液位计清洗小车研制及应用

柴 威，田宏建，陈伟荣，庞 序，李明钊

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津300452)

1 研究背景

海洋石油平台作为一个独立的油气生产单元，需要进行原油的脱水、脱气、生产水处理、注水等一系列生产流程完成原油开采。生产流程各个容器需要液位计对液位进行实时监控，综合考虑可靠性、成本等一系列因素，现场最普遍使用的液位计大多采用磁浮子式或射频导纳式液位计(图1)，然而由于杂质、油泥的存在，会对液位计的计量造成一定影响。杂质和油泥附着在磁浮子上可能导致液位计的卡滞，而附着在射频导纳探杆上则会造成虚假信号，产生流程的波动，严重时甚至造成生产流程关断。因此，需要定期对液位计的浮子以及探杆进行清洗，以便保证液位计的正常工作。

图1 磁浮子液位计与射频导纳液位计Fig.1 Magnetic float level gauge and radio-frequency admittance level gauge

不同液位计的清洗往往采用不同的方式。磁浮子液位计清洗通常采用从顶部法兰灌液或从下法兰拆卸浮子直接清洗，射频导纳液位计清洗通常采用从顶部拆卸法兰对液位计进行灌液清洗，或是将变送器从上方提起后进行清洁(表1)。

表1 清洗液位计方式效果对比Tab.1 Comparison of cleaning level gauge methods

传统清洗方法存在作业量大、作业风险高等缺点，且难以保证清洗效果，基于此考虑研制一种使清洗作业更为简易、清洗效果更好、风险更低的专用设备。

2 技术简介

2.1 设备组成及工作原理

该装置主要由下列几部分组成：储水箱，水箱容积约80L；隔膜泵，最大工作压力2.4MPa，最大流量9.3L/min；防爆电机，功率 0.75kW；自盘绳软管，长度 10m，软管外径 1/4″；实心锥形喷嘴，喷射角度60°，流量 6.5L/min；窄角喷嘴，喷射角度 15°，流量7.9L/min电控箱。

储水箱中的清水通过底部联通球阀送入隔膜泵入口，电机带动隔膜泵将清水增压，出口设置调压阀，根据不同需要将水压调至 1.5～2.4MPa，增压后的水通过软管深入到液位计内部通过喷嘴喷出。

2.2 功能设计

①水箱存储足够清洗 2～3个液位计的水量，作业前将水箱灌满，底部设一个排放口，用于停用设备时将水箱底部水排掉。

②隔膜泵与电机通过联轴器相连接，通过 1个1/2″(12.7mm)NPT螺纹接口与水箱连接，以及 1个3/8″(9.525mm)NPT螺纹接口与软管连接。

③清洗车底部安装4个万向轮，便于移动。

④清洗磁浮子液位计时，首先将实心锥喷嘴安装在软管上，通过液位计上法兰的排放口将软管插入到浮筒内部，液位计下方放置桶用来收集污水。启动电机同时将软管向下送管，对浮筒内壁进行冲洗。浮筒内壁清洗完成后，更换窄角喷嘴，再次将软管送入浮筒，对下放浮子进行冲洗(图2)。

图2 磁浮子液位计清洗示意图Fig.2 Schematic diagram of cleaning magnetic floatlevel gauge

清洗射频导纳液位计时，首先将实心锥喷嘴安装在软管上，拆卸液位计的上法兰并将液位计提起来一些，液位计下方放置桶用来收集污水。启动电机同时将软管向下送管对浮筒内壁以及射频导纳探杆进行冲洗(图3)。

图3 射频导纳液位计清洗示意图Fig.3 Schematic diagram of cleaning radio-frequency admittance level gauge

2.3 电控箱设计

电机采用380VAC 3项供电设计，设有空间加热器。控制回路采用 220V供电设计，控制箱上有一个启动按钮和一个停止按钮，并有供电状态指示灯以及电机启动指示灯，电路具有短路保护和过流保护功能(图4、图5)。

图4 控制回路电路图Fig.4 Schematic diagram of process modification

图5 电控箱设计图Fig.5 Diagram of electric control box design

2.4 制作过程

①底座加工焊接。使用 40mm×5mm 角钢焊接成底座，并根据软管和泵的安装位置，预留好相应的固定螺栓孔。

②储水箱加工焊接。储水箱由5mm碳钢板切割并焊接而成，制作成 L型，下方给隔膜泵撬预留出足够的空间，用于泵撬安装以及电缆接线。

③隔膜泵、软管组装。将电机和隔膜泵通过联轴器组装成泵撬，并将泵撬与底座通过螺栓进行连接。隔膜泵吸入口与水箱底部通过1/2″(12.7mm)NPT接口联通，水箱设一个排水阀用于将水箱底部污水排空，隔膜泵出口连接软管。

④电控箱制作安装。在控制箱顶部打孔，作为动力和控制电缆进出线孔；电控箱正面安装了2个按钮用于启停，以及2个状态灯用于检测供电情况和电机启停情况；按照控制回路图制作电控箱背板，固定在电控箱内部。

⑤喷头选型。对常用的几种类型喷嘴分别测试，考虑喷射角度、喷射力度、使用水量等因素，最终选用窄角喷嘴和通用型喷嘴2种。

⑥外观刷漆。对小车各个结构统一进行刷漆，以减小潮湿环境对于小车的腐蚀。

3 使用效果

3.1 使用测试

小车制作完毕后，将水箱灌满清水，电控箱连接电源进行起泵测试。喷射出的水雾力度足够，角度适中，水平喷射距离能达到 6～7m，且使用水量较小，连续冲洗时间能达到10min以上，足够清洗2～3台液位计。

3.2 磁浮子液位计

磁浮子液位计在以传统方法清洗时，往往通过爬梯从液位计顶部放空口用清水对浮筒内壁和浮子进行冲洗，对于原油等较为粘稠的介质，为了提高清洗效果，往往还需要拆卸浮筒下法兰，单独对于磁浮子进行清洁。高空作业、操作空间有限等问题导致清洗难度加大、所耗时长较多、风险较高。通过使用液位计清洗小车，较好改善了上述问题，效果对比如表2所示。

表2 磁浮子液位计清洗效果对比Tab.2 Comparison of cleaning effect of magnetic float level gauge

3.3 射频导纳液位计

射频导纳液位计为插入式液位计，理想情况是拆卸上法兰，并将液位计表头连通探杆尽可能提升起来，利用抹布对探杆进行清洁，可以对传感器彻底清洁。但实际情况下，由于压力容器安装位置较高，加上甲板层高原因，难以将探杆完全提出来，直接使用抹布只能对探杆很小一部分进行清洁，下放大部分长度是无法直接清洁的，仍然需要通过灌液的方式进行清洗。上方没有排气装置，无法通过放空口直接进行灌液清洗，与磁浮子液位计面临一样的问题。通过液位计清洗小车对其进行清洗后，克服了这一难题，效果对比如表3所示。

表3 射频导纳液位计清洗效果对比Tab.3 Comparison of cleaning effect of RF admittance level gauge

3.4 效果验证

液位计清洗小车现场投用后，与传统清洗方式相比，无论是清洗效果还是工作效率都有了显著提高，而且维修人员无需携带水桶反复登上爬梯，作业风险也大为降低。

3.5 改进空间

①因隔膜泵选型排量和扬程较低，实测出口压力为 1MPa左右，对于 2m 以上量程的液位计下部清洁效果未达到预期，后期可考虑换用更大排量和扬程的隔膜泵。

②对于粘稠介质附着的液位计，只用水进行清洗效果不佳，后期考虑在原水箱基础上改造，单独隔离一个腔室与泵吸入口联通，可以加入清洗液与水箱水进行混合后清洗，或是加入柴油进行预洗。

③冬季受环境气温影响，一旦管线、泵体结冰，可能导致小车损坏，使用后必须立即对管线和泵体进行吹扫，为此考虑管线上增加吹扫接入口，便于使用压缩空气吹扫。

4 经济性

此次改造工作均由平台仪表专业自主设计并实施，电动隔膜泵、自盘绳软管、喷嘴通过自主选型采购，水箱和车体利用平台现有钢板等物料焊接加工制成，估算整体制作成本38000元左右。如果实现量产整体成本至少能压缩到20000元以内。

就长远角度而言，此设备的应用可显著提高工作效率，降低维修人员作业风险，也为采油平台安全生产提供了有力保障。

5 总 结

经过一年多的现场实际使用，该液位计清洗小车使用方法简单、操作便捷、制作难度较低，现场使用稳定可靠，测试效果良好，完全满足现场实际使用的各种要求。

随着海上采油平台的数量不断增多，规模不断增大，如何确保流程/设备的本体安全尤为重要，务必使其更加安全可靠。此液位计清洗小车的研制，完全自主设计完成，通过构思、资料查询及现场测试，让维修人员对创新的理解及工效的提升有了更清晰的认识。通过对油气田各处液位计进行相关测试，验证了液位计清洗小车清洗效果的可靠性，规避了部分传统操作方法带来的风险。该设备可向整个海上油气田以及各个化工企业进行推广使用。