摘 要:液位類檢測(cè)儀表在天然氣凈化廠及其類似工程的生產(chǎn)過(guò)程控制中占有至關(guān)重要的地位,其設(shè)置及檢測(cè)的情況將直接影響工廠的安全、平穩(wěn)運(yùn)行及產(chǎn)品的品質(zhì)。外部環(huán)境的不同,也會(huì)直接影響該類儀器儀表的使用效果。因此,合理設(shè)置并選取液位儀表對(duì)一座廠站來(lái)說(shuō)尤為重要。以長(zhǎng)嶺氣田地面建設(shè)工程為實(shí)例,針對(duì)在寒冷地區(qū)建設(shè)的天然氣凈化廠及類似場(chǎng)所自控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)液位類檢測(cè)儀表設(shè)備,根據(jù)其測(cè)量原理及測(cè)量對(duì)象條件的不同,對(duì)其選擇、安裝、設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行簡(jiǎn)述,以達(dá)到優(yōu)良的使用效果,為今后類似環(huán)境場(chǎng)所應(yīng)用的液位檢測(cè)控制方案提供參考3vA壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
引言
隨著國(guó)內(nèi)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(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(chǎng)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(gè)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(duì)于環(huán)境溫度低于零度的寒冷地區(qū),用于測(cè)量環(huán)境溫度下易凍結(jié)的濕氣或液體介質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件測(cè)量結(jié)果的影響,提高了測(cè)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(zhǎng)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(chǔ)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(guò)濾/分離器、塔、儲(chǔ)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(chǎng)就地觀測(cè)、操作及中控室遠(yuǎn)程監(jiān)控,同時(shí)可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)兩種液位計(jì)進(jìn)行對(duì)比,了解設(shè)備真實(shí)液位情況。
1 液位測(cè)量?jī)x表的分類及選擇
液位儀表的選擇應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的特性、操作條件、測(cè)量范圍以及對(duì)精度的要求、外部環(huán)境的影響等因素綜合考慮,同時(shí)結(jié)合概預(yù)算的情況,適當(dāng)選擇。但作為一個(gè)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(chǎng)觀測(cè),磁浮子液位計(jì)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)不受介質(zhì)潔凈度的影響,并可在不增加設(shè)備開(kāi)口的情況下,外夾磁致伸縮變送器將液位信號(hào)上傳至中控室控制系統(tǒng),進(jìn)行顯示及報(bào)警。因此,長(zhǎng)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(duì)于過(guò)程檢測(cè)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(jiǎn)單、精que度高、測(cè)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(jià)格也優(yōu)于浮筒液位計(jì)[3]。浮筒的測(cè)量范圍一般宜選在2000mm以內(nèi),但差壓式液位計(jì)測(cè)量范圍很寬。因此,長(zhǎng)嶺氣田凈化廠各類帶壓的分離設(shè)備、塔、儲(chǔ)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(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(yùn)行時(shí)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(shí),由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理來(lái)進(jìn)行液位測(cè)量的。膜片式雙法蘭差壓變送器由壓力測(cè)量膜片、過(guò)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(cè)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(hào)輸出。
安裝方式如圖1、圖2所示。其中,ρ1:被測(cè)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(cè)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(huì)造成差壓變送器零點(diǎn)漂移,測(cè)量差壓不準(zhǔn),導(dǎo)致#終測(cè)量液位誤差較大;另外當(dāng)介質(zhì)不潔凈含有雜質(zhì)時(shí),也可能造成引壓管線堵塞,致使測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)偏差。同時(shí),在裝置實(shí)際運(yùn)行中,外觀無(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(xì)管中的填充液(ρ3),與被測(cè)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(wèn)題,測(cè)量穩(wěn)定。該儀表在測(cè)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(cè)量上更具優(yōu)勢(shì)。
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(wèn)題。對(duì)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(cè)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(cè)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(zhǎng)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(cè)量?jī)x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(cè)量范圍,能夠涵蓋#高到#低液位,選在液位變化靈敏,且檢測(cè)元件不應(yīng)受物料沖擊的位置。直接式液位測(cè)量?jī)x表、浮力式液位測(cè)量?jī)x表、電氣式液位測(cè)量?jī)x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(cè)量?jī)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(cè)量液位時(shí),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(duì)測(cè)量結(jié)果沒(méi)有影響,但是如果液位測(cè)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(shí),正膜盒在空罐或者罐是負(fù)壓的時(shí)候受壓非常大,容易將正膜盒壓變形,變形之后膜盒的線性就會(huì)發(fā)生變化,零點(diǎn)漂移較大[7],導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確。但當(dāng)液位測(cè)量范圍較大時(shí),且罐體空罐極少的情況下,為減小毛細(xì)管的長(zhǎng)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(zhǎng),安裝時(shí)需對(duì)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(guò)長(zhǎng)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(tái)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(cè)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(cè)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(chǎng)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(zhǎng)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(chǎng)合,且溫度較難控制,對(duì)于小口徑管線和復(fù)雜管線,伴熱管要繞來(lái)繞去,使用時(shí)間一長(zhǎng)彎頭處容易泄露,冬季需要大量人力物力來(lái)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(wèn)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(jiǎn)便、可靠性高,電伴熱無(wú)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(lái)較困難。故長(zhǎng)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(lái)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(duì)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(cè)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(shí)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(chǎng)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(shí)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(shí),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(cè)試后,應(yīng)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(jié)論
液位的測(cè)量在天然氣凈化廠生產(chǎn)過(guò)程控制中占有重要的地位,液位測(cè)量的穩(wěn)定,可使生產(chǎn)達(dá)到高效、優(yōu)質(zhì)、低耗,同時(shí)也是確保生產(chǎn)安全運(yùn)行的必要條件。液位測(cè)量?jī)x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(cè)量范圍以及對(duì)精度的要求、概預(yù)算的情況,適當(dāng)選取。
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