屈乐民 王健 周方迪 彭敏
摘 要：本文重点分析无源含水分析仪现场试验情况及代替有源含水分析仪测量原油含水率的可行性。针对第三采油厂采用的含水分析仪为射线型，从安全管理、经济效益角度分析无源含水分析仪的使用价值，同时提出应用前需要解决的技术问题，从而达到降低使用成本的目的。
关键词：放射源;含水分析仪;测量;原油含水率;可行性
一、 问题的提出
采油三厂测量原油含水率采用的是有源含水分析仪，放射源为IV类低危险源。随着地方环境保护部门加大对辐射安全监督检查力度，目前采油三厂已接到地方环境保护部门辐射环境安全专项执法检查问题整改函，不仅存在巨额罚款的风险，同时管理难度增加，安全风险大，且使用成本加大。因此，如何采用无源含水分析仪测量原油含水率，在不影响计量精度的情况下，减少有源仪器的使用，是目前采油三厂原油计量面临亟待解决的难题。
二、原油含水率测量现状及存在问题
1 测量现状
采油三厂测量原油含水率采用的是兰州科庆有限公司生产的有源含水分析仪，它是一种利用放射性同位素和核辐射技术的新型自动控制仪表，一般由射线源、核辐射探测装置、电转换器及自动控制和记录仪表等部分组成，它是根据放射性同位素的γ射线穿过物质时被吸收或散射的规律设计的仪表，其采用的放射性同位素为Pu-238和Am-241，目前全厂共使用46台含水分析仪，分布于20座站点，其中包含Pu-238放射源38枚， Am-241放射源8枚。含水分析仪的安装、调试、维护以及回收等工作均由兰州科庆公司承担，目前主要安装在对外原油交接点、合作区原油交接、联合站以及内部交接点的原油含水率的测量。
2 存在问题
2.1 原油结蜡、含杂质等导致计量不准确
放射源表面结蜡、原油中含有杂质等问题导致射线穿透原油过程中发生变化，射线部分被蜡、杂质等吸收，从而导致误差，如油二转安装的兰州科庆含水分析仪，结蜡周期为一周，导致无法正常计量，且内含放射源，站内工作人员无法自行开展维护。
2.2 温度变化影响计量精度
随着温度变化，油水混合密度发生变化，从而引起含水率测量误差。现用含水分析仪需要温度补偿，这就要求定期对含水分析仪根据输油溫度的变化进行调整，目前由温度变化引起计量误差问题时常出现，如靖四联至靖三联交油管线，由于温度变送器安装位置不合适导致测量温度不准确，含水分析仪温度补偿不合理，造成误差。
2.3 需要办理辐射安全许可证及开展相关工作
目前使用的含水分析仪内含放射源，按照《放射性同位素与射线装置安全许可管理办法》规定，需要办理辐射安全许可证，定期开展环境监测、人员体检、年度评估等相关工作，造成了使用、管理等工作困难，且使用成本加大。
三、无源含水分析仪工作原理及现场试验分析
1 含水分析仪种类
1.1 电特性原理
主要分为射频法、微波法、电磁波法、电容法等，主要是基于原油和水的介电常数（部分包括损耗因子）不同，在不同的电磁波作用下，引起的电特性参数变化量不同。
1.2质量反推法
主要产品为质量流量计，主要是依据原油和水的密度不同进行比例推算。
1.3 射线法
分为有源射线、无源射线两种，根据原油和水对射线吸收能力的不同而设计的工业同位素检测仪表，目前使用的兰州科庆含水分析仪均为有源射线仪表。
2 无源含水分析仪工作原理
有源射线含水分析仪由于内含放射源，虽然其能量强度较低，但涉及到“源”废料处理问题，给管理和使用带来困难。根据精度、重复性及适应性，目前主要采用的是电磁波、电容以及微波原理的电特性含水分析仪。
2.1 微波法含水分析仪工作原理
水的介电常数是80，油的介电常数是2;水的损耗因子是29，油的损耗因子是0.004，微波法利用其二者吸收波的能量不同，通过精确测量波峰的谐振频率来判断含水量，重复性好，模拟电路信号易产生漂移，需要加温度补偿，适合低含水原油检测。
2.2 电磁波法含水分析仪工作原理
电磁波在同轴线中油水混合介质中传播时的相位因油水比例不同而发生变化时，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。其不受粘度、密度、温度、压力的影响，探头结蜡对精度产生较大影响，不适合含气原油的检测，模拟电路信号易产生漂移，适合高含水原油监测。
2.3 电容法含水分析仪工作原理
由于油和水的介电常数差异较大，油水比例发生变化时从而导致电容的变化，会引起振荡频率的变化，通过测量振荡频率就可以测量管道中介质的含水值，水包油、油包水以及原油组份对介电常数的影响敏感性无法补偿。
3 现场试验情况
3.1 数据对比
无源含水分析仪在第三采油厂使用了4台，新寨作业区使用3台，均已损坏，且前期试验数据未进行记录，油房庄一区使用1台，2013年投入使用，目前监测数据稳定。
四、 需要注意和解决的问题
1、由于缺少无源含水分析仪在不同含水率下的试验数据，不能全面评价该类型含水分析仪在第三采油厂运行的可靠性、稳定性和适应性，因此，使用前需要进行进一步的开展试验，跟踪分析录取数据。
2、气体对含水率测定影响较大，试验前，需要对试验站点含气量、含水、液量、输油方式等参数统计分析，且需要对工艺流程进行改造，按照仪表技术要求进行安装，避免影响测量精度。
3、在测量过程中，因砂、蜡等杂质使传感器工作一段时间后造成探头表面结垢，需要定期清理探头表面，以保证计量精度。
4、温度变化对无源含水分析仪的测量精度影响程度无相关实验记录，需要进一步开展现场试验，全面评价含水分析仪的性能。
五、 结论及认识
1、根据目前试验情况，无源含水分析仪的准确度、维护、管理方面相对于有源含水分析仪具有较大优势，且在低含水率下其测量精度、稳定性高于有源含水分析仪，能够替代有源含水分析仪。
2、无源含水分析仪的引进能解决含水分析仪单一供货商问题，加大竞争力度，提高原油含水测量仪表的维护服务质量。
3、无源含水分析仪试验成功后，可以实现区域性含水监测，及时掌握含水变化，制定应对措施。
4、无源含水分析仪内不含有放射源，维护不需要专业部门进行，岗位及技术负责人经过培训后均可进行维护，降低维护难度及周期，且无需地方办理使用许可证，不会发生核泄漏事故，降低了管理难度及安全风险，有效降低使用成本。
作者简介：1984年5月出生，2008年毕业于大庆石油学院，石油工程专业，现为长庆油田分公司第三采油厂工程师。
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