錢(qián)欣，王安達(dá),張中華，穆頃

(中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司，天津 300452)

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海洋平臺(tái)樁腿存儲(chǔ)乙二醇液位測(cè)量方式研究

錢(qián)欣，王安達(dá),張中華，穆頃

(中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司，天津 300452)

隨著探勘開(kāi)發(fā)能力的提升，石油裝備技術(shù)的完善，深海石油開(kāi)采逐步成為世界大型石油公司關(guān)注的重點(diǎn)，中國(guó)海洋石油總公司在南海開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)第一個(gè)深水氣田——南海深水天然氣開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。

在南海深水天然氣開(kāi)發(fā)中,為了抑制長(zhǎng)距離海管輸送過(guò)程中天然氣水合物的產(chǎn)生，需要在平臺(tái)上存儲(chǔ)1500m3貧乙二醇(MEG)溶液供流程使用。由于深水氣田平臺(tái)空間極度緊張，載荷也達(dá)到臨界值，布置一個(gè)儲(chǔ)罐單獨(dú)儲(chǔ)存MEG溶液存在較大困難。在上述情況下，設(shè)計(jì)了利用平臺(tái)樁腿作為容器存儲(chǔ)MEG溶液的方案。同時(shí)，緊貼樁腿設(shè)置1個(gè)套管，底部與樁腿相連，把MEG溶液輸送泵下入套管底部，將MEG溶液抽取到平臺(tái)上。

該方案有效解決了乙二醇的儲(chǔ)存問(wèn)題，節(jié)省了平臺(tái)空間，減少了平臺(tái)承重。但為了不破壞樁腿結(jié)構(gòu)，MEG溶液的注入、抽取及液位測(cè)量等工作均需在與樁腿連通的套管上進(jìn)行。在此工況下，既需要確保液位測(cè)量的準(zhǔn)確性，保證量程和精度，又要考慮在此特殊位置進(jìn)行安裝的可行性和可維護(hù)性，液位變送器的選型亟需解決。

通過(guò)對(duì)特殊工況下液位儀表的選型分析，最終確認(rèn)采用投入靜壓式液位變送器，隨泵一起安裝，解決了測(cè)量和安裝這兩個(gè)難點(diǎn)，保證了液位的精確測(cè)量。

1樁腿存儲(chǔ)MEG液位測(cè)量方案分析

該石油平臺(tái)常年處于高鹽霧、強(qiáng)腐蝕的自然環(huán)境，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的可靠性、防護(hù)等級(jí)、防爆等級(jí)、材質(zhì)等均有較高要求，一定程度上給儀表選型設(shè)計(jì)增加了難度。目前，海洋平臺(tái)上常用的液位儀表類(lèi)型有壓力式、雷達(dá)式、超聲式、浮子式、磁子式等。在選型過(guò)程中，需要從液位儀表的測(cè)量范圍、測(cè)量精度、實(shí)際安裝需求等方面出發(fā)，進(jìn)行綜合判斷。筆者針對(duì)具體工況，對(duì)各類(lèi)變送器展開(kāi)詳細(xì)分析，選定最適用的液位儀表。

針對(duì)直徑0.5 m、長(zhǎng)度近100 m的套管內(nèi)MEG溶液的液位測(cè)量，該套管深入水下80m，與樁腿焊接，液位儀表的量程范圍為0～100m。如果選用側(cè)裝式液位變送器(如浮子式、磁子式)，經(jīng)過(guò)咨詢(xún)廠家，暫無(wú)可滿足該量程的產(chǎn)品。并且，在水下80m處的套管上開(kāi)孔并安裝法蘭，對(duì)套管結(jié)構(gòu)、防腐等方面也提出了更高的要求，且法蘭連接處成為新的泄漏點(diǎn)，增大了項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，所以不推薦使用浮子式、磁子式液位變送器及需要套管底部開(kāi)孔的差壓式液位變送器。

如果采用外貼式安裝形式，如外貼超聲波液位變送器，需要考慮液位變送器常年浸入海水中，面臨海水腐蝕、海流沖刷等惡劣環(huán)境，并由此帶來(lái)液位變送器材質(zhì)昂貴、安裝困難的問(wèn)題，不易選擇合適的產(chǎn)品，所以不推薦外貼式液位變送器。

從安裝便利性考慮，頂裝式液位變送器比較適合。對(duì)于雷達(dá)式和超聲波式液位變送器，均要求液面與發(fā)射口之間無(wú)干擾物，但此處套管內(nèi)徑僅0.5m、長(zhǎng)100m，且套管內(nèi)有電纜、MEG溶液提升泵護(hù)管、管卡等設(shè)施，會(huì)影響雷達(dá)式和超聲波式液位變送器的測(cè)量精度，因而這兩種類(lèi)型的液位變送器也不適用于此處工況。

投入靜壓式液位變送器屬于壓力類(lèi)液位儀表，可采用頂裝式安裝，將測(cè)量傳感器固定于套管底部，通過(guò)電纜將靜壓信號(hào)傳輸至固定于套管頂部的表頭，并將該信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)4～20mA電信號(hào)，再傳輸至中控室進(jìn)行檢測(cè)，可以有效解決該技術(shù)問(wèn)題，是該項(xiàng)目MEG液位測(cè)量的最佳選擇。

2投入靜壓式液位變送器的原理及技術(shù)特征

投入靜壓式液位變送器基于所測(cè)液體靜壓與該液體高度成正比的原理，利用擴(kuò)散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應(yīng)，將傳感器接收的靜壓轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)變送器的溫度補(bǔ)償，并進(jìn)行一定的線性校正，轉(zhuǎn)換成4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出，并可通過(guò)儀表電纜連接至控制系統(tǒng)進(jìn)行控制[1]。

當(dāng)液位變送器投入到被測(cè)液體中某一深度時(shí)，傳感器迎液面受到的壓力為

p=ρgH

(1)

式中：p——變送器迎液面所受壓力；ρ——被測(cè)液體密度；H——被測(cè)液體深度；g——重力加速度。

如果被測(cè)液體密度一定，已知重力加速度g和靜壓值p，根據(jù)式(1)即可計(jì)算出傳感器所處位置的液體深度H[2]。

投入靜壓式液位變送器具有廣泛的量程范圍，在0.3～100m可供用戶(hù)自由選擇，可根據(jù)需求訂制，且具有2倍超載能力，對(duì)工況波動(dòng)具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。其傳感器材質(zhì)有多種選擇，304，316不銹鋼傳感器適用于水及一般非腐蝕性介質(zhì)，陶瓷材質(zhì)膜片、哈氏C合金膜片適用于各種腐蝕性介質(zhì)。該變送器具有很高的測(cè)量精度，可達(dá)0.1級(jí)，并有0.25，0.5，1級(jí)等多種選擇。防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP68，可保證傳感器長(zhǎng)期浸入被測(cè)介質(zhì)中而不損壞。儀表可輸出二線制4～20mA/三線制1～5V(DC)標(biāo)準(zhǔn)電流、電壓信號(hào)，帶HART協(xié)議。投入靜壓式液位變送器的傳感器部分可直接投入到液體中，變送器部分可用法蘭或支架固定，安裝使用極為方便?？捎糜诔鞘薪o排水，水處理廠、水庫(kù)、河流、海洋及石油、化工、電力等方面的液位測(cè)量，被測(cè)介質(zhì)可以是酸性、堿性及黏稠性液體。

綜上，投入靜壓式液位變送器具有技術(shù)先進(jìn)、精度高、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、安裝使用方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種過(guò)程檢測(cè)控制系統(tǒng)中理想的液位儀表。

3選型分析

根據(jù)工藝分析及計(jì)算確認(rèn)，測(cè)量樁腿MEG液位的投入靜壓式液位變送器工藝參數(shù)見(jiàn)表1所列。

表1　投入靜壓式液位變送器工藝參數(shù)

針對(duì)上述工況，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求此處的投入靜壓式液位變送器的傳感部分采用能抵御貧MEG溶液腐蝕的316不銹鋼，IP68防護(hù)等級(jí)要求。傳感器與表頭之間的連接電纜也需長(zhǎng)期浸入貧MEG溶液中，因而要求采用PTFE涂層，并可承受950N的拉力，以保證長(zhǎng)期垂入的情況下不產(chǎn)生機(jī)械拉伸損壞。變送器要求兩線制，4～20mA輸出，帶HART協(xié)議，變送器外殼為316不銹鋼，可抵御南海高溫、高濕的鹽霧環(huán)境腐蝕，精度要求0.25級(jí)。

在實(shí)際安裝中，因?yàn)樨歁EG溶液輸送泵的泵頭也安裝于套管底部，為了使變送器處于穩(wěn)定、無(wú)湍流的測(cè)量環(huán)境中，將傳感器固定于泵頭下方1m處，垂掛處理。為防止變送器與傳感器之間的電纜長(zhǎng)期懸垂于套管內(nèi)，機(jī)械強(qiáng)度受損，同時(shí)也防止其在套管內(nèi)與貧MEG溶液輸送泵的動(dòng)力電纜、泵護(hù)管等設(shè)備纏繞，因而將電纜固定在泵桿上，隨泵逐級(jí)下入套管進(jìn)行安裝固定。該電纜通過(guò)法蘭穿過(guò)并固定于套管頂部大法蘭，接入變送器接線盒，完成了整個(gè)安裝過(guò)程。安裝示意如圖1所示。

圖1　投入靜壓式液位變送器安裝示意

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)液位儀表的深入分析，選擇了合適的液位變送器，實(shí)現(xiàn)了樁腿MEG液位的有效測(cè)量，對(duì)準(zhǔn)確監(jiān)控和確認(rèn)工藝流程的實(shí)際情況具有重要意義。

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國(guó)產(chǎn)控制系統(tǒng)在百萬(wàn)噸乙烯中實(shí)現(xiàn)“從零到一”的跨域

長(zhǎng)期以來(lái)，百萬(wàn)噸乙烯項(xiàng)目因其高危險(xiǎn)、高復(fù)雜、高難度，一直將國(guó)產(chǎn)控制系統(tǒng)拒之門(mén)外，中控中標(biāo)神華寧煤乙烯工程DCS項(xiàng)目，標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)控制系統(tǒng)成功跨越“禁區(qū)”，中控人用自己的擔(dān)當(dāng)，不負(fù)眾托與信任，實(shí)現(xiàn)“從零到一”的突破，更是增強(qiáng)了用戶(hù)對(duì)民族工業(yè)自動(dòng)化的信心！

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張訓(xùn)海先生榮膺“2014中國(guó)自動(dòng)化領(lǐng)域年度人物”殊榮

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摘要：針對(duì)深水氣田樁腿存儲(chǔ)乙二醇(MEG)的液位測(cè)量難題，通過(guò)對(duì)比各類(lèi)液位變送器的測(cè)量范圍、產(chǎn)品性能、安裝需求等因素，結(jié)合工況實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行選型，最終確定采用投入靜壓式液位變送器。介紹了該變送器的測(cè)量原理，結(jié)合測(cè)量精度、產(chǎn)品材質(zhì)、防護(hù)精度等，進(jìn)一步論證了使用該液位變送器對(duì)工況的適用性。同時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際實(shí)施情況，精確分析該變送器的設(shè)計(jì)參數(shù)，并給出安裝建議。

關(guān)鍵詞：樁腿存儲(chǔ)液位測(cè)量海洋平臺(tái)

Research on Ethylene Glycol Liquid Level Measurement Method in Jacket Leg Storage of Offshore PlatformQian Xin, Wang Anda, Zhang Zhonghua, Mu Qing

(Tianjin Branch, CNOOC China Limited, Tianjin, 300452, China)

Abstract：Aiming at level measurement problem of ethylene glycol stored in deep-water natural gas jacket leg, static pressure liquid level transmitter is finally selected to be used through comparison of measure range, product characteristics and installation requirements and so on for all kinds of liquid level transmitters combined with actual work characteristics. The measuring principle is introduced. Combining with measure precision, product material and safeguard precision, the applicability of transmitter under work condition is further proofed. Meanwhile, based on actual implementation of actual situation, the design parameters for transmitter are analysised in detail. The installation suggestions for static pressure liquid level transmitter are put forward.

Key words：jacket leg storage; level measurement; offshore platform

中圖分類(lèi)號(hào)：TH816

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1007-7324(2015)03-0065-03

作者簡(jiǎn)介：錢(qián)欣，女，2004年畢業(yè)于西南石油大學(xué)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，從事海洋石油油田開(kāi)發(fā)前期研究工作，任工程師。

稿件收到日期： 2014-12-20，修改稿收到日期： 2015-03-12。