原油含水分析仪技术发展现状
王国庆　张健
(大庆油田工程设计技术开发有限公司)
11含水分析仪的分类
目前,在现场使用的含水分析仪有许多种类,根据其工作原理的不同,常用的原油含水分析仪主要可分为四种:射频法、微波法、电容法和射线法。

虽然同种的含水分析仪也有不同,但其基本原理相差不大,下面对这些含水分析仪进行简要介绍。

(1)射频法含水分析仪。

由于油水对电磁波的阻抗相差较大,通过发射器对测量介质发射高频电磁波,介质中含水量不同,所产生的电磁波频率也不同,通过测量电磁波的频率就可以测量出介质中的含水量。

该类产品厂商主要有中国计量院和美国DE公司等。

(2)微波法含水分析仪。

水的电导率和传导率要远高于原油,可以利用这个差异来测量油水混合物中的水的含量,含水测量仪表利用微波的共振特性进行测量,管道的自然振动频率受管道内部介质的密度影响。

这就意味某一频率可以测量介质的密度。

通过测量共振频率和波峰宽度,就可以测量腔体内部材料的导电特性。

而且该含水分析仪在电子技术方面进行了改进,可连续进行温度和密度补偿,通过精确测量波峰的谐振频率,就可以精确测量出管道内部介质的含水值。

该类产品厂商主要有挪威R oxar公司、美国Phase Dynamic公司等。

(3)电容法含水分析仪。

由于油和水的介电常数差异较大,当介质中水含量增加会引起介电常数的增大,进而导致极板间电容增高,而电容的变化会引起振荡频率的变化,该振荡频率代表介质中的含水率,通过测量振荡频率就可以测量管道中介质的含水值。

该类产品厂商主要有加拿大Delta公司、哈尔滨电子技术研究所等。

(4)低能源含水分析仪。

利用γ射线放射源产生γ射线,用γ射线照射管道中的介质,由于油和水对γ光子的吸收率不同,介质中的含水量越高,透射的γ光子也就越少,这样探测器检测到的γ光子也就越少,通过对γ光子的计数检测,就可以对管道中介质的含水率进行检测。

该类产品厂商主要有兰州科庆公司、西安思坦公司等。

(5)电磁波含水分析仪。

通过发射电路发射高频电磁波信号,一路反馈至同轴线传感器,油水混合介质在同轴线传感器内流过,电磁波在其中传输后产生相位移和幅度衰减,然后经接收电路接收并放大处理后,送入混频器。

另一路直接送入混频器。

混频器对高频信号和本机振荡器产生的高频信号进行混频产生中频信号。

最后将混频器产生的两路中频信号进入鉴相器进行鉴相,经鉴相器处理后,得到电磁波在同轴线中油水混合介质中传播时的相位。

油水混合介质中含水率发生变化时,该相位也随着发生变化。

通过对相位的测量,就可以得到油中的含水率。

21含水分析仪的使用现状
在含水分析仪应用方面,国内外有较大的不同。

据不完全了解,国外在测量含水率较低时,主要采用电容法和微波法原理的含水分析仪,这两类仪表分辨率较高,并具有较高的测量稳定性,通过内置的温度传感器可实现实时温度补偿。

在含水率较高时,则采用微波法原理的含水分析仪。

这些仪表基本都可以通过RS232端口与计算机进行通讯和联机调试,人机界面采用菜单提示,因而其调试过程非常简单。

国外含水仪表虽然质量好、功能多、适用面广、有较好的在线补偿校准能力,但缺乏中文化、本地化,价格也较贵,同类产品的价格相当于国产的3倍以上。

而国内在含水分析仪应用方面,则显得比较多样化。

在含水率较低时,采用的含水分析仪有电容法、射频法和低能源法。

在含水率较高时,采用的含水分析仪主要为低能源法和短波吸收法。

这几种含水分析仪都是基于油水介电常数的不同,而含水原油的介电常数除受到含水率变化的影响外,还受介质温度密度变化的影响,因此要实现准确可靠的测量,这些含水分析仪必须经过温度、密度补偿。

但国内这些仪表进行温度补偿时,都是采用在管道上安装温度变送器来测量介质的温度,因而其温度补偿有一定的滞后。

短波吸收法在含水测量时,可以对瞬时含水率进行测量,但这种原理的含水分析仪在介质状态从油包水转化为水包油时,其测量特性曲线有一个拐点。

因而,在调试过程中需要找准这个拐点。

另外,这种仪表不适合介质中含气较高的测量条件。

此类仪表在现场调试时也比较麻烦,需要进行取样化验对比的含水取样点比较多。

低能源法含水分析仪测量原理主要与介质的密度有关,与介质的状态没有太大的关系,因此,其调试过程相对比较简单,一般需要两个测量点就可以完成仪表的调试,同时,此类仪表还可以对介质中的含气量进行测量。

但由于内含放射源,虽然其能量强度较低,但一般情况下,大多数用户都不太愿意接受此类仪表。

国内含水仪表与国外仪表相比,虽然没有技术质量方面的优势,所能达到的测量准确度普遍较低,但产品开发针对性强,开发过程与用户现场结合得好,因而更切合国内的实际需要和操作习惯,现场服务也比较及时。

国内含水仪表与国外仪表可以说是相互补充的,这种互补性决定了两种产品将长期共存,共同发展,以满足国内不同层次的计量需要。

我国加入WT O后,随着关税下调和仪表市场的国际化,这种差距将很快减小,含水分析仪市场将会迎来日趋激烈的竞争,从而进一步加快含水计量技术的发展进程,
为油田用户提供更多的选择机会和更好
的工业仪表,使我国含水计量水平再上新台阶。

31含水分析仪的未来发展趋势
结合国内外含水计量技术现状,未来国内含水分析仪
的应用将会逐渐与国际接轨。

目前,已经有许多厂家开始
进行微波法和电磁波法等原理的含水分析仪的研制工作,
并将在不久的将来逐步取代低能源法含水分析仪,成为主
要的含水分析仪在线仪表。

(栏目主持　张秀丽)
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油气田地面工程第23卷第5期(200415) 。