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石油工業(yè)中的壓力與溫度儀表

時(shí)間:2011-03-02 15:12:20來源:xuliyuan

導(dǎo)語:?多年來,堡盟一直在為石油工業(yè)提供可靠的儀器儀表。堡盟為法國道達(dá)爾(TOTAL)集團(tuán)等重要石油天然氣公司提供產(chǎn)品和技術(shù)支持,有力提升著這些用戶的安全標(biāo)準(zhǔn)。

因?yàn)槭豌@探煉制的惡劣環(huán)境條件以及危險(xiǎn)物質(zhì)的存在,此行業(yè)對(duì)安全有極高的要求。這些領(lǐng)域中使用的儀器儀表須性能優(yōu)越且達(dá)到一定的防爆等級(jí)。多年來,堡盟一直在為石油工業(yè)提供可靠的儀器儀表。堡盟為法國道達(dá)爾(TOTAL)集團(tuán)等重要石油天然氣公司提供產(chǎn)品和技術(shù)支持,有力提升著這些用戶的安全標(biāo)準(zhǔn)。

      由于全球石油資源減少,近年來世界原油產(chǎn)量不斷降低:2008年,全球每天生產(chǎn)約7,500萬桶石油,而在2010年,僅約為6,500萬桶。然而,全球能源需求及石油消耗卻仍在不斷增長。為滿足要求,石油工業(yè)不得不轉(zhuǎn)向超重油和天然瀝青等極難生產(chǎn)且極大消耗能量和水的燃料資源。

石油工業(yè)對(duì)儀器儀表的要求

      石油工業(yè)會(huì)用到多種儀器儀表:機(jī)械式(例如壓力表、溫度計(jì)和化學(xué)密封)及帶隔膜密封的液位及電子式壓力變送器。這些裝置在上下游生產(chǎn)工藝中面臨著極高的挑戰(zhàn),如煉油廠及石油天然氣輸送等。所有這些工藝過程均需使用精確、可靠的測(cè)量儀表。環(huán)境條件非??量?,并且還受到在高溫高壓下及過程介質(zhì)中有害物質(zhì)的影響。如何協(xié)調(diào)能源生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)之間的矛盾是石油工業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)之一。為達(dá)到此目標(biāo),工廠需要絕對(duì)無故障地運(yùn)行。這繼而要求進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠的測(cè)量。另外,超重油和瀝青生產(chǎn)需要采用新的工藝,從而產(chǎn)生了對(duì)采用新工藝新材料的壓力、溫度及液位儀表的需求。

 

圖1:堡盟石油石化專用儀表

 

海上鉆井中的壓力測(cè)量

      在海上鉆井中,壓力和溫度隨著油層深度的增加而升高:當(dāng)水深為1500米時(shí),溫度為4℃,壓力為15MPa。在極深的油層中(超過5000米),例如在英國北海中的埃爾金/富蘭克林地巖層,壓力上升至110MPa,溫度為190℃。另外,由于復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu),在鉆井過程中,壓力可能會(huì)突然地發(fā)生變化。因此,必須一直控制油井壓力,以免發(fā)生井噴。為了維持孔壁強(qiáng)度和補(bǔ)償?shù)撞繅毫Γ枰蛴途泄嘧⒛酀{。MFR6是一款控制泥漿灌注高壓的專用傳感器。這種為鉆井專門設(shè)計(jì)超耐用的壓力傳感器,可以測(cè)量0…6MPa直至0…100MPa的壓力。

      位于鉆孔正上方的若干截止閥構(gòu)成了所謂的防噴器(BOP),是一個(gè)關(guān)鍵的安全裝置。防噴器處的壓力可以用MEX5和MEX8壓力表進(jìn)行測(cè)量。這些儀表是專門為石油工業(yè)的苛刻工況設(shè)計(jì)的,具有不銹鋼外殼,能夠測(cè)量高達(dá)160MPa的壓力。堡盟還可提供由316L不銹鋼、蒙乃爾合金等材質(zhì)的彈簧管壓力表。

 

圖2: MEX5和MEX8

      在鉆井期間,鉆頭內(nèi)部裝有壓力變送器來測(cè)量鉆頭的掘進(jìn)壓力。由于超深油層中的溫度非常高(約180℃,幾乎為電子器件的耐溫上限),堡盟與某大型鉆井服務(wù)公司合作,特別為這些應(yīng)用開發(fā)了一款專用壓力變送器。PDRB型變送器憑堅(jiān)固及在最苛刻工況下穩(wěn)定的高精度而卓然不群。

      在石油開采中,與測(cè)量裝置接觸的大多數(shù)物質(zhì)均具有腐蝕性。因此,測(cè)量裝置需要采用耐腐蝕材料制成。大多數(shù)壓力測(cè)量裝置均采用耐海水腐蝕蒙乃爾合金或哈氏合金制成的隔膜。對(duì)于涉及產(chǎn)生硫化氫(一種極強(qiáng)的腐蝕性氣體)的過程,堡盟提供了帶苯酚外殼的壓力表。除了耐腐蝕性介質(zhì)之外,測(cè)量裝置還必須耐高溫。這可以由同時(shí)能夠應(yīng)付腐蝕性或危險(xiǎn)介質(zhì)的化學(xué)密封來實(shí)現(xiàn)。

      石油和天然氣生產(chǎn)主要在于分離水、氣和原油。這可以在7MPa的壓力下在分離器內(nèi)由重力分離各組分來實(shí)現(xiàn)。流量可以通過差壓變送器EDD575來測(cè)量,其最低可測(cè)0-10kPa的差壓。X913防爆壓力變送器可安裝在節(jié)流閥組上,來測(cè)量7MPa的靜壓。

 

圖3:實(shí)際應(yīng)用中的EDD575和/或X913

用于高過程溫度的化學(xué)密封

      在加拿大,油砂生產(chǎn)使用蒸汽來加熱瀝青。這降低了瀝青的粘度,并使瀝青能夠容易被抽上地面。地面上的環(huán)境溫度可能會(huì)低至-40℃,而過程溫度則可能會(huì)高至400℃,靜壓達(dá)25MPa,而差壓僅1kPa。針對(duì)這類應(yīng)用,堡盟開發(fā)了專門用于高過程溫度的化學(xué)密封。這種化學(xué)密封將介質(zhì)與儀表隔離,并由密封隔膜通過導(dǎo)壓油將壓力傳遞至壓力儀表。

      D900系列化學(xué)密封適用于在-40℃至+400℃的過程溫度下,測(cè)量粘性或腐蝕性介質(zhì)的絕壓、表壓或差壓。D902型化學(xué)密封的耐壓高達(dá)25MPa,系專為油砂生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的。其法蘭由鍛造不銹鋼制造。隔膜根據(jù)不同工況有不銹鋼、哈氏合金、Uranus B6 或Ta等材質(zhì)。在涉及氫離子的應(yīng)用中,堡盟提供鍍金隔膜供選用。對(duì)于低溫應(yīng)用,或?yàn)榱俗畲笙薅鹊販p少對(duì)環(huán)境溫度的影響,堡盟還提供帶有保溫層的伴熱/冷毛細(xì)管。法蘭上分別裝有蒸汽伴熱閥、排空閥和通風(fēng)閥。

 

圖4:D900系列化學(xué)密封

道達(dá)爾諾曼底煉油廠

      法國道達(dá)爾集團(tuán)在諾曼底擁有法國最大的煉油廠,該廠多年來一直在不同生產(chǎn)過程中使用堡盟的測(cè)量儀表。第一步工藝是常壓蒸餾,將原油與多種餾分分離。此過程需要一個(gè)多點(diǎn)熱電偶來測(cè)量最高達(dá)850℃的幾個(gè)溫度值。接下來是真空蒸餾,將殘留物進(jìn)一步分離。在此過程中,要用低壓變送器測(cè)量10至40毫米汞柱的絕對(duì)壓力,用熱電偶傳感器測(cè)量約370℃的溫度。然后是催化重整工藝,將具有較低辛烷值的石腦油轉(zhuǎn)化成為汽油。在此過程中,工藝溫度高達(dá)550℃。道達(dá)爾采用堡盟的TBI雙金屬溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)量,此儀表用全不銹鋼制成,非常堅(jiān)固,適用于-70℃至600℃的溫度范圍。在0.3至3.5 MPa范圍內(nèi)的壓力則使用MEX5工業(yè)型壓力表進(jìn)行測(cè)量。

 

圖5:TBI雙金屬溫度計(jì)

      在硫回收裝置中,溫度從300℃升至1000℃,壓力為0.3至0.5 MPa。道達(dá)爾使用帶有哈氏合金隔膜密封和測(cè)溫?zé)犭娕嫉腗EP5安全壓力表進(jìn)行壓力測(cè)量,該裝置專為此類極端苛刻工況而設(shè)計(jì)。

 

圖6:帶熱電偶的MEP5

      餾出液加氫裂化器(DHC)將分子量較高的碳?xì)浠衔镳s分裂化成為汽油、柴油等產(chǎn)物。此過程的氫氣壓力為20MPa且高達(dá)480℃的高溫條件下進(jìn)行。氫氣壓縮機(jī)處的壓力用工業(yè)型壓力表MEX5進(jìn)行測(cè)量。為了保護(hù)測(cè)量裝置不發(fā)生氫脆,采用了帶鍍金隔膜的D900系列化學(xué)密封。

      MEX5壓力表和TBI雙金屬溫度計(jì)亦用于煉油廠的熱電廠——熱電聯(lián)產(chǎn)有助于減少二氧化碳的排放。控制壓力約為0.4 MPa,溫度約為140℃。

      大型煉油廠(例如道達(dá)爾諾曼底工廠)安裝有大約10,000只壓力表和9,000只壓力變送器。由于環(huán)境條件嚴(yán)苛,這些裝置每年必須更換約10%,這就意味著所有測(cè)量裝置必須在十年內(nèi)全部更換,以保持工廠的質(zhì)量與安全標(biāo)準(zhǔn)。

 

圖7:道達(dá)爾諾曼底煉油廠

安全信息

      Deepwater Horizon爆炸和墨西哥灣石油災(zāi)難的可怕景象使人們更加重視安全和環(huán)境保護(hù)。這兩點(diǎn)均與石油天然氣工業(yè)密切相關(guān),亟需采取有效的風(fēng)險(xiǎn)管理。IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了確保系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本安全要求,同時(shí)定義了發(fā)生故障時(shí)的早期報(bào)警。為了降低風(fēng)險(xiǎn),所用裝置必須符合特定的工藝整體安全水平要求(SIL)。另外,比較陳舊的設(shè)施必須采用先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行更新,例如用帶更少接頭的新型管道系統(tǒng)代替舊管道等,以降低微泄漏導(dǎo)致爆炸的危險(xiǎn)等。

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