【摘要】針對無人值守集氣站分離器液位測量的現狀，分析了目前液位測量存在的問題，提出了一種新的類似雙眼觀察的雙液位計測量方法，可大大提高工作效率。

 

引言

       氣液兩相分離是天然氣采集過程中必不可少的工藝環節，臥式重力分離器是目前廣泛采用的現實可行的分離設備，其可靠運行必須確保液位保持在規定的范圍內。能否準確測量液位關系著脫水撬、壓縮機等后續重要工藝設備是否正常運行，甚至很大程度決定著集氣站的安全生產。液位過高會導致后續設備運行故障或受到污染，液位過低可能會導致壓力容器及壓力管道憋壓，引起安全事故。因此穩定可靠的液位測量是分離器液位控制的關鍵所在。提高液位測量可靠性和準確性可以有效減少作業區人員處理應急事件的次數，降低夜間應急出車帶來的安全隱患和操作成本。

 

1無人值守站中分離器液位計運行現狀

1.1目前分離器液位測量的方法

       分離器液位計是通過液位變送器提供反饋液位信號，與電動球閥共同實現分離器液位的自動控制，其可靠運行必須確保液位保持在規定的范圍內。

       目前，無人值守集氣站采用的是單一磁翻板液位計實現分離器液位的監控，如圖1所示。磁翻板液位計由兩大部分構成，即磁翻板液位計本體和模擬液位變送器。本體是根據流體的連通性、浮力原理和磁性耦合作用研制而成。當被測容器中的液位升降時，液位計本體管中的磁性浮子也隨之升降，浮子內的永久磁鋼通過磁耦合傳遞到翻柱指示器，驅動紅、白翻柱翻轉180°，當液位上升時翻柱由白色轉變為紅色，當液位下降時翻柱由紅色轉變為白色，指示器的紅白交界處為容器內部液位的實際高度。相鄰指示板軸向間距為10mm，即液位指示誤差為±10mm。模擬式液位變送器，用以實現液位信號遠傳的數/模顯示，由液位傳感器和信號轉換器兩部分組成，液位傳感器由裝在φ20不銹鋼護管內的若干干簧管和若干電阻構成，護管緊固在測量管（主體管）外側。信號轉換器由電子模塊組成，安置在傳感器頂端或底端的防爆接線盒內，通過傳感變送輸出4～20mA的標準電流信號。該液位計的優點是可直觀、快速地觀察液位高低，簡單易懂，價格低。

 

1.2存在的問題

       磁翻板液位計明顯的缺點是浮子易損壞易受雜質干擾，故障率較高，維修工作量大。在實際集氣站生產運行中，分離器底部往往堆積一些類似淤泥糊狀的混合物，其中包含泥沙、陶粒等雜質，它們極易導致磁翻板液位計的浮子被卡住，顯示的液位值不是真實的液位值，從而使閉環的自動控制失效，導致液位升高到上限不能自動排液進而引起壓縮機跳車或脫水撬翻塔問題，或者液位排放過多將天然氣帶到污水罐使其壓力過高發生危險。據統計，某無人值守集氣站共有磁翻板液位計3臺，液位計故障次數如表1所示。

       從表1可以看出，該無人值守集氣站1年內發生各類液位計故障達15次，給天然氣生產帶來嚴重影響，其主要原因：一是分離器液位放空，天然氣進入污水罐，導致憋壓；二是分離器液位過高，不能及時排液，導致天然氣將水和污泥帶入壓縮機，導致停車。

 

2無人值守站分離器液位測量的優化方案

2.1優化方案研究分析

2.1.1密封容器液位測量方法分析

       文獻[1−7]中，分離器液位測量使用的是差壓變送器，并對取壓點進行了改造和優化，測量儀表更換成平膜遠傳式，并通過加強檢查和保溫工作的方法進一步提高液位測量的準確性。

 

文獻[8−9]中，差壓液位計也是生產中常用的一種可靠的密封容器液位測量儀器。差壓法測量液位的原理是根據液位堆積的高度變化跟某點產生的壓力差變化，同時測得液面上下的壓力并抵消（測出差壓），從而獲得液面高度。其做法是用兩根聯通管分別從容器上部和底部將壓力聯通到變送器，下部接變送器正壓側，上部接變送器負壓側，根據差壓和高度之間的關系可以算出容器內的液位。

 

       文獻[10−12]中，非接觸式超聲波液位測量等其它方法在解決該問題時均有一定的局限性。針對無人值守集氣站的特殊性，結合生產中的困難和相關單位的好的做法，本文的創新點是在無人值守集氣站采用磁翻板液位計和差壓變送器的雙液位計測量方案。兩個不同原理的液位計同時出現故障的概率較低，即使出現假液位也能夠及時被發現。

 

2.1.2雙液位計測量的改進方法

       采取磁翻板液位計和差壓變送器測液位兩種不同原理液位計雙重監控的方法，當發現兩個液位計顯示不一致時，及時安排員工到現場檢查處理，并且當一個液位計故障不能自動控制時，操作工可以遠程手動轉換到另一個液位計進行自動控制，全站生產也可以正常運行。

 

2.2雙液位計的實現與統一

       雙液位計實現的技術核心是使二者的測量數值要統一，關鍵在于統一零基準。在兩個液位計零基準一致的前提下，兩個液位遠程監控顯示一致便可以判斷液位計顯示的是真實液位；如果誤差超出液位計的zui大允許誤差，可以判斷其中一個液位計工作異常，需要現場處理。

       雙液位計測量示意圖如圖2所示，在同一分離器上安裝兩個不同原理的液位計測量液位，H表示差壓變送器的高壓端，L表示差壓變送器的低壓端。假設分離器的實際液位為h（從容器底部到液面的高度），磁翻板測量的現場液位為，遠傳顯示液位為，零基準線到分離器罐底的高度為，液位計的量程是；差壓變送器測量液位為，容器底部到差壓變送器正負壓室平面高度為，高壓側取壓管嘴上部到容器底部的高度為。

 

2.2.1兩種液位計的液位零基準

       磁翻板液位計的零基準一般情況下是下法蘭中心水平線，差壓液位計的零基準面是高低壓取壓端安裝水平面。

 

2.2.2兩種液位計的液位換算關系

       基于圖2所示的各測量高度，分別得到磁翻板液位計和差壓液位計的各參數之間的關系。

 

磁翻板液位計：

       h=h1.1−h1.3（1）

       h1.2=h1.3（2）

差壓液位計：

       h=h2.1−h2.2（3）

       h2.1=h(h>h2.3)（4）

       h2.1=h2.3(h<h2.3)（5）

 

h1.1和h2.1的關系為：

       h1.1=h2.1−h2.2h1.3（6）

 

2.2.3測量的一致性

       在生產實際中，操作員工可以直觀看到的是磁翻板現場顯示液位，故以磁翻板液位計現場顯示的液位值為準，使兩個液位計在不同測量原理下遠程顯示同一液位測量結果，即磁翻板液位計現場顯示的液位值。

 

       通過差壓變送器的零點遷移來統一兩個液位計的遠傳數值。根據以上的換算關系可知，當磁翻板液位計測得液位為零時，差壓變送器差壓值為ρg(h2.2−h1.3)（ρ為液體密度，g為當地重力加速度）；當磁翻板液位計測得液位為時，差壓變送器差壓值為ρg(h1.4+h2.2−h1.3)。故需要對差壓變送器做零點負遷移，遷移量為ρg(h2.2−h1.3)，測量量程設置為ρgh1.4，測量范圍可表示為[−ρg(h2.2−h1.3)ρg(h1.4+h2.2−h1.3)]。理論上和可以通過現場測量得到，但為了避免、g和測量出的和引進的測量誤差分量，可通過現場實驗測得差壓變送器的上下限，即解決統一兩個液位計測量值的問題關鍵所在，通過測量值（單位為kPa）占量程的百分比來換算差壓變送器測量的液位值（單位為mm）；通過調試使遠傳裝置測量的零點與磁浮子液位計的基準零點一致，通過電流值（單位為mA）占量程的百分比來換算液位變送器測量的液位值（單位為mm）。

 

       可見，假設在無人值守站分離器上照此安裝兩個液位計，通過實驗數據可算出兩個液位的函數關系，從而得出需設定的差壓變送液位計的量程范圍，使得兩個液位計讀數能夠保持一致。

 

2.3雙液位測量數據的應用

2.3.1正常情況下的液位計選用

       考慮差壓變送器測量準確度高，工作相對穩定可靠，磁浮子液位計會因為介質臟或自身結構問題易出現卡堵現象，所以正常情況下選擇差壓變送器測量的液位值用來控制電動球閥排污，磁浮子液位計只用來顯示液位值。當差壓變送器工作異常時手動切換到磁浮子液位計測量值控制，差壓變送器測量值只作為顯示。

 

2.3.2雙液位計測量差值較大情況下的報警

1）報警實現方法

       在上位機上組態一個點，定義為兩個液位計測量液位值差值，并設定該點的報警上、下限，當達到報警限時站控畫面上應有聲音和變顏色提示，以便監控人員能及時發現工作異常的液位計，及時得到處置。

2）報警值的確定

       磁浮子液位計的zui大測量誤差按照10mm計算，差壓變送器的zui大測量誤差按照28mm計算（量程1400mm，準確度±0.2%FS），所以建議將差值的報警上、下限分別設定為13mm和−13mm。

 

2.3.3液位遠程自動控制

       液位的控制方式包括手動控制電動排污閥、用磁浮子液位計測量的液位值自動控制電動排污閥和用差壓變送器測量的液位值自動控制電動排污閥三種。崗位操作員工可以根據具體情況選擇一種控制方式，通過設定電動球閥開、關的液位值即可實現自動排液。正常情況下選擇任意一種自動控制方式，一種液位計出現故障需要及時轉換成另一種自動控制方式，特殊情況下也可以打到手動控制方式，即人為調整分離器液位。

 

2.4使用中應注意的問題

2.4.1磁翻板液位計操作

       1）磁翻板液位計本體周圍不容許有導磁物質接近，禁止鐵絲固定，否則會影響磁翻板液位計的正常工作；

       2）根據介質情況，定期沖洗液位計，清除雜質；

       3）接線盒進線孔敷設好后要求密封良好，以免雨水、潮氣等侵入而使遠傳儀表不能正常工作，檢修或調試完成后應及時蓋上蓋子。

 

2.4.2差壓液位計操作

       1）定期檢查差壓變送器零點，發現漂移過大要及時調校；

       2）變送器投運時，應盡量排空導壓管液柱內的氣泡。由于變送器的量程只有幾個kPa,這些積存的氣體會影響測量的準確度并造成測量值的波動；

       3）在平衡閥操作過程中，排污時可能引起報警，需及時排除。

 

3結論

       雙液位計測量分離器液位方案的選取，是通過同一零基準，實現了兩個液位計的遠傳信號測量結果的一致性，且在同一個液位計故障時報警。此方法結合兩種測量方案的優點，可通過液位控制遠程切換，確保分離器液位自動控制可靠運行，提高了無人值守集氣站分離器液位數字化監控的準確度，從而有效降低無人值守站應急事件處理次數，提高工作效率。本文編輯：季楊