油气管道清管球过球指示器的比较与选型

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，湛江 524057）

0 引言

海洋石油海底管线清管作业的收发球筒中安装有过球指示器，用来判断清管球通过情况，是清管工艺设备中必不可少的显示仪表。海洋石油中常见的过球指示器有机械触发插入式、非接触超声波、非接触磁感应式、差压式等类型。通常过球指示器现场有旗式指示，并通过两线制4～20 mA 通过HART协议或RS-485标准接口ModBus-RTU协议传输到控制系统。根据原理分析各自的特点并进行比较，正确选择过球指示器，减少不报警、误报警，提高报警的准确性。

1 过球指示器原理

1.1 差压式过球指示器

差压式过球指示器主要通过压力传感器实时检测管段压差变化，通过两个压力变送器的数据把信号传输到控制系统显示（如图1a所示）。在控制系统中对两个压力变送器压力值进行比较，收球时PT1＞PT2，发球时PT1＜PT2，通过实验得出实际的｜PT1-PT2｜=△P（△P通球的差压压力），△P维持的时间＞T（T=收球筒容积/管线物流流速域值上限），海管正常生产时，收球筒两端压差远小于△P。现场安装单流阀接差压表，通过观察差压表的波动来辅助判断清管球是否通过，通球结束后差压表可通过泄压进行复位[1]。

图1 过球指示器原理

1.2 非接触超声波过球指示器

非接触式超声波过球指示器，频率大于20 kHz的机械波被称为超声波，依据超声波发射接收的反射波的强度来判断清管球是否通过（如图1b所示）。没通球时管壁反射波的强度小，清管球通过时发射波的强度大，通过检测波的强度大小，声强（I）与声压（P）的关系为：I=（P2）/（ρv）其中ρ为介质密度，v为声速。强度设定值大于正常流体发射波小于清管球通过强度。通球时的声强达到设定值后通过信号处理电路输出现场状态灯报警，或通过4～20 mA远程至控制系统中进行显示。

1.3 非接触磁感应式过球指示器

感应式清管球过球指示器，带有永久磁铁的清管球到达感应装置时，由于磁通量发生变化，产生感应电势（如图1c所示）。磁通变化率磁铁在管道里运动，其磁感应强度（对线圈而言）是随着距离所绕线圈远近而变的，清管球到达时，磁感应电势变大，通过低频放大器后驱动继电器动作，指示灯（或其他装置）接通，用来指示清管球达到[2]。

1.4 机械触发插入式过球指示器

机械触发插入式过球指示器是最常见的指示器，根据连接方式分为基座焊接、法兰连接、球阀连接、球阀法兰连接、法兰球阀连接等方式。按照复位方式分为旗式手动复位、旗式/远传/手动复位、数显/远传/自动复位、带压装卸复位等方式。机械触发插入式过球指示器安装在开孔收发球筒中[3]，清管球清管作业过程中，清管球通过时触发机械撞杆，机械触点动作，触动微动开关给出关或开的信号，机械机构推动机械旗式指示，也可将机械信号转换为仪表信号传送至控制系统，机械旗式指示手动复位（如图1d所示）。

2 过球指示器优缺点

根据过球指示器原理，现场安装要求，管道流体介质、清管球的类型等不同，分析以上4种常用过球指示器优缺点，针对使用现场的工况不同，合理选择最合适的过球指示器。

（1）压差式，优点是能准确检测差压、结构简单、价格便宜。缺点是引压口及管线长容易堵，也不能测稠油，发球器前后差压小，不容易检测差压值。适用场合是收球笼前后安装，管道中结蜡少，杂质较少的管道。

（2）非接触超声波式，优点是施工容易、安装位置可更换。缺点是①泡沫球不能过小，反射波的强度太小，不报警。②清管球流速不能太快，过快不易捕捉到声强的变化的信号。③价格昂贵。适用场合是泡沫球过盈3%以上的通球作业，刮板球通球。

（3）非接触磁感应式，优点是结构简单、施工容易、可以定位卡球位置。缺点是①球体需要带永久磁铁，通球过程中会把管道中锈渣吸附在球体上造成卡堵，磁性太弱信号不易捕捉。②容易受周围磁场的干扰，本身带有磁场会干扰其他电信号的仪表。③清管球磁体脱落后会吸附在管壁，不易清除。适合复合软管的通球。

（4）机械触发插入式，优点是结构简单，价格便宜。缺点是①管线带压开孔，密封件易老化，密封失效介质进入机械转换机构，指示器易堵塞，机械结构中的磁环、弹簧等部件锈化不能报警。②流体介质中有异物碰撞误报警。③泡沫球过盈太大，机械触点容易变形不报警，容易把清管球刺破。④机械接触容易产生静电。适用洁净流体介质，泡沫球不能过小或过盈的场合。

3 结束语

海底管道中的机械杂质、锈渣、原油中的积砂、管壁结蜡、管壁腐蚀等产物的聚集会造成局部的堵塞和缩小管道的截流面积，为了解决以上问题，清管通球作业尤其重要。判断清管球是否从发球筒中发出，收球筒是否收到球，存在卡球时会导致管道堵塞，判断卡球位置同样重要。通过文中阐述能为清管作业过球指示器从原理上选型提供依据。