引言

隨著國內(nèi)外油氣田的不斷開發(fā)及利用，各種先金、安全、合理的控制方案不斷應(yīng)用于各天然氣凈化廠及類似工程，但一座廠站安全、平穩(wěn)、高效地運(yùn)行不僅僅取決于此，現(xiàn)場儀表設(shè)備的選型及安裝也至關(guān)重要，將直接影響到整個系統(tǒng)的運(yùn)行及后期工廠工作人員的操作、維護(hù)及管理。對于環(huán)境溫度低于零度的寒冷地區(qū)，用于測量環(huán)境溫度下易凍結(jié)的濕氣或液體介質(zhì)的現(xiàn)場儀表設(shè)備，一般應(yīng)設(shè)置保溫伴熱措施，這部分儀表設(shè)備在冬季運(yùn)行的好壞一定程度上受制于保溫伴熱的效果，更嚴(yán)重的可能引起控制回路故障、裝置運(yùn)行受阻。因此，在寒冷環(huán)境下盡量選取不需伴熱或伴熱部位較少的儀表設(shè)備，一方面減少了外部環(huán)境對現(xiàn)場檢測元件測量結(jié)果的影響，提高了測量精度；另一方面也減少了全廠能耗，更減少了工廠維護(hù)人員的工作量。長嶺氣田地面建設(shè)工程廠址位于吉林省松原市，冬季#低環(huán)境溫度為-39℃，主要包括集氣、脫碳、脫水、凈化、二氧化碳增壓、二氧化碳干燥裝置，還包括了供熱裝置、水處理各裝置、儲罐及裝車系統(tǒng)等公用工程及其它輔助生產(chǎn)設(shè)施，其液位類儀表主要設(shè)置于各類過濾/分離器、塔、儲罐及水池上。根據(jù)工藝生產(chǎn)要求，同一設(shè)備一般設(shè)置就地顯示儀表及遠(yuǎn)傳儀表兩種類型，以便于現(xiàn)場就地觀測、操作及中控室遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時可對現(xiàn)場兩種液位計(jì)進(jìn)行對比，了解設(shè)備真實(shí)液位情況。

 

1 液位測量儀表的分類及選擇

按照測量方法不同，液位測量儀表主要分為：直接式液位測量儀表（玻璃板（管）式液位計(jì)）、差壓式液位測量儀表（壓力式液位計(jì)、吹氣式、差壓式液位計(jì)）、浮力式液位測量表（浮球式、浮筒式、磁性翻板式液位計(jì)）、電氣式液位測量儀表（電接點(diǎn)式、磁致伸縮式液位計(jì)、電容式液位計(jì)）、超聲波液位測量儀表、雷達(dá)液位計(jì)、放射性液位計(jì)等[1,2]。

 

液位儀表的選擇應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的特性、操作條件、測量范圍以及對精度的要求、外部環(huán)境的影響等因素綜合考慮，同時結(jié)合概預(yù)算的情況，適當(dāng)選擇。但作為一個整體工程，全廠儀表的選型在可能的情況下盡量統(tǒng)一，減少種類，以減少備品備件，便于管理。

 

1.1 就地顯示液位計(jì)

目前，天然氣凈化廠常用的就地液位計(jì)一般選用玻璃板式液位計(jì)及磁浮子液位計(jì)兩種，在寒冷地區(qū)兩種液位計(jì)的取樣閥及筒體均需全部保溫伴熱。常規(guī)玻璃板式液位計(jì)受介質(zhì)潔凈度影響較大，介質(zhì)較臟的情況下不便于現(xiàn)場觀測，磁浮子液位計(jì)現(xiàn)場觀測不受介質(zhì)潔凈度的影響，并可在不增加設(shè)備開口的情況下，外夾磁致伸縮變送器將液位信號上傳至中控室控制系統(tǒng)，進(jìn)行顯示及報(bào)警。因此，長嶺氣田凈化廠就地液位儀表除去高溫部分選用玻璃板液位計(jì)外（高溫可導(dǎo)致磁浮子消磁），其余部分基本全部選用磁浮子液位計(jì)。

 

1.2 遠(yuǎn)傳液位計(jì)

對于過程檢測及控制的遠(yuǎn)傳液位儀表，天然氣凈化廠中常用的有浮筒液位計(jì)和差壓式液位計(jì)。差壓式液位計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、精que度高、測量范圍寬、穩(wěn)定性好、線性、便于安裝與維護(hù)，便于運(yùn)輸，價格也優(yōu)于浮筒液位計(jì)[3]。浮筒的測量范圍一般宜選在2000mm以內(nèi)，但差壓式液位計(jì)測量范圍很寬。因此，長嶺氣田凈化廠各類帶壓的分離設(shè)備、塔、儲罐上安裝的基本全部為差壓式液位計(jì)。液位變送器現(xiàn)場液晶指示器選取耐-40℃環(huán)境低溫的材質(zhì)，以保證裝置運(yùn)行時巡檢人員的正常巡視。

 

目前，各凈化廠常用的承壓設(shè)備上所用的差壓式液位計(jì)主要有傳統(tǒng)式的差壓液位變送器和膜片式的雙法蘭差壓變送器。傳統(tǒng)式差壓液位變送器是利用容器內(nèi)的液位改變時，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理來進(jìn)行液位測量的。膜片式雙法蘭差壓變送器由壓力測量膜片、過程連接件、毛細(xì)管、填充液和差壓變送器組成，液位產(chǎn)生的壓力由測量膜片經(jīng)毛細(xì)管中的填充液傳遞給變送器，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成電流信號輸出。

安裝方式如圖1、圖2所示。其中，ρ1：被測介質(zhì)密度；ρ2：隔離液密度；ρ3：毛細(xì)管中填充液密度。

差壓液位變送及雙法蘭差壓變送器計(jì)算結(jié)果為：計(jì)算量程：

△P1=ρ1×g×H

總遷移量：B = ρ2（ρ3）×g×H1-ρ1×g×Ho

 

圖1中，差壓液位變送器需設(shè)置隔離罐，其中要充滿隔離液，因受被測介質(zhì)溫度或外界其他因素的影響，裝置實(shí)際運(yùn)行中有可能造成隔離液損失（H1減�。┗蚋綦x液中進(jìn)入其他組份致使其密度特性發(fā)生變化（ρ2變化），#終會造成差壓變送器零點(diǎn)漂移，測量差壓不準(zhǔn)，導(dǎo)致#終測量液位誤差較大；另外當(dāng)介質(zhì)不潔凈含有雜質(zhì)時，也可能造成引壓管線堵塞，致使測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。同時，在裝置實(shí)際運(yùn)行中，外觀無法判斷隔離液是否損失，如損失，必須及時填充，在操作上也比較麻煩。

 

圖2中，膜片式雙法蘭差壓變送器的毛細(xì)管中的填充液（ρ3），與被測介質(zhì)完全隔離，不存在損失及介質(zhì)污染、引壓管線堵塞的問題，測量穩(wěn)定。該儀表在測量介質(zhì)具有雜質(zhì)、腐蝕性、粘度大、易結(jié)晶、易氣化、易凝固的液體[4,5]的液位測量上更具優(yōu)勢。

 

傳統(tǒng)式差壓液位變送器雖然是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，但受介質(zhì)工況條件、實(shí)際安裝及外部環(huán)境影響較大，而膜片式雙法蘭差壓變送器很好地解決了這些問題。對于常壓罐可選用膜片式單法蘭差壓變送器或雷達(dá)液位計(jì)，水池上可選用浮力式液位計(jì)和雷達(dá)液位計(jì)。

 

寒冷環(huán)境下，圖1中與被測介質(zhì)及隔離液接觸的所有管線均需要保溫伴熱，且需要保證伴熱效果。如果保溫伴熱稍不穩(wěn)定，就可能造成直徑較小的引壓管線的某一部分凍堵，致使測量結(jié)果失效，影響裝置平穩(wěn)及安全運(yùn)行，而圖2中雙法蘭毛細(xì)管中的填充液種類較多，可根據(jù)環(huán)境溫度或介質(zhì)溫度的不同而選取不同種類。長嶺工程選取了可耐-40℃低溫的硅油，所以在冬天寒冷天氣情況下，毛細(xì)管部分不需要保溫伴熱，僅需將取樣球閥處保溫伴熱即可。保溫伴熱圖如圖3、圖4所示。

2 液位類測量儀表取源口位置的設(shè)計(jì)及儀表安裝

液位類儀表取源口的位置，shou先應(yīng)滿足工藝要求的測量范圍，能夠涵蓋#高到#低液位，選在液位變化靈敏，且檢測元件不應(yīng)受物料沖擊的位置。直接式液位測量儀表、浮力式液位測量儀表、電氣式液位測量儀表在設(shè)備上的上下取源口應(yīng)在同一垂直面上，但差壓式測量儀表上下取源口不受此限制，可不在同一垂直面上。

 

差壓變送器測量液位時，儀表安裝高度不應(yīng)高于下部取源口，膜片式雙法蘭差壓變送器安裝位置不受取源口位置的限制，可安裝在任何高度[6]。

 

雖然膜片式雙法蘭差壓變送器安裝在任何高度對測量結(jié)果沒有影響，但是如果液位測量范圍不大的情況下，建議其儀表安裝高度#好也不高于下取源口，是因?yàn)楫?dāng)安裝高于下部取壓點(diǎn)時，正膜盒在空罐或者罐是負(fù)壓的時候受壓非常大，容易將正膜盒壓變形，變形之后膜盒的線性就會發(fā)生變化，零點(diǎn)漂移較大[7]，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。但當(dāng)液位測量范圍較大時，且罐體空罐極少的情況下，為減小毛細(xì)管的長度，膜片式雙法蘭差壓變送器可安裝在上下取源口中間位置。因毛細(xì)管較細(xì)且長，安裝時需對其進(jìn)行保護(hù)固定，盡量借助設(shè)備上的各種支撐或單好設(shè)置支架固定，過長的毛細(xì)管需繞成圈捆扎后固定好。

 

儀表安裝位置盡量靠近爬梯或者安裝于操作平臺上，便于巡檢及維護(hù)。罐體間如果設(shè)置有罐間閥室，儀表檢測設(shè)備盡量安裝在閥室內(nèi)。

 

3 儀表的保溫伴熱

3.1 伴熱

用于測量環(huán)境溫度低于0℃的易凍結(jié)的濕氣或液體介質(zhì)的現(xiàn)場儀表設(shè)備，應(yīng)設(shè)置保溫伴熱措施。伴熱方式一般有3種：蒸汽伴熱、熱水伴熱、電伴熱。

 

蒸汽伴熱優(yōu)點(diǎn)是升溫速度快，伴熱范圍較大，基本不受管線長度影響。缺點(diǎn)是管路安裝不方便，特別是復(fù)雜管線及不規(guī)則設(shè)備的場合，且溫度較難控制，對于小口徑管線和復(fù)雜管線，伴熱管要繞來繞去，使用時間一長彎頭處容易泄露，冬季需要大量人力物力來維護(hù)。熱水伴熱跟蒸汽伴熱差不多，其缺點(diǎn)還有溫升較慢，伴熱范圍��；另外，冬季還要考慮它的防凍防凝、裝置停車倒空問題。

 

電伴熱優(yōu)點(diǎn)是升溫速度快，發(fā)熱均勻，可以遠(yuǎn)控，控溫準(zhǔn)確，安裝簡便、可靠性高，電伴熱無泄漏，有利于環(huán)境保護(hù)，特別適合小口徑或復(fù)雜管線及不規(guī)則設(shè)備的伴熱；缺點(diǎn)是一次性投資較高。

 

液位計(jì)本體及液位類儀表取樣閥、自控閥門如果用蒸汽伴熱，一般需要選擇夾套式結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目成本增加較大。另外，用于儀表設(shè)備的安裝管線口徑都比較小且安裝不那么規(guī)則，彎點(diǎn)較多，蒸汽伴熱或熱水伴熱容易出現(xiàn)凍堵及泄漏情況，冬季維護(hù)起來較困難。故長嶺項(xiàng)目伴熱方式選用電伴熱。

 

隨著科技的發(fā)展，相較蒸汽伴熱及熱水伴熱，電伴熱產(chǎn)品越來越多的應(yīng)用于各行各業(yè)中。

 

3.2 保溫伴熱的安裝方式及施工

對于熱流體（如蒸汽、熱水或其它高溫物料）及冷流體的儀表檢測系統(tǒng)，應(yīng)采用絕熱保溫。當(dāng)采用絕熱保溫方式可保證儀表和管線正常工作時都應(yīng)該采用絕熱保溫，不必伴熱[8]，但采用了管線伴熱或電伴熱的場所都應(yīng)進(jìn)行保溫。電伴熱線的纏繞方式應(yīng)盡可能使散熱體必要時可以拆除進(jìn)行維修或更換而不損壞伴熱線或影響其它線路，設(shè)備上及口徑稍大的管線一般采用螺旋纏繞，口徑很小的儀表引壓管線可采用與管線平行敷設(shè)。平行敷設(shè)時，電伴熱線盡量安裝在管線側(cè)面或側(cè)下方。電伴熱線施工測試后，應(yīng)立即進(jìn)行保溫層的安裝，施工時必須確保保溫材料的干燥。

 

4 結(jié)論

液位的測量在天然氣凈化廠生產(chǎn)過程控制中占有重要的地位，液位測量的穩(wěn)定，可使生產(chǎn)達(dá)到高效、優(yōu)質(zhì)、低耗，同時也是確保生產(chǎn)安全運(yùn)行的必要條件。液位測量儀表選擇種類較多，但應(yīng)結(jié)合實(shí)際的使用環(huán)境，根據(jù)介質(zhì)的特性、操作條件、測量范圍以及對精度的要求、概預(yù)算的情況，適當(dāng)選取。