引言

隨著國內(nèi)外油氣田的不斷開發(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)、高效地運行不僅僅取決于此，現(xiàn)場儀表設(shè)備的選型及安裝也至關(guān)重要，將直接影響到整個系統(tǒng)的運行及后期工廠工作人員的操作、維護及管理。對于環(huán)境溫度低于零度的寒冷地區(qū)，用于測量環(huán)境溫度下易凍結(jié)的濕氣或液體介質(zhì)的現(xiàn)場儀表設(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(shè)備，一方面減少了外部環(huán)境對現(xiàn)場檢測元件測量結(jié)果的影響，提高了測量精度；另一方面也減少了全廠能耗，更減少了工廠維護人員的工作量。長嶺氣田地面建設(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)置于各類過濾/分離器、塔、儲罐及水池上。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傳儀表兩種類型，以便于現(xiàn)場就地觀測、操作及中控室遠程監(jiān)控，同時可對現(xiàn)場兩種液位計進行對比，了解設(shè)備真實液位情況。

 

1 液位測量儀表的分類及選擇

按照測量方法不同，液位測量儀表主要分為：直接式液位測量儀表（玻璃板（管）式液位計）、差壓式液位測量儀表（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）、電氣式液位測量儀表（電接點式、磁致伸縮式液位計、電容式液位計）、超聲波液位測量儀表、雷達液位計、放射性液位計等[1,2]。

 

液位儀表的選擇應(yīng)根據(jù)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，同時結(jié)合概預(yù)算的情況，適當選擇。但作為一個整體工程，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

目前，天然氣凈化廠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(qū)兩種液位計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)場觀測，磁浮子液位計現(xiàn)場觀測不受介質(zhì)潔凈度的影響，并可在不增加設(shè)備開口的情況下，外夾磁致伸縮變送器將液位信號上傳至中控室控制系統(tǒng)，進行顯示及報警。因此，長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。

 

1.2 遠傳液位計

對于過程檢測及控制的遠傳液位儀表，天然氣凈化廠中常用的有浮筒液位計和差壓式液位計。差壓式液位計結(jié)構(gòu)簡單、精que度高、測量范圍寬、穩(wěn)定性好、線性、便于安裝與維護，便于運輸，價格也優(yōu)于浮筒液位計[3]。浮筒的測量范圍一般宜選在2000mm以內(nèi)，但差壓式液位計測量范圍很寬。因此，長嶺氣田凈化廠各類帶壓的分離設(shè)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(xiàn)場液晶指示器選取耐-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，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理來進行液位測量的。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(zhuǎn)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(jié)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(shè)置隔離罐，其中要充滿隔離液，因受被測介質(zhì)溫度或外界其他因素的影響，裝置實際運行中有可能造成隔離液損失（H1減小）或隔離液中進入其他組份致使其密度特性發(fā)生變化（ρ2變化），#終會造成差壓變送器零點漂移，測量差壓不準，導(dǎo)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，也可能造成引壓管線堵塞，致使測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。同時，在裝置實際運行中，外觀無法判斷隔離液是否損失，如損失，必須及時填充，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、引壓管線堵塞的問題，測量穩(wěn)定。該儀表在測量介質(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]的液位測量上更具優(yōu)勢。

 

傳統(tǒng)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，致使測量結(jié)果失效，影響裝置平穩(wěn)及安全運行，而圖2中雙法蘭毛細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 液位類測量儀表取源口位置的設(shè)計及儀表安裝

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(yīng)受物料沖擊的位置。直接式液位測量儀表、浮力式液位測量儀表、電氣式液位測量儀表在設(shè)備上的上下取源口應(yīng)在同一垂直面上，但差壓式測量儀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，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測量結(jié)果沒有影響，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時，正膜盒在空罐或者罐是負壓的時候受壓非常大，容易將正膜盒壓變形，變形之后膜盒的線性就會發(fā)生變化，零點漂移較大[7]，導(dǎo)致測量不準確。但當液位測量范圍較大時，且罐體空罐極少的情況下，為減小毛細管的長度，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，安裝時需對其進行保護固定，盡量借助設(shè)備上的各種支撐或單好設(shè)置支架固定，過長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(shè)置有罐間閥室，儀表檢測設(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)點是升溫速度快，伴熱范圍較大，基本不受管線長度影響。缺點是管路安裝不方便，特別是復(fù)雜管線及不規(guī)則設(shè)備的場合，且溫度較難控制，對于小口徑管線和復(fù)雜管線，伴熱管要繞來繞去，使用時間一長彎頭處容易泄露，冬季需要大量人力物力來維護。熱水伴熱跟蒸汽伴熱差不多，其缺點還有溫升較慢，伴熱范圍�。涣硗�，冬季還要考慮它的防凍防凝、裝置停車倒空問題。

 

電伴熱優(yōu)點是升溫速度快，發(fā)熱均勻，可以遠控，控溫準確，安裝簡便、可靠性高，電伴熱無泄漏，有利于環(huán)境保護，特別適合小口徑或復(fù)雜管線及不規(guī)則設(shè)備的伴熱；缺點是一次性投資較高。

 

液位計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，冬季維護起來較困難。故長嶺項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(tǒng)，應(yīng)采用絕熱保溫。當采用絕熱保溫方式可保證儀表和管線正常工作時都應(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所都應(yīng)進行保溫。電伴熱線的纏繞方式應(yīng)盡可能使散熱體必要時可以拆除進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，電伴熱線盡量安裝在管線側(cè)面或側(cè)下方。電伴熱線施工測試后，應(yīng)立即進行保溫層的安裝，施工時必須確保保溫材料的干燥。

 

4 結(jié)論

液位的測量在天然氣凈化廠生產(chǎn)過程控制中占有重要的地位，液位測量的穩(wěn)定，可使生產(chǎn)達到高效、優(yōu)質(zhì)、低耗，同時也是確保生產(chǎn)安全運行的必要條件。液位測量儀表選擇種類較多，但應(yīng)結(jié)合實際的使用環(huán)境，根據(jù)介質(zhì)的特性、操作條件、測量范圍以及對精度的要求、概預(yù)算的情況，適當選取。