在石油化工行业，石油是非常重要的能源之一，是工业经济的支柱。由于人们不断地采集原油。目前大部分油田含水率极高,导致石油的产量和质量开始下滑，随着科技的快速发展，工业上对石油的纯度要求却越来越高，因此必须将开采到的石油进行处理，并且将里面的杂质和水快速的分离出来[1-2]。
在我国许多石油化工行业中，判断油水分离的程度主要还是依靠有经验的工人师傅。对于刚开采出的原油需要进行初步沉降过程，主要原理就是根据油水密度差，水比油重，在经过一段时问的静置后，依据重力油慢慢上浮，相反水向下沉淀，最后达到初步油水分离的目的。目前常规的方法是在储罐底部专设一脱水阀门，由人工进行脱水。油水分离后，人工现场操作开始排水和输输出原油，没有检测装置。这种根据基本的自身经验，物理原理,判断沉降效果，不但降低了油水分离的效率和准确度,更重要的是需要人员实时在现场进行观察记录排水，因为含水原油中富含大量矿化元素，具有极强腐蚀性，同时,切水口散发也会散发出有害气体。所以对于工作人员的生命安全造成一定的威胁。手动切水操作质量的好坏完全依耐于操作人员的经验、责任心。
但到目前为止，油品在生产过程巾会混入一些水和杂质。为保证油品质量，必须将储油罐内明水切除到规定的标准。因此,储罐切水人工操作不仅是石化企业自动化的空白点，也是操作信息的盲区。同时，储罐人工手动切水所排出的含油污水在地下管线、窨井的局部地方形成有机物气体聚集,其浓度可达到爆炸极限，成为安全隐患[3-5]。
随着信息技术的发展，国内外石油化工企业的自动化、智能化及控制技术水平不断提高和完善，生产和装置的高度自动化不仅大幅度提高了生产效率和管理水平，减轻了操作人员的劳动强度。应用可靠的自动切水设备设备替代人T操作，实现储罐切水自动化既是石化企业安全生产和高效管理的迫切需要，也是石化企业减少污染、提高安全水平的社会责任。近三十年来，随着环保、安全意识的提高，国家相关部门多次修改和提高了与储罐自动切水相关的设计规范(参见GB501600—2008、SH／T3007—2014、SH3095—2000)及设计标准，中石化、中石油也曾分别多次在下发的内部文件中提及“对于需要切水的储罐宜安装自动切水设备[6-7]。为了实现储罐切水自动化，国内众多科研单位及企业对储罐切水设备的核心技术进行了大量研究,先后向市场推出了不同原理及结构的储罐自动切水设备[8-9]。
1、自动切水器的发展现状
随着科技的飞速发展，在石油化工行业，近几年来对成品油罐脱水已经逐步向自动化方向迈进。随着技术的不断进步，人们研发出了各种类型的自动脱水装置，用以完成成品油罐脱水作业，因此油罐自动切水器的产品也越来越多，目前已经投入使用的切水器大致可分为两大类：
1.1油水检测器与传感器接触型自动切水设备
此类设备有机械浮球式(机械浮球+电子传感器)、谐振密度计式、微波式、电容式／电磁式、射频导纳式等不同原理的自动切水设备。
1.1.1机械浮球式自动切水设备
该类自动脱水设备是利用“阿基米德原理”，事先将浮球的密度设定为油、水的平均密度。当储罐内的水进入自动脱水设备的容器内时，由于浮球的密度小于水的密度，则浮球所受浮力大于浮球的自重，浮球自动上升，浮球带动相关机构打开出水口，储罐内的水经过自动脱水设备排出储罐。当储罐内的油进入到自动脱水设备的容器内时，如果油水混合液体的密度小于浮球的密度，则浮球所受到的浮力小于自重，浮球将向下运动，带动相关机构关闭出水口，储罐切水过程结束。此类设备是最早用于石化企业储罐自切脱水的，也是目前各石化企业安装数量最多的储罐自动切水设备。
该类型设备的优点是不需电源和气源、设备运行期问没有动力消耗，而且制造成本低廉。缺点包括：
(1)由于油水检测原理的限制，在切水的末期，自动切水设备所排放出的水中含油量超标；
(2)没有故障自诊断及报警功能。机械浮球式自动切水设备一旦出现排水口被较大杂质卡住关闭不严状况时，大量油品外泄无人知晓；
(3)不具备操作记录实时卜传功能。
依据机械浮球理论及大量现场实例验证，机械浮球式自动脱水设备不适用于原油、污油等介质密度变化大、介质杂质易结垢的储罐。南于机械浮球式自动切水设备没有操作信息记录及远传、报警等自动化、智能化功能，机械浮球式自动切水设备不是真正意义上的自动化设备。
1.1.2谐振密度计式自动切水设备
该类自动脱水设备的油水检测原理是：依据与介质接触的元件谐振频率的变化判断介质密度变化，从而推断出水巾含油量，据此控制脱水阀的启闭。谐振密度计的振动元件的谐振频率一般低于2 000 Hz。该类型设备的优点包括：
(1)自动化程度比较高，不需要多余的人工操作，降低了劳动强度，提高了切水器工作效率；
(2)可以对混合液进行实时监测，进行连续切水；
(3)是能很敏感地检测水中的微量含油，能在介质流动的过程中，检测水中的油含量，脱水速度不受停留时间的限制。
缺点主要包括：
(1)传感器振动元件不能结垢，周边环境不能有振动；
(2)传感器振动元件安装处介质的流速不能大于1m／s；
(3)需要安装很多精密器件，所以管道结构比较复杂，因此后期清理及维修费用较高。
依据大量现场实例验证，谐振密度计式自动切水设备同样不适用于杂质含量大、杂质易结垢、介质密度变化大的原油、污油类储罐。
1.1.3电容、电磁、微波类自动脱水设备
该类是依据油水电容、电磁、微波差异进行油水检测类的自动脱水设备，由于油水检测传感器需要与介质接触才能通过电信号的变化判断水中含油量。该类型设备的优点是更高效且节能环保、占地面积较小。缺点主要包括：
(1)当所测介质金属离子浓度发生变化时，控制器无法分辨出传感器测量信号值的变化是由于介质金属离子浓度的变化所引起，还是南于介质中含油量的变化所引起；
(2)传感器的结垢会导致传感器的零点漂移，使得控制器无法区分引起传感器测量值变化的原凶。此类自动脱水设备只能应用于介质纯净杂质少的轻油储罐。
综上所述，油水检测传感器与被测介质接触式自动切水器目前主要无法解决的问题是油水检测传感器被污染问题。油水检测传感器被污染后怎么清洗、多长时间需要清洗一次无法确定。该类型设备不适用于杂质含量高的原油、污油等储罐。只能用于介质纯净的轻质油储罐，而且需要不定期的对油水检测传感器进行清理维护[10-13]。
1.2油水检测器与传感器非接触型自动切水设备
此类设备有超声波式、低能射线式。由于超声波及低能射线对金属材料均具有穿透性，此类传感器可以安装在金属容器的外壁不与所测液体介质接触，实现对容器内液体介质的识别与检测。由于国家对放射性材料的安全管理限制，低能放射线式自动脱水设备的推广和使用存在冈难，再次不做过多介绍了。
其中，超声波式自动切水设备是利用超声波在不同介质中的传播、吸收、反射、折射等特性，准确识别储罐及管道内的油水界面。其所具有的金属穿透性不仅使得超声波传感器不与介质接触就可以识别容器内介质成为可能，而且为超声波传感器的更换、维护带来了极大方便。另外，由于超声波传感器可以安装在金属容器的外壁，无需在金属容器上开孑L，减少了金属容器的泄漏点。超声波自动脱水设备的优点有：(1)超声波具有油水识别准确、动态精度高的特点；(2)超声波传感器具有天然的白清洁能力，无需外加传感器清洗设备；(3)超声波自动脱水设备能够长期稳定、免维护运行的理论基础等等。
因此，超声波储罐自动切水设备不仅解决了目前人工手动切水所带来的劳动强度大、油品浪费、环境污染、安全隐患等问题，进一步提高生产效率，节约企业运行成本，最大限度的保障生产过程中的安全操作，把操作人员从繁重、危险的操作环境中解放⋯来。此类自动脱水设备不仪适用于杂质含量上的轻介质，而且也适用于重污油、原油等杂质含量高的各类介质储罐的A动脱水[14-15]。
2、影响自动切水设备不能正常运行的主要原因
实际运行过程巾，发现对于介质纯净，成分单一杂质少的轻介质储罐，既可以选用传感器与介质非接触型自动脱水设备，也可以选用传感器与介质接触型自动脱水设备。如果考虑到传感器的维护，建议选用油水检测传感器与介质非接触型的自动脱水设备。对于杂质多、成分变化大的重介质(原油、污油、蜡油等)储罐，应选用非接触式油水检测传感器自动切水系统。
2.1介质特性所引起传感器性能下降
传感器表面结垢、结蜡导致传感器的零点漂移及灵敏度下降，使得自动切水设备拒绝切水或跑油。 介质金属离子浓度的变化导致传感器的零点漂移，使得自动切水设备拒绝切水或跑油。
2.2自动切水设备配置不当
(1)自动切水设备没有配置自动强制同油及伴热功能；
(2)对于介质密度大(接近于水)、粘度高、排水管为直排式的储罐，如果自动切水设备没有配置强制同油及伴热功能，自动切水设备在运行中会出现由于切水罐内的油与储罐内的水的交换迟缓甚至停止交换，而导致自动切水设备的等待时间过长，不能满足切水工艺效率要求；
(3)自动切水设备回油方法不当；
(4)如果自动切水设备的回油方法不正确。将导致滞留在储罐排水管(包括虹吸式排水管)内的油不能及时回输到储罐，使得自动切水设备的油水检测传感器的检测信号始终为“油”，自动切水设备的切水阀关闭，自动切水设备失去自动切水功能。自动切水设备运行过程中设备故障；
(5)在实际生产巾,油品所含杂质较多。油质较差。无论何种形式的自动脱水器，经过一段时间运行后，往往会发生探头、浮球等被污油、杂质大量吸附，造成检测、控制失灵无法正常使用；或吸附在脱水阀门上造成阀门不严，脱水器跑油情况。
3、石油化工储罐自动切水系统的发展趋势
南由以上阐述可见，无论是与传感器非接触型或非接触型自动切水设备切水器,它们的应用对石油化工企业的生产技术和自动化水平的提高，无疑是一项重要的贡献。它既解决了石化行业储罐切水靠人工操作、对油水的识别无法量化控制、切水含油量较高、造成油品浪费、污染环境等问题，又克服了人为误操作带来的安全隐患。
要解决日前石化企业飞速发展与储罐切水落后相矛盾的局面，必须突破传统设计理念，开发与介质非接触、智能型(信号远传、事件记录、传感器冗余配置、故障安全型)、能长期安全、稳定运行的自动切水系统，这是解决日前石化企业人工操作切水难量化以及油水分析式切水器工作不稳定的关键难题16 17]。高效的自动切水系统应该至少具备以下特点和功能：
(1)保证油零排放，只切水不排油。安全环保；
(2)传感器外贴式安装，与被测介质非接触,免清洗。不受介质腐蚀、粘稠以及温度变化的影响；
(3)传感器冗余配置。切水阀门采用三选二信号控制技术，保障储罐切水过程巾的安全,避免由于误动作造成的“跑油”事故；
(4)故障安全型。在失电、失气时，系统会自动关闭切水阀门。当切水阀门⋯现故障时，后台计算机监控系统会发出报警信号，同时关闭安全阀门，以防止“跑油”事故；
(5)有效介质自动同收功能。利用同油系统，可以将进入二次沉降罐或管道内的有效介质同收到储罐内，节能、环保；
(6)具有故障自诊断功能。当传感器、智能控制器、通讯、阀门等出现故障时，系统会产生报警信号，并进行历史记录；
(7)具有动作及切水量记录功能。每次切水操作，系统均会自动记录，并进行切水量累计；
(8)智能型。具有信号远传、历史记录、远程监控等功能。一台计算机监控系统。能够同时管理几十座储罐全天候的自动切水,提高石油化工企业在切水过程中的自动化程度；
(9)伴热温度自动控制功能。通过设定伴热温度范围，系统可以实现伴热的自动控制，即满足了设备的运行需要，又实现了节能减排的要求；
(10)免清罐。能解决南于储罐介质中淤积物多所带来的频繁清罐问题；
(11)储罐自动切水设备的主要部件、控制软件，须具有SIL认证的要求。仪表、自控技术对储罐自动切水设备可靠性、安全性要求至关重要。
4、结语
综上所述，解决目前石油化工企业自动切水自动化程度落后、切水安全无保障，达到节能、安全、环保的要求，是非常必要的，是迫在眉睫需要解决的难题。
储罐自动切水设备是实现储罐切水自动化的硬件基础，也是实现罐区含油污水密闭输送的核心设备。在设计和制造的过程中，要充分考虑到实际过程中遇到的问题，在应用中不断完善和提高自动脱水器的质量和功能，保证储罐脱水安全、高效运行。
对于储罐自动切水设备的选型及规范应给予高度重视。以引导此类设备技术的正确发展。在安全环保越来越受重视的大环境下，安全可靠、功能齐全、技术先进的储罐自动切水设备必将成为储罐的标准配置。
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