在石油化工行業罐區的日常操作中，罐區油罐切水是一項重要工作。原油在開采、運輸、裝卸過程中都會不可避免地帶進水，需定期排放介質中的水分，達到生產要求。在煉油過程中，成品油也會因加工工藝的原因，不可避免地帶水，切水后才能出廠銷售。
近年來，石油化工企業主罐區輕質油儲罐的切水基本已經實現自動化操作，但原油因為有其特殊性，目前主要還靠人工完成罐區原油儲罐的切水工作。人工切水勞動強度大，切水帶出的有毒氣體會對人體造成一定的傷害，人工切水時，需要專人看管，而且見到介質時才知道排放干凈，對環境有一定污染，也增加了污水凈化成本，如果是易燃易爆的介質則存在一定安全風險。并且油罐切水的可靠性完全建立在操作工的責任心上，滿足不了當今石油化工行業綠色、環保、安全排放的要求。隨著技術的不斷進步，迫切需要一種操作可靠的原油自動切水設備，以減輕工人勞動強度，避免有毒有害氣體對人體造成傷害等，這就催生了對原油自動切水設備的需求。
1 罐區目前切水設備的應用現況
近年，隨著技術的進步，為了實現石油化工行業罐區油罐的自動化切水操作，國內廠家研發出了各種自動切水設備。
在罐區油罐切水中，需要檢測的是水中的油含量，自動化切水設備能否成功應用的最主要因素就是油、水檢測傳感器的選擇。選擇的依據是測量介質的物理、化學性質。成品油等輕質油罐的油品品種單一，性質相對穩定，污染小，并且油水密度相差較大，粘度小，針對這類介質的性質，利用機械浮球原理設計的自動切水設備，基本解決了成品油等輕質油儲罐的自動切水問題。
相比之下，原油儲罐情況就復雜得多。原油品種多，性質復雜，密度變化大，并且有些原油密度與水相近，用機械浮球的原理無法判斷油水界面。同時，原油粘度較大，并且原油中含有多種膠質、雜質，容易對檢測傳感器產生污染，使油水界面檢測失靈。
因此，基于油與水密度差異、電導率差異、介電常數差異、導光性能差異、導熱系數差異、微波吸收能力差異、比熱差異、超聲方法、熱值差異、粘度差異等原理設計的原油自動切水設備，由于原理的局限性和結構的缺陷，不能很好地解決罐區原油儲罐自動切水問題。石油化工行業迫切需要一種切水質量好、可靠性高、易于操作、通用性強的儲罐自動切水設備，不僅可以用于普通輕介質儲罐，更要能適用于原油、渣油等黏稠介質的儲罐，從而提高原油罐區自動化水平，豐富管理手段，提高管理水平。
2 原油儲罐自動切水裝置設計目的
完全遵照現有石化行業防爆規范設計，實現自動化，油中有水自動切，做到有效介質零排放，只排水不排油，獨立完成切水工作。
儲罐設備是虹吸式排水管道的，實現自動回油控制，不需要人工干預。
切水設備能在任何環境條件下（刮風下雨、嚴寒酷暑、白天黑夜）工作，連續切水，切水速度快，減少原油在罐中停留時間。
切水設備現場施工簡單，安裝調試周期短。
3 自動切水撬裝裝置設計方案
罐區原油儲罐的自動切水要長期、有效、穩定工作，解決以下兩個現場的實際問題：
（1）傳感器被污染而影響測量準確性。被測原油介質的黏稠、腐蝕等特性對傳感器的測量精度影響極大。油水識別檢測傳感器受到介質污染，檢測精度就會隨之變化，易造成閥門誤動作及跑油等惡性事故。本切水系統中，檢測傳感器采用了矩陣式微電容射頻巡檢處理和介質溫度補償等先進技術，切水罐內的雜質、油泥會在切水過程中隨水一起排出，不會在切水器內沉積，解決了傳感器被污染的問題。
（2）回油問題。罐區油品介質儲罐的切水口形式分兩種：直排式切水口和虹吸式切水口。直排式切水口進到切水器的油能原路返回到油罐。對于采用虹吸切水管的儲罐，儲罐內的沉積水無法再次排放，自動切水撬裝設備利用周轉罐將滯留在切水管道或切水罐內的少量油品推回到儲罐內，解決回油問題。
3.1 自動切水撬裝裝置組成
下面介紹一套安全、智能的新型原油切水撬裝裝置的設計。撬裝裝置是設備框架和設備整體組合的一種形式，將切水所需的所有設備（容器、儀表及附件、閥門、開關、周轉泵等為整體連接）固定在一個角鋼或工字鋼制成的底盤上，移動、就位可以使用起重設備完成。撬裝設備是安裝好了的一個整體式集合，與儲罐排水口法蘭連接時，無需再在中間安裝閥門、儀表等設備，只需用管線聯通即可。
切水撬裝設備PID圖如圖1所示，其主要由檢測傳感器、切水控制系統、切水罐、周轉罐、氣動切水閥、回油閥、周轉泵、電磁流量計和遠程監控系統等組成。
切水撬裝裝置的控制系統由檢測儀表、PLC及電氣控制部分等組成，在北方寒冷環境下，裝置冬天需要加熱，防止油品凝結，影響脫水效果。加熱時，需控制好溫度。切水完成后，切水罐底部是水，上部是油，采用蒸汽管對水進行加熱，溫度過高時，沸騰的水會產生蒸汽，對上部的油進行“汽提”，帶走全部輕組分，剩下的重組分將會形成更多的油泥，甚至結焦;溫度過高也容易在切水罐底部產生結晶鹽。現場沒有蒸汽時，可以用電伴熱方式進行加熱。如果罐區現場有90 ℃左右的熱水，用熱水加熱最合適。
自動切水撬裝裝置中周轉回油泵的揚程，要根據原油儲罐的高度換算的大氣壓力和儲罐切水口至切水撬裝裝置切水罐之間管道口徑、長度等換算出的壓力進行選擇。周轉泵的揚程壓力要大于兩者壓力之和的1.3倍，以利于周轉泵將回油罐內的介質通過切水罐輸送回原油儲罐。同時，周轉泵在撬體上的安裝需要做防噪處理，保證整個切水撬裝裝置的噪聲控制在要求的80 dB之下。
撬裝裝置控制系統帶有防爆觸摸顯示屏，在現場可直接觀察到切水的工作狀態，可直觀顯示切水過程、所有儀表運行參數和切水的流程狀態，在現場可用遙控器直接調整工作參數。切水實現全自動[1]，系統運行后不需要人工干預，按預定程序完成切水工作。主要操作畫面如圖2所示。
3.2 自動切水控制邏輯
對于直排式切水口，切水罐上部安裝的傳感器判斷檢測到儲罐流入的介質是水，且設定的沉降時間到，PLC發出信號驅動氣動切水閥打開，系統開始切水;切水過程中，如傳感器檢測到是油或到達了設置的最大切水時間，切水系統發出信號驅動氣動切水閥關閉，系統停止切水，完成切水過程。自動切水邏輯如圖3所示。
檢測為油流程如圖4所示。
對于虹吸式切水口，撬體增加了周轉罐，通過控制周轉泵，利用周轉罐將切水過程中進入脫水管道和二次切水罐內的油品送回到原油儲罐內。為維持周轉罐內氣壓平衡，確保儲罐在超壓或真空時不被破壞，且減少罐內介質損耗，周轉罐上部安裝一臺阻火呼吸閥。
傳感器檢測到油，停止脫水后，啟動回油系統，先將脫水器上部和虹吸管中回油口的油存儲在回油系統中，原油儲罐中的水再次進入切水罐，又開始切水。切水罐傳感器再次檢測到油，停止脫水，先將存儲在回油系統中的油打回原油儲罐，騰空回油系統，再將切水罐上部和虹吸管中的油存儲在回油系統中，油罐中的水再次進入切水罐，又開始切水。啟動回油系統后，還是檢測不到水，說明原油儲罐中的水已經脫完。然后，每2 h（時間可根據現場實際情況設定或系統自整定）控制周轉泵啟動一次回油系統，檢查原油儲罐中是否有水。
周轉泵控制流程如圖5所示。
現場自動切水撬裝裝置的控制系統通過RS485與罐區集控中心的監控系統進行數據交換。操作人員可遠程監視現場的切水狀況，也可以遠程控制切水閥的開與關，同時也可根據需要，隨時對各類參數、運行模式進行調整。當切水閥、切水PLC控制系統、傳感器、通信、失電等出現故障時，后臺監控系統能及時報警，提醒操作人員及時處理。
切水撬裝裝置在排水口安裝了電磁流量計，將切水流量累積后發給后臺計算機監控系統，通過計算機軟件對數據分析、運算可以獲取更多原油生產管理的有價值信息。通信示意圖如圖6所示。
切水罐上部安裝兩個傳感器，采用二選二安全控制模式，只有在兩個傳感器均檢測到是水時，系統才會打開切水閥門，任何一個傳感器檢測到水中油含量超標時，立即關閉切水閥，切水撬裝裝置為故障安全型，任何故障系統都會關閉閥門，停止切水并報警提示，保證系統安全、可靠運行。
