液位类仪表在寒冷地区天然气净化厂的应用

2019-12-06孟凡丽王远江田建军

仪器仪表用户 2019年1期

孟凡丽, 王远江, 田建军

（1.中国石油工程建设有限公司西南分公司，成都 610041；

2.中国石油集团测井有限公司吐哈分公司，新疆维吾尔自治区吐鲁番 838202）

0 引言

随着国内外油气田的不断开发及利用，各种先进、安全、合理的控制方案不断应用于各天然气净化厂及类似工程，但一座厂站安全、平稳、高效地运行不仅仅取决于此，现场仪表设备的选型及安装也至关重要，将直接影响到整个系统的运行及后期工厂工作人员的操作、维护及管理。

对于环境温度低于零度的寒冷地区，用于测量环境温度下易冻结的湿气或液体介质的现场仪表设备，一般应设置保温伴热措施，这部分仪表设备在冬季运行的好坏一定程度上受制于保温伴热的效果，更严重的可能引起控制回路故障、装置运行受阻。因此，在寒冷环境下尽量选取不需伴热或伴热部位较少的仪表设备，一方面减少了外部环境对现场检测元件测量结果的影响，提高了测量精度；另一方面也减少了全厂能耗，更减少了工厂维护人员的工作量。

长岭气田地面建设工程厂址位于吉林省松原市，冬季最低环境温度为-39℃，主要包括集气、脱碳、脱水、净化、二氧化碳增压、二氧化碳干燥装置，还包括了供热装置、水处理各装置、储罐及装车系统等公用工程及其它辅助生产设施，其液位类仪表主要设置于各类过滤/分离器、塔、储罐及水池上。根据工艺生产要求，同一设备一般设置就地显示仪表及远传仪表两种类型，以便于现场就地观测、操作及中控室远程监控，同时可对现场两种液位计进行对比，了解设备真实液位情况。

1 液位测量仪表的分类及选择

按照测量方法不同，液位测量仪表主要分为：直接式液位测量仪表（玻璃板（管）式液位计）、差压式液位测量仪表（压力式、吹气式、差压式液位计）、浮力式液位测量仪表（浮球式、浮筒式、磁性翻板式液位计）、电气式液位测量仪表（电接点式、磁致伸缩式、电容式液位计）、超声波液位测量仪表、雷达液位计、放射性液位计等[1,2]。

液位仪表的选择应根据介质的特性、操作条件、测量范围以及对精度的要求、外部环境的影响等因素综合考虑，同时结合概预算的情况，适当选择。但作为一个整体工程，全厂仪表的选型在可能的情况下尽量统一，减少种类，以减少备品备件，便于管理。

1.1 就地显示液位计

目前，天然气净化厂常用的就地液位计一般选用玻璃板式液位计及磁浮子液位计两种，在寒冷地区两种液位计的取样阀及筒体均需全部保温伴热。常规玻璃板式液位计受介质洁净度影响较大，介质较脏的情况下不便于现场观测，磁浮子液位计现场观测不受介质洁净度的影响，并可在不增加设备开口的情况下，外夹磁致伸缩变送器将液位信号上传至中控室控制系统，进行显示及报警。因此，长岭气田净化厂就地液位仪表除去高温部分选用玻璃板液位计外（高温可导致磁浮子消磁），其余部分基本全部选用磁浮子液位计。

1.2 远传液位计

对于过程检测及控制的远传液位仪表，天然气净化厂中常用的有浮筒液位计和差压式液位计。差压式液位计结构简单、精确度高、测量范围宽、稳定性好、线性、便于安装与维护，便于运输，价格也优于浮筒液位计[3]。浮筒的测量范围一般宜选在2000mm以内，但差压式液位计测量范围很宽。因此，长岭气田净化厂各类带压的分离设备、塔、储罐上安装的基本全部为差压式液位计。液位变送器现场液晶指示器选取耐-40℃环境低温的材质，以保证装置运行时巡检人员的正常巡视。

目前，各净化厂常用的承压设备上所用的差压式液位计主要有传统式的差压液位变送器和膜片式的双法兰差压变送器。传统式差压液位变送器是利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理来进行液位测量的。膜片式双法兰差压变送器由压力测量膜片、过程连接件、毛细管、填充液和差压变送器组成，液位产生的压力由测量膜片经毛细管中的填充液传递给变送器，经变送器转换成电流信号输出。

图1 差压液位变送器Fig.1 Differential pressure liquid level transmitter

图2 膜片式双法兰差压变送器Fig.2 Diaphragm type double flange differential pressure transmitter

安装方式如图1、图2所示。

其中，ρ1：被测介质密度；ρ2：隔离液密度；ρ3：毛细管中填充液密度。

差压液位变送及双法兰差压变送器计算结果为：

计算量程：

总迁移量：

图3 差压变送器伴热图Fig.3 Heat tracing diagram of differential pressure transducer

图1中，差压液位变送器需设置隔离罐，其中要充满隔离液，因受被测介质温度或外界其他因素的影响，装置实际运行中有可能造成隔离液损失（H1减小）或隔离液中进入其他组份致使其密度特性发生变化（ρ2变化），最终会造成差压变送器零点漂移，测量差压不准，导致最终测量液位误差较大；另外当介质不洁净含有杂质时，也可能造成引压管线堵塞，致使测量结果出现偏差。同时，在装置实际运行中，外观无法判断隔离液是否损失，如损失，必须及时填充，在操作上也比较麻烦。

图2中，膜片式双法兰差压变送器的毛细管中的填充液（ρ3），与被测介质完全隔离，不存在损失及介质污染、引压管线堵塞的问题，测量稳定。该仪表在测量介质具有杂质、腐蚀性、粘度大、易结晶、易气化、易凝固的液体[4,5]的液位测量上更具优势。

传统式差压液位变送器虽然是一项成熟的技术，但受介质工况条件、实际安装及外部环境影响较大，而膜片式双法兰差压变送器很好地解决了这些问题。

对于常压罐可选用膜片式单法兰差压变送器或雷达液位计，水池上可选用浮力式液位计和雷达液位计。

寒冷环境下，图1中与被测介质及隔离液接触的所有管线均需要保温伴热，且需要保证伴热效果。如果保温伴热稍不稳定，就可能造成直径较小的引压管线的某一部分冻堵，致使测量结果失效，影响装置平稳及安全运行，而图2中双法兰毛细管中的填充液种类较多，可根据环境温度或介质温度的不同而选取不同种类。长岭工程选取了可耐-40℃低温的硅油，所以在冬天寒冷天气情况下，毛细管部分不需要保温伴热，仅需将取样球阀处保温伴热即可。保温伴热图如图3、图4所示。

图4 膜片式双法兰差压变送器伴热Fig.4 Heat tracing of diaphragm type double flange differential pressure transmitter

2 液位类测量仪表取源口位置的设计及仪表安装

液位类仪表取源口的位置，首先应满足工艺要求的测量范围，能够涵盖最高到最低液位，选在液位变化灵敏，且检测元件不应受物料冲击的位置。直接式液位测量仪表、浮力式液位测量仪表、电气式液位测量仪表在设备上的上下取源口应在同一垂直面上，但差压式测量仪表上下取源口不受此限制，可不在同一垂直面上。

差压变送器测量液位时，仪表安装高度不应高于下部取源口，膜片式双法兰差压变送器安装位置不受取源口位置的限制，可安装在任何高度[6]。

虽然膜片式双法兰差压变送器安装在任何高度对测量结果没有影响，但是如果液位测量范围不大的情况下，建议其仪表安装高度最好也不高于下取源口，是因为当安装高于下部取压点时，正膜盒在空罐或者罐是负压的时候受压非常大，容易将正膜盒压变形，变形之后膜盒的线性就会发生变化，零点漂移较大[7]，导致测量不准确。但当液位测量范围较大时，且罐体空罐极少的情况下，为减小毛细管的长度，膜片式双法兰差压变送器可安装在上下取源口中间位置。因毛细管较细且长，安装时需对其进行保护固定，尽量借助设备上的各种支撑或单独设置支架固定，过长的毛细管需绕成圈捆扎后固定好。

仪表安装位置尽量靠近爬梯或者安装于操作平台上，便于巡检及维护。罐体间如果设置有罐间阀室，仪表检测设备尽量安装在阀室内。