磁翻板液位計和差壓液位計雙重監(jiān)控分離器液位的方法

自動化儀表四廠針對無人值守集氣站分離器液位測量的現(xiàn)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(huán)節(jié)，臥式重力分離器是目前廣泛采用的現(xiàn)實可行的分離設(shè)備，其可靠運行須確保液位保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。能否準確測量液位關(guān)系著脫水撬、壓縮機等后續(xù)重要工藝設(shè)備是否正常運行，甚至很大程度決定著集氣站的安全生產(chǎn)。液位過高會導(dǎo)致后續(xù)設(shè)備運行故障或受到污染，液位過低可能會導(dǎo)致壓力容器及壓力管道憋壓，引起安全事故。因此穩(wěn)定可靠的液位測量是分離器液位控制的關(guān)鍵所在。提高液位測量可靠性和準確性可以有效減少作業(yè)區(qū)人員處理應(yīng)急事件的次數(shù)，降低夜間應(yīng)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(xiàn)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(xiàn)分離器液位的自動控制，其可靠運行須確保液位保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。

目前，無人值守集氣站采用的是單一磁翻板液位計實現(xiàn)分離器液位的監(jiān)控，如圖1所示。磁翻板液位計由兩大部分構(gòu)成，即磁翻板液位計本體和模擬液位變送器。本體是根據(jù)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(nèi)的磁鋼通過磁耦合傳遞到翻柱指示器，驅(qū)動紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)180°，當液位上升時翻柱由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，當液位下降時翻柱由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨甘酒鞯募t白交界處為容器內(nèi)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(xiàn)液位信號遠傳的數(shù)/模顯示，由液位傳感器和信號轉(zhuǎn)換器兩部分組成，液位傳感器由裝在φ20不銹鋼護管內(nèi)的若干干簧管和若干電阻構(gòu)成，護管緊固在測量管（主體管）外側(cè)。信號轉(zhuǎn)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(nèi)，通過傳感變送輸出4～20mA的標準電流信號。該液位計的優(yōu)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(zhì)干擾，故障率較高，維修工作量大。在實際集氣站生產(chǎn)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(zhì)，它們易導(dǎo)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(huán)的自動控制失效，導(dǎo)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(fā)生危險。據(jù)統(tǒng)計，某無人值守集氣站共有磁翻板液位計3臺。

從表1可以看出，該無人值守集氣站1年內(nèi)發(fā)生各類液位計故障達15次，給天然氣生產(chǎn)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(dǎo)致憋壓；二是分離器液位過高，不能及時排液，導(dǎo)致天然氣將水和污泥帶入壓縮機，導(dǎo)致停車。

2無人值守站分離器液位測量的優(yōu)化方案

2.1優(yōu)化方案研究分析

2.1.1密封容器液位測量方法分析

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(yōu)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。

差壓液位計也是生產(chǎn)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(jù)液位堆積的高度變化跟某點產(chǎn)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(lián)通管分別從容器上部和底部將壓力聯(lián)通到變送器，下部接變送器正壓側(cè)，上部接變送器負壓側(cè)，根據(jù)差壓和高度之間的關(guān)系可以算出容器內(nèi)的液位。

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(jié)合生產(chǎn)中的困難和相關(guān)單位的好的做法，本文的創(chuàng)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(xiàn)故障的概率較低，即使出現(xiàn)假液位也能夠及時被發(fā)現(xiàn)。

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(jiān)控的方法，當發(fā)現(xiàn)兩個液位計顯示不一致時，及時安排員工到現(xiàn)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(zhuǎn)換到另一個液位計進行自動控制，全站生產(chǎn)也可以正常運行。

磁翻板液位計

2.2雙液位計的實現(xiàn)與統(tǒng)一

雙液位計實現(xiàn)的技術(shù)核心是使二者的測量數(shù)值要統(tǒng)一，關(guān)鍵在于統(tǒng)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(jiān)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允許誤差，可以判斷其中一個液位計工作異常，需要現(xiàn)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(shè)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(xiàn)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(cè)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(guān)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(shù)之間的關(guān)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(guān)系為：

h1.1=h2.1?h2.2h1.3（6）

2.2.3測量的一致性

在生產(chǎn)實際中，操作員工可以直觀看到的是磁翻板現(xiàn)場顯示液位，故以磁翻板液位計現(xiàn)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(jié)果，即磁翻板液位計現(xiàn)場顯示的液位值。

通過差壓變送器的零點遷移來統(tǒng)一兩個液位計的遠傳數(shù)值。根據(jù)以上的換算關(guān)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?shù)刂亓铀俣龋划敶欧逡何挥嫓y得液位為時，差壓變送器差壓值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(shè)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(xiàn)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(xiàn)場實驗測得差壓變送器的上下限，即解決統(tǒng)一兩個液位計測量值的問題關(guān)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(diào)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(shè)在無人值守站分離器上照此安裝兩個液位計，通過實驗數(shù)據(jù)可算出兩個液位的函數(shù)關(guān)系，從而得出需設(shè)定的差壓變送液位計的量程范圍，使得兩個液位計讀數(shù)能夠保持一致。

2.3雙液位測量數(shù)據(jù)的應(yīng)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(wěn)定可靠，磁浮子液位計會因為介質(zhì)臟或自身結(jié)構(gòu)問題易出現(xiàn)卡堵現(xiàn)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(xiàn)方法

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

2）報警值的確定

磁浮子液位計的大測量誤差按照10mm計算，差壓變送器的大測量誤差按照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(shè)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(jù)具體情況選擇一種控制方式，通過設(shè)定電動球閥開、關(guān)的液位值即可實現(xiàn)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(xiàn)故障需要及時轉(zhuǎn)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(diào)整分離器液位。

2.4使用中應(yīng)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(dǎo)磁物質(zhì)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(jù)介質(zhì)情況，定期沖洗液位計，清除雜質(zhì)；

3）接線盒進線孔敷設(shè)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(diào)試完成后應(yīng)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(fā)現(xiàn)漂移過大要及時調(diào)校；

2）變送器投運時，應(yīng)盡量排空導(dǎo)壓管液柱內(nèi)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(jié)論

自動化儀表四廠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(xiàn)了兩個液位計的遠傳信號測量結(jié)果的一致性，且在同一個液位計故障時報警。此方法結(jié)合兩種測量方案的優(yōu)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(shù)字化監(jiān)控的準確度，從而有效降低無人值守站應(yīng)急事件處理次數(shù)，提高工作效率。