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--石油工業中的壓力與溫度儀表

供稿︰堡盟電子(上海)有限公司 2011/3/2 18:11:00

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  • 關鍵詞︰ 堡盟 石油工業 壓力儀表 溫度儀表
  • 摘要︰石油工業會用到多種儀器儀表︰機械式(例如壓力表、溫度計和化學密封)及帶隔膜密封的液位及電子式壓力變送器。

       因為石油鑽探煉制的惡劣環境條件以及危險物質的存在,此行業對安全有極高的要求。這些領域中使用的儀器儀表須性能優越且達到一定的防爆等級。多年來,堡盟一直在為石油工業提供可靠的儀器儀表。堡盟為法國道達爾(TOTAL)集團等重要石油天然氣公司提供產品和技術支持,有力提升著這些用戶的安全標準。

        由于全球石油資源減少,近年來世界原油產量不斷降低︰2008年,全球每天生產約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,石油工業不得不轉向超重油和天然瀝青等極難生產且極大消耗能量和水的燃料資源。

石油工業對儀器儀表的要求

  石油工業會用到多種儀器儀表︰機械式(例如壓力表、溫度計和化學密封)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工藝中面臨著極高的挑戰,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、可靠的測量儀表。環境條件非常苛刻,並且還受到在高溫高壓下及過程介質中有害物質的影響。如何協調能源生產和環境保護之間的矛盾是石油工業面臨的最大挑戰之一。為達到此目標,工廠需要絕對無故障地運行。這繼而要求進行準確、可靠的測量。另外,超重油和瀝青生產需要采用新的工藝,從而產生了對采用新工藝新材料的壓力、溫度及液位儀表的需求。


道達爾諾曼底煉油廠

  法國道達爾集團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過程中使用堡盟的測量儀表。第一步工藝是常壓蒸餾,將原油與多種餾分分離。此過程需要一個多點熱電偶來測量最高達850℃的幾個溫度值。接下來是真空蒸餾,將殘留物進一步分離。在此過程中,要用低壓變送器測量10至40毫米汞柱的絕對壓力,用熱電偶傳感器測量約370℃的溫度。然後是催化重整工藝,將具有較低辛烷值的石腦油轉化成為汽油。在此過程中,工藝溫度高達550℃。道達爾采用堡盟的TBI雙金屬溫度計進行測量,此儀表用全不袗制成,非常堅固,適用于-70℃至600℃的溫度範圍。在0.3至3.5 MPa範圍內的壓力則使用MEX5工業型壓力表進行測量。

       在硫回收裝置中,溫度從300℃升至1000℃,壓力為0.3至0.5 MPa。道達爾使用帶有哈氏合金隔膜密封和測溫熱電偶的MEP5安全壓力表進行壓力測量,該裝置專為此類極端苛刻工況而設計。

        餾出液加氫裂化器(DHC)將分子量較高的碳氫化合物餾分裂化成為汽油、柴油等產物。此過程的氫氣壓力為20MPa且高達480℃的高溫條件下進行。氫氣壓縮機處的壓力用工業型壓力表MEX5進行測量。為了保護測量裝置不發生氫脆,采用了帶鍍金隔膜的D900系列化學密封。
  MEX5壓力表和TBI雙金屬溫度計亦用于煉油廠的熱電廠——熱電聯產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。由于環境條件嚴苛,這些裝置每年必須更換約10%,這就意味著所有測量裝置必須在十年內全部更換,以保持工廠的質量與安全標準。

安全信息
        Deepwater Horizon爆炸和墨西哥灣石油災難的可怕景象使人們更加重視安全和環境保護。這兩點均與石油天然氣工業密切相關,亟需采取有效的風險管理。IEC 61508標準規定了確保系統正常運行的基本安全要求,同時定義了發生故障時的早期報警。為了降低風險,所用裝置必須符合特定的工藝整體安全水平要求(SIL)。另外,比較陳舊的設施必須采用先進技術進行更新,例如用帶更少接頭的新型管道系統代替舊管道等,以降低微泄漏導致爆炸的危險等。




海上鑽井中的壓力測量

        在海上鑽井中,壓力和溫度隨著油層深度的增加而升高︰當水深為1500米時,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/富蘭克林地岩層,壓力上升至110MPa,溫度為190℃。另外,由于復雜的地質結構,在鑽井過程中,壓力可能會突然地發生變化。因此,必須一直控制油井壓力,以免發生井噴。為了維持孔壁強度和補償底部壓力,需要向油井中灌注泥漿。MFR6是一款控制泥漿灌注高壓的專用傳感器。這種為鑽井專門設計超耐用的壓力傳感器,可以測量0…6MPa直至0…100MPa的壓力。

        位于鑽孔正上方的若干截止閥構成了所謂的防噴器(BOP),是一個關鍵的安全裝置。防噴器處的壓力可以用MEX5和MEX8壓力表進行測量。這些儀表是專門為石油工業的苛刻工況設計的,具有不袗外殼,能夠測量高達160MPa的壓力。堡盟還可提供由316L不袗、蒙乃爾合金等材質的彈簧管壓力表。


用于高過程溫度的化學密封

        在加拿大,油砂生產使用蒸汽來加熱瀝青。這降低了瀝青的粘度,並使瀝青能夠容易被抽上地面。地面上的環境溫度可能會低至-40℃,而過程溫度則可能會高至400℃,靜壓達25MPa,而差壓僅1kPa。針對這類應用,堡盟開發了專門用于高過程溫度的化學密封。這種化學密封將介質與儀表隔離,並由密封隔膜通過導壓油將壓力傳遞至壓力儀表。

        D900系列化學密封適用于在-40℃至 400℃的過程溫度下,測量粘性或腐蝕性介質的絕壓、表壓或差壓。D902型化學密封的耐壓高達25MPa,系專為油砂生產而設計的。其法蘭由鍛造不袗制造。隔膜根據不同工況有不袗、哈氏合金、Uranus B6 或Ta等材質。在涉及氫離子的應用中,堡盟提供鍍金隔膜供選用。對于低溫應用,或為了最大限度地減少對環境溫度的影響,堡盟還提供帶有保溫層的伴熱/冷毛細管。法蘭上分別裝有蒸汽伴熱閥、排空閥和通風閥。


        在鑽井期間,鑽頭內部裝有壓力變送器來測量鑽頭的掘進壓力。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),堡盟與某大型鑽井服務公司合作,特別為這些應用開發了一款專用壓力變送器。PDRB型變送器憑堅固及在最苛刻工況下穩定的高精度而卓然不群。

       在石油開采中,與測量裝置接觸的大多數物質均具有腐蝕性。因此,測量裝置需要采用耐腐蝕材料制成。大多數壓力測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。對于涉及產生硫化氫(一種極強的腐蝕性氣體)的過程,堡盟提供了帶苯酚外殼的壓力表。除了耐腐蝕性介質之外,測量裝置還必須耐高溫。這可以由同時能夠應付腐蝕性或危險介質的化學密封來實現。

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


審核編輯(王靜)
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