引言

隨著(zhù)國內外油氣田的不斷開(kāi)發(fā)及利用，各種先金、安全、合理的控制方案不斷應用于各天然氣凈化廠(chǎng)及類(lèi)似工程，但一座廠(chǎng)站安全、平穩、高效地運行不僅僅取決于此，現場(chǎng)儀表設備的選型及安裝也至關(guān)重要，將直接影響到整個(gè)系統的運行及后期工廠(chǎng)工作人員的操作、維護及管理。對于環(huán)境溫度低于零度的寒冷地區，用于測量環(huán)境溫度下易凍結的濕氣或液體介質(zhì)的現場(chǎng)儀表設備，一般應設置保溫伴熱措施，這部分儀表設備在冬季運行的好壞一定程度上受制于保溫伴熱的效果，更嚴重的可能引起控制回路故障、裝置運行受阻。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備，一方面減少了外部環(huán)境對現場(chǎng)檢測元件測量結果的影響，提高了測量精度；另一方面也減少了全廠(chǎng)能耗，更減少了工廠(chǎng)維護人員的工作量。長(cháng)嶺氣田地面建設工程廠(chǎng)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(chē)系統等公用工程及其它輔助生產(chǎn)設施，其液位類(lèi)儀表主要設置于各類(lèi)過(guò)濾/分離器、塔、儲罐及水池上。根據工藝生產(chǎn)要求，同一設備一般設置就地顯示儀表及遠傳儀表兩種類(lèi)型，以便于現場(chǎng)就地觀(guān)測、操作及中控室遠程監控，同時(shí)可對現場(chǎng)兩種液位計進(jìn)行對比，了解設備真實(shí)液位情況。

 

1 液位測量?jì)x表的分類(lèi)及選擇

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

 

液位儀表的選擇應根據介質(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(shí)結合概預算的情況，適當選擇。但作為一個(gè)整體工程，全廠(chǎng)儀表的選型在可能的情況下盡量統一，減少種類(lèi)，以減少備品備件，便于管理。

 

1.1 就地顯示液位計

目前，天然氣凈化廠(chǎng)常用的就地液位計一般選用玻璃板式液位計及磁浮子液位計兩種，在寒冷地區兩種液位計的取樣閥及筒體均需全部保溫伴熱。常規玻璃板式液位計受介質(zhì)潔凈度影響較大，介質(zhì)較臟的情況下不便于現場(chǎng)觀(guān)測，磁浮子液位計現場(chǎng)觀(guān)測不受介質(zhì)潔凈度的影響，并可在不增加設備開(kāi)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，進(jìn)行顯示及報警。因此，長(cháng)嶺氣田凈化廠(chǎng)就地液位儀表除去高溫部分選用玻璃板液位計外（高溫可導致磁浮子消磁），其余部分基本全部選用磁浮子液位計。

 

1.2 遠傳液位計

對于過(guò)程檢測及控制的遠傳液位儀表，天然氣凈化廠(chǎng)中常用的有浮筒液位計和差壓式液位計。差壓式液位計結構簡(jiǎn)單、精que度高、測量范圍寬、穩定性好、線(xiàn)性、便于安裝與維護，便于運輸，價(jià)格也優(yōu)于浮筒液位計[3]。浮筒的測量范圍一般宜選在2000mm以?xún)�，但差壓式液位計測量范圍很寬。因此，長(cháng)嶺氣田凈化廠(chǎng)各類(lèi)帶壓的分離設備、塔、儲罐上安裝的基本全部為差壓式液位計。液位變送器現場(chǎng)液晶指示器選取耐-40℃環(huán)境低溫的材質(zhì)，以保證裝置運行時(shí)巡檢人員的正常巡視。

 

目前，各凈化廠(chǎng)常用的承壓設備上所用的差壓式液位計主要有傳統式的差壓液位變送器和膜片式的雙法蘭差壓變送器。傳統式差壓液位變送器是利用容器內的液位改變時(shí)，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應變化的原理來(lái)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(guò)程連接件、毛細管、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)毛細管中的填充液傳遞給變送器，經(jīng)變送器轉換成電流信號輸出。

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：毛細管中填充液密度。

差壓液位變送及雙法蘭差壓變送器計算結果為：計算量程：

△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置隔離罐，其中要充滿(mǎn)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(huì )造成差壓變送器零點(diǎn)漂移，測量差壓不準，導致#終測量液位誤差較大；另外當介質(zhì)不潔凈含有雜質(zhì)時(shí)，也可能造成引壓管線(xiàn)堵塞，致使測量結果出現偏差。同時(shí)，在裝置實(shí)際運行中，外觀(guān)無(wú)法判斷隔離液是否損失，如損失，必須及時(shí)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(xiàn)堵塞的問(wèn)題，測量穩定。該儀表在測量介質(zhì)具有雜質(zhì)、腐蝕性、粘度大、易結晶、易氣化、易凝固的液體[4,5]的液位測量上更具優(yōu)勢。

 

傳統式差壓液位變送器雖然是一項成熟的技術(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(wèn)題。對于常壓罐可選用膜片式單法蘭差壓變送器或雷達液位計，水池上可選用浮力式液位計和雷達液位計。

 

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(xiàn)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定，就可能造成直徑較小的引壓管線(xiàn)的某一部分凍堵，致使測量結果失效，影響裝置平穩及安全運行，而圖2中雙法蘭毛細管中的填充液種類(lèi)較多，可根據環(huán)境溫度或介質(zhì)溫度的不同而選取不同種類(lèi)。長(cháng)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(lèi)測量?jì)x表取源口位置的設計及儀表安裝

液位類(lèi)儀表取源口的位置，shou先應滿(mǎn)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，且檢測元件不應受物料沖擊的位置。直接式液位測量?jì)x表、浮力式液位測量?jì)x表、電氣式液位測量?jì)x表在設備上的上下取源口應在同一垂直面上，但差壓式測量?jì)x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(shí)，儀表安裝高度不應高于下部取源口，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果沒(méi)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，是因為當安裝高于下部取壓點(diǎn)時(shí)，正膜盒在空罐或者罐是負壓的時(shí)候受壓非常大，容易將正膜盒壓變形，變形之后膜盒的線(xiàn)性就會(huì )發(fā)生變化，零點(diǎn)漂移較大[7]，導致測量不準確。但當液位測量范圍較大時(shí)，且罐體空罐極少的情況下，為減小毛細管的長(cháng)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。因毛細管較細且長(cháng)，安裝時(shí)需對其進(jìn)行保護固定，盡量借助設備上的各種支撐或單好設置支架固定，過(guò)長(cháng)的毛細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。罐體間如果設置有罐間閥室，儀表檢測設備盡量安裝在閥室內。

 

3 儀表的保溫伴熱

3.1 伴熱

用于測量環(huán)境溫度低于0℃的易凍結的濕氣或液體介質(zhì)的現場(chǎng)儀表設備，應設置保溫伴熱措施。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(xiàn)長(cháng)度影響。缺點(diǎn)是管路安裝不方便，特別是復雜管線(xiàn)及不規則設備的場(chǎng)合，且溫度較難控制，對于小口徑管線(xiàn)和復雜管線(xiàn)，伴熱管要繞來(lái)繞去，使用時(shí)間一長(cháng)彎頭處容易泄露，冬季需要大量人力物力來(lái)維護。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(chē)倒空問(wèn)題。

 

電伴熱優(yōu)點(diǎn)是升溫速度快，發(fā)熱均勻，可以遠控，控溫準確，安裝簡(jiǎn)便、可靠性高，電伴熱無(wú)泄漏，有利于環(huán)境保護，特別適合小口徑或復雜管線(xiàn)及不規則設備的伴熱；缺點(diǎn)是一次性投資較高。

 

液位計本體及液位類(lèi)儀表取樣閥、自控閥門(mén)如果用蒸汽伴熱，一般需要選擇夾套式結構，項目成本增加較大。另外，用于儀表設備的安裝管線(xiàn)口徑都比較小且安裝不那么規則，彎點(diǎn)較多，蒸汽伴熱或熱水伴熱容易出現凍堵及泄漏情況，冬季維護起來(lái)較困難。故長(cháng)嶺項目伴熱方式選用電伴熱。

 

隨著(zhù)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(lái)越多的應用于各行各業(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，應采用絕熱保溫。當采用絕熱保溫方式可保證儀表和管線(xiàn)正常工作時(shí)都應該采用絕熱保溫，不必伴熱[8]，但采用了管線(xiàn)伴熱或電伴熱的場(chǎng)所都應進(jìn)行保溫。電伴熱線(xiàn)的纏繞方式應盡可能使散熱體必要時(shí)可以拆除進(jìn)行維修或更換而不損壞伴熱線(xiàn)或影響其它線(xiàn)路，設備上及口徑稍大的管線(xiàn)一般采用螺旋纏繞，口徑很小的儀表引壓管線(xiàn)可采用與管線(xiàn)平行敷設。平行敷設時(shí)，電伴熱線(xiàn)盡量安裝在管線(xiàn)側面或側下方。電伴熱線(xiàn)施工測試后，應立即進(jìn)行保溫層的安裝，施工時(shí)必須確保保溫材料的干燥。

 

4 結論

液位的測量在天然氣凈化廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程控制中占有重要的地位，液位測量的穩定，可使生產(chǎn)達到高效、優(yōu)質(zhì)、低耗，同時(shí)也是確保生產(chǎn)安全運行的必要條件。液位測量?jì)x表選擇種類(lèi)較多，但應結合實(shí)際的使用環(huán)境，根據介質(zhì)的特性、操作條件、測量范圍以及對精度的要求、概預算的情況，適當選取。