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投入式液位变送器在海上平台的设计与应用

作时间:2015-02-26 09:29:17  来源:中海石油(中国)有限公司  作者:
   

 摘 要:本文从海上平台桩腿内MEG液位测量的需求出发,结合各类变送器的原理、能力和特点,针对具体工况进行设计选型,说明了投入式液位变送器在海洋平台上特殊工况下的适用性。同时,结合生产实际,对投入式液位变送器特殊的安装方式进行研究,给出具体的解决方案,从而满足现场需求。

 
【引言】
    随着经济技术的飞速发展,世界范围内对石油天然气资源的需求越来越迫切,希望更多的油气资源被开采出来以满足日益发展的工业需求。深海石油以其储量大、油品性质好等特点受到各大石油公司地青睐,纷纷加速进军深海的步伐;中国海油也不甘落后,在南海开发了中国第一个深水气田--南海深水天然气开发项目。
    在南海深水天然气开发中,为了抑制长距离海管输送过程中天然气水合物的产生,需要在平台上存储1500m3贫MEG(乙二醇)溶液供流程使用。在设计过程中,由于深水气田平台空间极度紧张,重控也达到临界值,布置一个储罐单独储存MEG溶液将对总体和结构专业带来很大困难。在此情况下,设计方研究出利用平台桩腿作为容器,存储MEG溶液的方案。同时,紧贴桩腿设置一个套管,底部与桩腿相连,把MEG输送泵下入套管底部,将MEG溶液抽取到平台上。上述方案作为一项技术创新,很好地解决了乙二醇的储存问题,节省了平台空间,减少了平台重量。但另一个技术问题也随之而来:为了不破坏桩腿结构,MEG的注入、抽取等工作均需在与桩腿连通的套管上进行,液位测量也需在此处完成。在此工况下,既需要确保液位测量的准确性,保证量程和精度,又要考虑在此特殊位置进行安装的可行性和可维护性,液位变送器的选型变成一个迫切需要解决的问题。
    设计方通过针对特殊工况下液位仪表的选型分析,最终确认采用投入式液位变送器,随泵一起安装,解决了测量和安装这两个难点,保证了精确的液位测量。
 
【1、液位变送器的选型分析】
    在南海石油平台上,常年处于高盐雾、强腐蚀的自然环境,对现场仪表的可靠性、防护等级、防爆等级、材质等均有较高要求,一定程度上给仪表选型设计增加了难度。目前,海洋平台上常用的液位仪表类型有压力式、雷达式、超声式、浮子式、磁子式等类型。在液位仪表的选型过程中,需要从液位仪表的测量范围、测量精度、实际安装需求等方面出发,全面分析,综合判断,选定最适用的液位仪表。下面针对本文所述的具体工况,对各类变送器展开详细分析,确认最佳形式。
 
此处液位测量的需求为测量直径0.5m,长度近100m的套管内MEG溶液的液位,该套管深入水下80m,与桩腿焊接,液位仪表的量程范围为0~100m。如选用侧装式液位变送器,如浮子式、磁子式,经过咨询厂家,暂无量程可满足需求的此类产品。并且,在水下80m处的套管上开孔并安装法兰,对套管结构、防腐等方面也提出更高的要求,且法兰连接处成为新的泄漏点,增大了项目风险。因此,不推荐使用浮子式、磁子式液位变送器及需要套管底部开孔的差压式液位变送器。
 
    如果采用外贴式安装形式,如外贴超声波液位变送器,需要考虑液位变送器常年浸入海水中,面临海水腐蚀、海流冲刷等恶劣环境,并由此带来液位变送器材质昂贵,安装困难的问题,不宜选择合适的产品。因此,不推荐外贴式液位变送器。
 
    从安装便利性考虑,顶装式液位变送器比较适合。对于雷达式和超声波式液位变送器,均要求液面与发射口之间无干扰物,但此处套管内径仅0.5m,长100m且套管内有电缆,MEG提升泵护管、管卡等设施,会影响雷达式和超声波式液位变送器的测量精度。因此,这两种类型的液位变送器也不适用于此处工况。
 
    隶属于压力类液位仪表的投入式液位变送器,可采用顶装式安装,将测量传感器固定于套管底部,通过电缆将静压信号传输至固定于套管顶部的表头,并将其变送为标准4~20mA电信号,再传输至中控进行检测,可以很好地解决这个技术问题。因此,成为此处MEG液位测量的最佳选择。
 
2、投入式液位变送器的特点
   投入式液位变送器具有广泛的量程范围,在0.3~100m之间可供用户自由选择,根据需求定制,且具有2倍超载能力,对工况波动具有相当强的适应能力。其传感器材质有多种选项,304、316不锈钢传感器适用于水及一般非腐蚀性介质,陶瓷材质膜片、哈氏C合金膜片适用于各种腐蚀性介质。该变送器具有很高的测量精度,准确度等级可达0.1级,并有0.25级、0.5级、1级等多种选择。防护等级可达IP68级,可保证传感器长期浸入被测介质中而不损坏。仪表可输出二线制4~20mA/三线制1~5VDC标准电流电压信号,有HART协议。投入式液位变送器的传感器部分可直接投入到液体中,变送器部分可用法兰或支架固定,安装使用极为方便。可用于城市给排水,水处理厂、水库、河流、海洋、储油罐及石油、化工、电力等部门的液位测量,被测介质可以是水、油、酸性、碱性及粘稠性液体。
    综上,投入式液位变送器具有技术先进、精度高、质量稳定可靠、安装使用方便等优点,是一种过程检测控制系统中理想的液位仪表。
 
3 针对具体工况的分析
  桩腿MEG液位变送器工艺参数如表1。
 
桩腿MEG液位变送器工艺参数
    针对上述工况,在具体设计过程中,要求此处的投入式液位变送器的传感部分采用能抵御贫MEG腐蚀的316不锈钢,IP68防护等级要求。传感器与表头之间的连接电缆也需长期浸入贫MEG溶液中,因此要求采用PTFE coating,并可承受950N的拉力,以保证长期垂入的情况下不产生机械拉伸损坏。变送器要求两线制,4~20mA输出,带HART协议,变送器外壳为316不锈钢,可抵御南海高温高湿的盐雾环境腐蚀。精度要求0.25级。
    在实际安装设计中,因为贫MEG输送泵的泵头也安装于套管底部,为了使变送器处于稳定、无湍流的测量环境中,将传感器固定于泵头下方1m处,垂挂处理。为防止变送器与传感器之间的电缆长期悬垂于套管内,机械强度受损,同时也防止其在套管内与贫MEG输送泵的动力电缆、泵护管等设备缠绕,将电缆固定在泵杆上,随泵逐级下入套管进行安装固定。该电缆通过法兰穿过并固定于套管顶部大法兰,接入变送器接线盒,完成了整个安装过程。
 
【4 结束语】
    在本实例中,通过对液位仪表进行深入分析,选择了合适形式的液位变送器,找到了测量桩腿MEG液位的有效渠道,对准确监控和确认工艺流程的实际情况有着重要意义。
 
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