷季节人工切水时产生的水蒸气现场观测，更加困难，很容易误操作将有用的原油或成品油同污水一起排放，造成油品浪费，环境污染。
当罐内含水量大，切水时间长，操作工人也容易疲劳，这种情况极易造成切水阀关闭不及时造成更大的安全生产责任事故。所以在石化企业的油品储罐区安装自动切水系统是非常必要的！
根据石油化工企业生产的需求，我公司研发了OW-03-YTH型系列油品储罐自动切水系统，其中OW-03-QF-TYH-ST型切水器是采用一种管道式安装流线形撬装设计，不带外置沉降小罐，是一种设计精巧可靠、检测精度高、易维护的智能、安全、环保的油品储罐自动切水系统，主要用于原油、石脑油、轻污油、重污油、汽柴油、甲苯、二甲苯等储油罐自动切水。
2 OW-03-QF-YTH-ST型油品储罐自动切水系统的工作原理及技术特点
2.1切水器的工作原理
切水器采用短波液质谐振吸收工作原理(即液柱谐振+短波吸收)，由自动切水器的双电子单元模块，发射双频恒幅的两路电磁短波，通过安装于切水器流线型管道中的特种传感器双探头（探头表面为纳米特氟龙涂覆工艺），对被测液体介质发生液柱谐振和电磁短波，同时介质的对温度（-20℃～160℃）、密度（0.1～1.0mg/cm3）、介电常数（水的介电常数是81，油的介电常数是2.3）三种参数同时进行检测，并进行曲线拟合分析，计算出被测液体介质中的水中含油率。传感器只对进入切水器的液体介质中油的密度和介电常数敏感，含油率越低，测量的信号值越大。
短波液质谐振吸收法原理既考虑液柱谐振的对介质密度静态参数测量优势；又增加了短波吸收的对介质介电常数的动态测量优势，这样既避免了单一液柱谐振工作原理测量的局限性（传感器无法准确测量切水管线中快速流动液体介质的水中含油率），又兼顾了短波吸收原理的传感器能准确测量切水管线中快速流动液体介质的水中含油率，以DN50管线为例，最大切水量可以达到50t/h。 OW-03-QF-TYH-ST型切水器的传感器采用了双频恒幅的液柱谐振+短波吸收双路电信号同时检测介质的温度，密度，介电常数三方面参数进行检测，对三种参数曲线拟合运算能够精确测量出快速流动的液体介质的水中含油率。
短波谐振频率范围为是3-30 MHz。同一频率的电磁短波通过不同的介质谐振时，介质所吸收的短波谐振能量是不同的，吸收多少服从朗伯一贝尔定律
I0= I eu1c1l1
式中I为穿透能量；I0为发射能量；u为吸收系数；c为介质系数；l1为介质厚度。
当检测仪用于检测储油罐中的油水混合物时，两种物质分别为水和油。
检测仪发射一固定频率(4MHz )的电磁短波时，油对这个频率的电磁短波能量的吸收系数u很小，这里我们将其近似为零。
当传感器尺寸固定时，l1近似为恒定值。
穿透能量I被管线吸收，这个能量随介质的变化很小，可近似为恒定值。
因此，发射能量I0只随介质浓度(油和水的混合介电常数)变化而变化，呈非线性曲线特性。当油水混合物的浓度变化时，发射器发射功率的变化（吸收能量变化），引起发射器内部振荡源电流值i的变化，将这个变化了的电流i经过调零、放大、整形、软件程序线性化处理后，作为标准信号4～20mA输出，实现水中含油率的测定，根据水中含油率的大小自动控制调节阀的开度和关闭，自动实现最大开度的快速切水，切水器自带的两个传感器中的任何一个传感器检测到水中油含率超过设定的关阀参数时， 切水器自动关阀。
2.2 技术特点
2.2.1一般情况下，无论储油罐内部排水管线是否带虹吸口，切水器都可以实现自重力回油自动切水。如果用户现场储油罐排水管工艺结构特殊(储罐内排水口为虹吸口式，并且无法自回油时)，也可以按照用户需求安装上切水器自身成套的回油组件。
2.2.2切水器的水中含油检测传感器采用接触式测量，材质：蒙乃尔钛合金400H（N04400/2.430），表面采用纳米特氟龙涂覆工艺，涂覆厚度误差≤0.02mm。这种涂覆工艺具有很强的防挂料的优点；探头探针与电子单元采用自动锁存连接，接触触点采用纯金电镀工艺处理。
2.2.3传感器只对油的密度和介电常数敏感，而非对水的密度和介电常数敏感，确保切水过程中无任何油品外泄。使用过程中，油和水进入切水器后可自动分离，余油能快速回流到油罐内，当切水器内水位达到一定高度时，阀门开启排水；水位降到一定高度时，阀门自动关闭。检测灵敏度不受管道内壁粘油、油水乳化层厚度、金属离子浓度的变化影响。
2.2.4伴热系统：现场自动切水器伴热采用管道外蒸汽管线伴热，出厂时切水器已预留蒸汽伴热外接口，法兰连接，口径为DN25，安装时与现场的蒸汽管线相连即可，蒸汽温度小于200℃。
2.2.5 清洗功能：当用于特稠油或渣油时，在每次切水开始后同时自动进行自动清洗，具有自动擦除功能，可清除探头表面的附着物，保证每次切水的测量精度。因此切水器具有双保险的自清洗功能，不需要人工定期清洗。
2.2.6平均切水量：l0t/h，最大切水速度可达50t/h，切水含油量＜200ppm；
2.2.7 如果用户设计为密闭管线切水系统，采用在切水阀前的管线上加装管道视镜，操作工人现场可通过视镜的玻璃视窗直观的观察管线内的回油状态；如为就地直接排水非密闭排水，则选择可选择带防爆监控摄像系统。
3 OW-03-QF-YTH-ST型油品储罐自动切水系统的组成及技术参数
3.1 OW-03-QF-YTH-ST型油品储罐自动切水系统由现场自动切水器（包括OW-03-YTH型双探头水中含油检测仪、管道视镜、切水气动调节阀）、中控室PLC可编程控制柜和上位机DCS、管道伴热系统组成。根据现场储油罐排水管工艺结构（带虹吸孔），可成套回油组件。
3.1.1系统组成和设备现场安装图片如下
3.2技术参数
3.2.1系统参数
1、现场自动切水器的设备采用法兰连接，通用法兰口径DN80(PN16)，最大法兰口径尺寸可达DN200。
2、防爆电磁阀防爆等级：ExdIICT6
3、供气压力：低压蒸汽1.0MPa（G），氮气0.6 MPa（G），仪表风0.5 MPa（G）；
4、环境温度：-40-+70℃
5、伴热系统口径：DN25
6、内螺纹气源球阀：DN15 PN2.0 卡套式，材质：304。
7、最大切水量：50m3/h。
8、总质量：100kg。
3.2.2 OW-03-YTH水中含油检测仪技术参数
OW-03-YTH水中含油检测仪是我公司自主研制的智能检测仪表，采用先进的短波液质谐振吸收工作原理(即液柱谐振+短波吸收)，根据被检测介质的温度，密度，介电常数三方面的参数进行数字化曲线拟合运算，精确计算出快速流动的液体介质的水中含油率。
智能化的数字处理不仅提高了检测精度，而且方便了操作以及与其他数字设备的通讯。
切水器测量传感器技术参数和实物图片如下：
技术参数：
1、水中含油率检测范围0～100%（体积比）。
2、检测误差：≤±0.1%。
3、检测精度：0.1级。
4、供电电源： 24VDC，消耗功率：1.5W。
5、输出方式：无源4～20mA。
6、防爆等级：ExiaIICT6。
7、外壳防护等级：IP66。
8、传感器承压能力：2.5MPa。
9、环境温度：-40～+70℃。
10、大气压力：800—1100KPa。
11、电气接口口径：M20×1.5。
12、连接法兰口径：DN80 PN16（HG/T20592～20635-2009）。
13、传感器探头：材质采用蒙乃尔钛合金400H（N04400/2.430），表面采用纳米特氟龙涂覆工艺涂覆厚度误差≤0.02mm，探头探针与电子单元采用自动锁存连接，接触触点采用纯金电镀工艺处理。
4 OW-03-QF-YTH-ST型油品储罐自动切水系统结构及系统布线
4.1现场自动切水器采用管道式流线型撬装设计结构，自带两个特种传感器，安装在撬装管道的两个腔体内分别单独测量，如下图:
当探头1、探头2任一测量信号检测到油时立即关闭切水阀，避免跑油。
4.2 OW-03-QF-YTH-ST型油品储罐自动切水系统现场自动切水器现场安装
4.2.1不带独立回油管线组件安装方式
1、 排水管线手动阀门：DN100（PN16）；
2、 蒸汽伴热法兰：DN25，材质304；
3、 检测传感器1；
4、 检测传感器2；
5、 管道直通视镜：DN50，材质304；
6、 切水阀：切水阀可采用多段式气动阀或采用比例调节的电动阀。
气动阀规格：DN50，材质304，防爆电磁阀和回讯开关接口为NPT1/2，气源接口为内螺纹气源球阀，DN15 PN2.0卡套式，材质304；
电动阀规格：DN50，材质304，电气接口为NPT3/4；
7、 排水口手动阀门：DN50（PN16），材质304；
8、 防爆电磁阀： 防爆等级ExdIICT6，接口规格1/2"NPT；
9、 回讯开关：防爆等级 ExdIICT6，开和关两位置；
10、现场防爆PLC控制柜：LCZ1200*800*300（RS485）（多台控制），材质304，防爆等级ExdⅡBT4；
说明：
1、管道直通视镜安装位置在切水阀的前端。
2、切水器的连接法兰口径DN100与现场排水管线的法兰口径尺寸一致。
3、现场自动切水器的所有管线和传感器探头1、2水平安装，不能高于排水管线。
4.2.2带独立回油组件安装方式
1、排水管线手动阀门：DN100（PN16）；
2、 蒸汽伴热口：DN25，材质304；
3、 检测传感器1；
4、 检测传感器2；
5、 管道直通视镜：DN50，材质304；
6、切水阀：切水阀可采用多段式气动阀或采用比例调节的电动阀。
气动阀规格：DN50，材质304，防爆电磁阀和回讯开关接口为NPT1/2，气源接口为内螺纹气源球阀，DN15 PN2.0 卡套式，材质304；
电动阀规格：DN50，材质304，电气接口为NPT3/4；
7、 排水口手动阀门：DN50（PN16），材质304；
8、 防爆电磁阀：防爆等级ExdIICT6，接口规格1/2"NPT；
9、 回讯开关：防爆等级 ExdIICT6，开和关两位置；
10、现场防爆控制柜：LCZ1200*800*300（RS485）（多台控制），材质304，防爆等级ExdⅡBT4；
11、回油三通：DN100-100-50，材质304；
12、回油泵：DN50（PN16），材质304；
说明：
1、管道直通视镜安装位置在切水阀的前端。
2、切水器的连接法兰口径DN100与据现场排水管线的法兰口径尺寸一致。
3、现场自动切水器的所有管线和传感器探头1、2水平安装，不能高于排水管线。
4、回油管线（回油泵）与管道上的回油三通采用法兰连接。
4.3切水器在油品罐区现场布线安装示意图
说明：
1、现场防爆控制器柜体安装方式采用墙体固定安装或焊接角钢支架安装；中控室上位机至现场防爆控制柜的供电电源电缆、485通信电缆经桥架及穿线管敷设至现场防爆控制器的柜体接口处；
现场防爆控制柜至切水器主体设备的24VDC电源电缆、4~20mA信号电缆、阀位回讯电缆、防爆电磁阀24VDC电源电缆经桥架及穿线管敷设至切水器主体设备处，由防爆分线盒连接防爆挠性管至各仪表接线口；
2、水中含油检测仪、防爆电磁阀、阀位回讯器的进线接口采用防爆挠性管连接方式，与防爆三通分线盒连接；现场防爆控制器柜体进线接口电缆采用白钢金属格兰头（规格G3/4）密封连接；
5.切水系统操作说明及DCS组态示意图
5.1进入上位机控制系统，显示显示主界面，如下
主界面控制方式有三种，1：为手动控制。2：半自动控制。3：全自动控制
（1）、手动控制
手动控制就是工人通过“手动开阀”按钮控制阀门打开和关闭。按动“手动开阀”按钮阀门开启，水由排水管线排出，仪表可实时显示当前流过的水中含油率；再按一下关阀按钮，阀门关闭，停止切水。
操作说明：按下“手动开阀”后阀门打开，按下“关阀”后阀门关闭。
（2）、半自动控制（根据现场实际要求选择）
半自动控制就是通过“半自动开阀”按钮，手动控制阀门打开后，延时3s后排出管线内的存留介质。如果双探头传感器的检测信号同时小于设定值（5%，参考值，水中油含量达到排放标准），继续切水。当任一传感器的检测信号大于设定值（5%参考值，水中油含量超标）时，阀门自动关闭，停止切水。
操作说明：按下“半自动按制”后阀门打开，放水延迟时间到后仪表自动检测管道中的含油率，如当前的含油率小于设定值时，阀门一直打开。直到含油率大于设定值关闭阀门。
（3）、全自动控制
全自动控制就是通过“全自动按钮”执行全自动控制。如果双探头传感器的检测信号同时小于设定值（5%，参考值，水中油含量达到排放标准），开始连续切水，并根据切水量的大小自动调节气动调节阀的开度，一直保持最大切水速度切水。当两个测量传感器中的任一传感器的检测信号大于设定值（5%参考值，水中油含量超标）时，阀门自动关闭，停止切水。双探头传感器自动检测管线中的含油率，如果管线当前的含油率同时小于设定值时，切水器DCS控制系统自动打开阀门，重复上述切水过程。
在所有状态下可以手动强制关闭阀门，结束当前控制方式。
5.2 切水系统的信号远程与控制
切水系统含有阀位开关度、电磁阀以及水中含油率等信号，其输出RS485通讯信号，可接入用户控制室PLC和DCS系统，实时监控现场切水器的工作状况，并实现远程启闭脱水器。根据不同用户的需要可以不带我们自己成套的DCS控制系统，也可以直接接入用户现场原有的DCS控制系统。切水系统是一套完整的独立系统，没有后台控制。自动切水系统材质均为不锈钢304，不需要特殊的维护。
5.3切水系统特有的两种安全使用保护功能
5.3.1自动休眠功能
切水系统为了保持良好持久的长期连续自动工作，具有自动休眠功能和超时切水自动自检保护功能，在每次切完水后，切水系统自动进入休眠状态（切水阀持续关闭、传感器停止检测、回油系统停止工作、电磁清洗也停止工作)。当储油罐下次进油沉降完成后，切水系统自动唤醒，进入正常切水工作状态，这样可以减少无必要的频繁切水，延长气动阀门执行机构等设备的使用寿命。
5.3.2超时关阀自动自检功能
当切水系统连续切水超过3小时后系统自动进入短时关阀，自动进入超时保护自动自检程序，在短时自检过程中再次检测确认两个传感器的信号检测水中含油率同时小于设定值要求，切水器自动恢复继续切水，循环检测执行，这样可完全杜绝长时间自动切水跑油事故的发生，为使用单位连续生产作业提供最好的安全保障。
6自动切水系统 选型说明
OW – 03 – QF – YTH – ST – （DN） –（PN）–（HY）– （M）– （SX）– （DCS）
说明：
OW -管道内介质油和水的缩写
03- 产品版本升级编号
QF-切水阀采用气动调节阀
YTH-整机一体化缩写
ST-双探头、同频率双路测量(液柱谐振+短波吸收)一体结构型
DN-现场自动切水器口径
PN-储油罐设计压力等级
M- 储油罐内油品介质类型，1表示轻质油，2表示重油，3表示特稠油、渣油
HY-带回油系统成套组件
SX-带现场防爆摄像头可远程监控
DCS-带独立的DCS系统
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