磁翻板液位計(jì)和差壓液位計(jì)雙重監(jiān)控分離器液位的方法

自動(dòng)化儀表四廠針對(duì)無(wú)人值守集氣站分離器液位測(cè)量的現(xiàn)狀，分析了目前液位測(cè)量存在的問(wèn)題，提出了一種新的類似雙眼觀察的雙液位計(jì)測(cè)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(guò)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(shí)可行的分離設(shè)備，其可靠運(yùn)行須確保液位保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。能否準(zhǔn)確測(cè)量液位關(guān)系著脫水撬、壓縮機(jī)等后續(xù)重要工藝設(shè)備是否正常運(yùn)行，甚至很大程度決定著集氣站的安全生產(chǎn)。液位過(guò)高會(huì)導(dǎo)致后續(xù)設(shè)備運(yùn)行故障或受到污染，液位過(guò)低可能會(huì)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(cè)量是分離器液位控制的關(guān)鍵所在。提高液位測(cè)量可靠性和準(zhǔn)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(lái)的安全隱患和操作成本。

1無(wú)人值守站中分離器液位計(jì)運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1目前分離器液位測(cè)量的方法

分離器液位計(jì)是通過(guò)液位變送器提供反饋液位信號(hào)，與電動(dòng)球閥共同實(shí)現(xiàn)分離器液位的自動(dòng)控制，其可靠運(yùn)行須確保液位保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。

目前，無(wú)人值守集氣站采用的是單一磁翻板液位計(jì)實(shí)現(xiàn)分離器液位的監(jiān)控，如圖1所示。磁翻板液位計(jì)由兩大部分構(gòu)成，即磁翻板液位計(jì)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(dāng)被測(cè)容器中的液位升降時(shí)，液位計(jì)本體管中的磁性浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的磁鋼通過(guò)磁耦合傳遞到翻柱指示器，驅(qū)動(dòng)紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)180°，當(dāng)液位上升時(shí)翻柱由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，當(dāng)液位下降時(shí)翻柱由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，指示器的紅白交界處為容器內(nèi)部液位的實(shí)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(shí)現(xiàn)液位信號(hào)遠(yuǎn)傳的數(shù)/模顯示，由液位傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器兩部分組成，液位傳感器由裝在φ20不銹鋼護(hù)管內(nèi)的若干干簧管和若干電阻構(gòu)成，護(hù)管緊固在測(cè)量管（主體管）外側(cè)。信號(hào)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(guò)傳感變送輸出4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。該液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是可直觀、快速地觀察液位高低，簡(jiǎn)單易懂，價(jià)格低。

1.2存在的問(wèn)題

磁翻板液位計(jì)明顯的缺點(diǎn)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(shí)際集氣站生產(chǎn)運(yùn)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(jì)的浮子被卡住，顯示的液位值不是真實(shí)的液位值，從而使閉環(huán)的自動(dòng)控制失效，導(dǎo)致液位升高到上限不能自動(dòng)排液進(jìn)而引起壓縮機(jī)跳車或脫水撬翻塔問(wèn)題，或者液位排放過(guò)多將天然氣帶到污水罐使其壓力過(guò)高發(fā)生危險(xiǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，某無(wú)人值守集氣站共有磁翻板液位計(jì)3臺(tái)。

從表1可以看出，該無(wú)人值守集氣站1年內(nèi)發(fā)生各類液位計(jì)故障達(dá)15次，給天然氣生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重影響，其主要原因：一是分離器液位放空，天然氣進(jìn)入污水罐，導(dǎo)致憋壓；二是分離器液位過(guò)高，不能及時(shí)排液，導(dǎo)致天然氣將水和污泥帶入壓縮機(jī)，導(dǎo)致停車。

2無(wú)人值守站分離器液位測(cè)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(cè)量方法分析

分離器液位測(cè)量使用的是差壓變送器，并對(duì)取壓點(diǎn)進(jìn)行了改造和優(yōu)化，測(cè)量?jī)x表更換成平膜遠(yuǎn)傳式，并通過(guò)加強(qiáng)檢查和保溫工作的方法進(jìn)一步提高液位測(cè)量的準(zhǔn)確性。

差壓液位計(jì)也是生產(chǎn)中常用的一種可靠的密封容器液位測(cè)量?jī)x器。差壓法測(cè)量液位的原理是根據(jù)液位堆積的高度變化跟某點(diǎn)產(chǎn)生的壓力差變化，同時(shí)測(cè)得液面上下的壓力并抵消（測(cè)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(fù)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(cè)量等其它方法在解決該問(wèn)題時(shí)均有一定的局限性。針對(duì)無(wú)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(diǎn)是在無(wú)人值守集氣站采用磁翻板液位計(jì)和差壓變送器的雙液位計(jì)測(cè)量方案。兩個(gè)不同原理的液位計(jì)同時(shí)出現(xiàn)故障的概率較低，即使出現(xiàn)假液位也能夠及時(shí)被發(fā)現(xiàn)。

2.1.2雙液位計(jì)測(cè)量的改進(jìn)方法

采取磁翻板液位計(jì)和差壓變送器測(cè)液位兩種不同原理液位計(jì)雙重監(jiān)控的方法，當(dāng)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)液位計(jì)顯示不一致時(shí)，及時(shí)安排員工到現(xiàn)場(chǎng)檢查處理，并且當(dāng)一個(gè)液位計(jì)故障不能自動(dòng)控制時(shí)，操作工可以遠(yuǎn)程手動(dòng)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)液位計(jì)進(jìn)行自動(dòng)控制，全站生產(chǎn)也可以正常運(yùn)行。

磁翻板液位計(jì)

2.2雙液位計(jì)的實(shí)現(xiàn)與統(tǒng)一

雙液位計(jì)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)核心是使二者的測(cè)量數(shù)值要統(tǒng)一，關(guān)鍵在于統(tǒng)一零基準(zhǔn)。在兩個(gè)液位計(jì)零基準(zhǔn)一致的前提下，兩個(gè)液位遠(yuǎn)程監(jiān)控顯示一致便可以判斷液位計(jì)顯示的是真實(shí)液位；如果誤差超出液位計(jì)的允許誤差，可以判斷其中一個(gè)液位計(jì)工作異常，需要現(xiàn)場(chǎng)處理。

雙液位計(jì)測(cè)量示意圖如圖2所示，在同一分離器上安裝兩個(gè)不同原理的液位計(jì)測(cè)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(shí)際液位為h（從容器底部到液面的高度），磁翻板測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)液位為，遠(yuǎn)傳顯示液位為，零基準(zhǔn)線到分離器罐底的高度為，液位計(jì)的量程是；差壓變送器測(cè)量液位為，容器底部到差壓變送器正負(fù)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(jì)的液位零基準(zhǔn)

磁翻板液位計(jì)的零基準(zhǔn)一般情況下是下法蘭水平線，差壓液位計(jì)的零基準(zhǔn)面是高低壓取壓端安裝水平面。

2.2.2兩種液位計(jì)的液位換算關(guān)系

基于圖2所示的各測(cè)量高度，分別得到磁翻板液位計(jì)和差壓液位計(jì)的各參數(shù)之間的關(guān)系。

磁翻板液位計(jì)：

h=h1.1?h1.3（1）

h1.2=h1.3（2）

差壓液位計(jì)：

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(cè)量的一致性

在生產(chǎn)實(shí)際中，操作員工可以直觀看到的是磁翻板現(xiàn)場(chǎng)顯示液位，故以磁翻板液位計(jì)現(xiàn)場(chǎng)顯示的液位值為準(zhǔn)，使兩個(gè)液位計(jì)在不同測(cè)量原理下遠(yuǎn)程顯示同一液位測(cè)量結(jié)果，即磁翻板液位計(jì)現(xiàn)場(chǎng)顯示的液位值。

通過(guò)差壓變送器的零點(diǎn)遷移來(lái)統(tǒng)一兩個(gè)液位計(jì)的遠(yuǎn)傳數(shù)值。根據(jù)以上的換算關(guān)系可知，當(dāng)磁翻板液位計(jì)測(cè)得液位為零時(shí)，差壓變送器差壓值為ρg(h2.2?h1.3)（ρ為液體密度，g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋?；?dāng)磁翻板液位計(jì)測(cè)得液位為時(shí)，差壓變送器差壓值ρg(h1.4+h2.2?h1.3)。故需要對(duì)差壓變送器做零點(diǎn)負(fù)遷移，遷移量為ρg(h2.2?h1.3)，測(cè)量量程設(shè)置為ρgh1.4，測(cè)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得到，但為了避免、g和測(cè)量出的和引進(jìn)的測(cè)量誤差分量，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得差壓變送器的上下限，即解決統(tǒng)一兩個(gè)液位計(jì)測(cè)量值的問(wèn)題關(guān)鍵所在，通過(guò)測(cè)量值（單位為kPa）占量程的百分比來(lái)?yè)Q算差壓變送器測(cè)量的液位值（單位為mm）；通過(guò)調(diào)試使遠(yuǎn)傳裝置測(cè)量的零點(diǎn)與磁浮子液位計(jì)的基準(zhǔn)零點(diǎn)一致，通過(guò)電流值（單位為mA）占量程的百分比來(lái)?yè)Q算液位變送器測(cè)量的液位值（單位為mm）。

可見(jiàn)，假設(shè)在無(wú)人值守站分離器上照此安裝兩個(gè)液位計(jì)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可算出兩個(gè)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(jì)的量程范圍，使得兩個(gè)液位計(jì)讀數(shù)能夠保持一致。

2.3雙液位測(cè)量數(shù)據(jù)的應(yīng)用

2.3.1正常情況下的液位計(jì)選用

考慮差壓變送器測(cè)量準(zhǔn)確度高，工作相對(duì)穩(wěn)定可靠，磁浮子液位計(jì)會(huì)因?yàn)榻橘|(zhì)臟或自身結(jié)構(gòu)問(wèn)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(cè)量的液位值用來(lái)控制電動(dòng)球閥排污，磁浮子液位計(jì)只用來(lái)顯示液位值。當(dāng)差壓變送器工作異常時(shí)手動(dòng)切換到磁浮子液位計(jì)測(cè)量值控制，差壓變送器測(cè)量值只作為顯示。

2.3.2雙液位計(jì)測(cè)量差值較大情況下的報(bào)警

1）報(bào)警實(shí)現(xiàn)方法

在上位機(jī)上組態(tài)一個(gè)點(diǎn)，定義為兩個(gè)液位計(jì)測(cè)量液位值差值，并設(shè)定該點(diǎn)的報(bào)警上、下限，當(dāng)達(dá)到報(bào)警限時(shí)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(shí)發(fā)現(xiàn)工作異常的液位計(jì)，及時(shí)得到處置。

2）報(bào)警值的確定

磁浮子液位計(jì)的大測(cè)量誤差按照10mm計(jì)算，差壓變送器的大測(cè)量誤差按照28mm計(jì)算（量程1400mm，準(zhǔn)確度±0.2%FS），所以建議將差值的報(bào)警上、下限分別設(shè)定為13mm和?13mm。

2.3.3液位遠(yuǎn)程自動(dòng)控制

液位的控制方式包括手動(dòng)控制電動(dòng)排污閥、用磁浮子液位計(jì)測(cè)量的液位值自動(dòng)控制電動(dòng)排污閥和用差壓變送器測(cè)量的液位值自動(dòng)控制電動(dòng)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(guò)設(shè)定電動(dòng)球閥開(kāi)、關(guān)的液位值即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排液。正常情況下選擇任意一種自動(dòng)控制方式，一種液位計(jì)出現(xiàn)故障需要及時(shí)轉(zhuǎn)換成另一種自動(dòng)控制方式，特殊情況下也可以打到手動(dòng)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(wèn)題

2.4.1磁翻板液位計(jì)操作

1）磁翻板液位計(jì)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(huì)影響

磁翻板液位計(jì)

的正常工作；

2）根據(jù)介質(zhì)情況，定期沖洗液位計(jì)，清除雜質(zhì)；

3）接線盒進(jìn)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(yuǎn)傳儀表不能正常工作，檢修或調(diào)試完成后應(yīng)及時(shí)蓋上蓋子。

2.4.2差壓液位計(jì)操作

1）定期檢查差壓變送器零點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)漂移過(guò)大要及時(shí)調(diào)校；

2）變送器投運(yùn)時(shí)，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(gè)kPa,這些積存的氣體會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確度并造成測(cè)量值的波動(dòng)；

3）在平衡閥操作過(guò)程中，排污時(shí)可能引起報(bào)警，需及時(shí)排除。

3結(jié)論

自動(dòng)化儀表四廠雙液位計(jì)測(cè)量分離器液位方案的選取，是通過(guò)同一零基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)液位計(jì)的遠(yuǎn)傳信號(hào)測(cè)量結(jié)果的一致性，且在同一個(gè)液位計(jì)故障時(shí)報(bào)警。此方法結(jié)合兩種測(cè)量方案的優(yōu)點(diǎn)，可通過(guò)液位控制遠(yuǎn)程切換，確保分離器液位自動(dòng)控制可靠運(yùn)行，提高了無(wú)人值守集氣站分離器液位數(shù)字化監(jiān)控的準(zhǔn)確度，從而有效降低無(wú)人值守站應(yīng)急事件處理次數(shù)，提高工作效率。