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投入式液位變送器在海上平台的設計與應用

作時間:2015-02-26 09:29:17  來源:中海石油(中國)有限公司  作者:
   

 摘 要:本文從海上平台樁腿內MEG液位測量的需求出發,結合各類變送器的原理、能力和特點,針對具體工況進行設計選型,說明了投入式液位變送器在海洋平台上特殊工況下的適用性。同時,結合生產實際,對投入式液位變送器特殊的安裝方式進行研究,給出具體的解決方案,從而滿足現場需求。

 
【引言】
    隨著經濟技術的飛速發展,世界範圍內對石油天然氣資源的需求越來越迫切,希望更多的油氣資源被開采出來以滿足日益發展的工業需求。深海石油以其儲量大、油品性質好等特點受到各大石油公司地青睞,紛紛加速進軍深海的步伐;中國海油也不甘落後,在南海開發了中國第一個深水氣田--南海深水天然氣開發項目。
    在南海深水天然氣開發中,為了抑製長距離海管輸送過程中天然氣水合物的產生,需要在平台上存儲1500m3貧MEG(乙二醇)溶液供流程使用。在設計過程中,由於深水氣田平台空間極度緊張,重控也達到臨界值,布置一個儲罐單獨儲存MEG溶液將對總體和結構專業帶來很大困難。在此情況下,設計方研究出利用平台樁腿作為容器,存儲MEG溶液的方案。同時,緊貼樁腿設置一個套管,底部與樁腿相連,把MEG輸送泵下入套管底部,將MEG溶液抽取到平台上。上述方案作為一項技術創新,很好地解決了乙二醇的儲存問題,節省了平台空間,減少了平台重量。但另一個技術問題也隨之而來:為了不破壞樁腿結構,MEG的注入、抽取等工作均需在與樁腿連通的套管上進行,液位測量也需在此處完成。在此工況下,既需要確保液位測量的準確性,保證量程和精度,又要考慮在此特殊位置進行安裝的可行性和可維護性,液位變送器的選型變成一個迫切需要解決的問題。
    設計方通過針對特殊工況下液位儀表的選型分析,最終確認采用投入式液位變送器,隨泵一起安裝,解決了測量和安裝這兩個難點,保證了精確的液位測量。
 
【1、液位變送器的選型分析】
    在南海石油平台上,常年處於高鹽霧、強腐蝕的自然環境,對現場儀表的可靠性、防護等級、防爆等級、材質等均有較高要求,一定程度上給儀表選型設計增加了難度。目前,海洋平台上常用的液位儀表類型有壓力式、雷達式、超聲式、浮子式、磁子式等類型。在液位儀表的選型過程中,需要從液位儀表的測量範圍、測量精度、實際安裝需求等方麵出發,全麵分析,綜合判斷,選定最適用的液位儀表。下麵針對本文所述的具體工況,對各類變送器展開詳細分析,確認最佳形式。
 
此處液位測量的需求為測量直徑0.5m,長度近100m的套管內MEG溶液的液位,該套管深入水下80m,與樁腿焊接,液位儀表的量程範圍為0~100m。如選用側裝式液位變送器,如浮子式、磁子式,經過谘詢廠家,暫無量程可滿足需求的此類產品。並且,在水下80m處的套管上開孔並安裝法蘭,對套管結構、防腐等方麵也提出更高的要求,且法蘭連接處成為新的泄漏點,增大了項目風險。因此,不推薦使用浮子式、磁子式液位變送器及需要套管底部開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,麵臨海水腐蝕、海流衝刷等惡劣環境,並由此帶來液位變送器材質昂貴,安裝困難的問題,不宜選擇合適的產品。因此,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。對於雷達式和超聲波式液位變送器,均要求液麵與發射口之間無幹擾物,但此處套管內徑僅0.5m,長100m且套管內有電纜,MEG提升泵護管、管卡等設施,會影響雷達式和超聲波式液位變送器的測量精度。因此,這兩種類型的液位變送器也不適用於此處工況。
 
    隸屬於壓力類液位儀表的投入式液位變送器,可采用頂裝式安裝,將測量傳感器固定於套管底部,通過電纜將靜壓信號傳輸至固定於套管頂部的表頭,並將其變送為標準4~20mA電信號,再傳輸至中控進行檢測,可以很好地解決這個技術問題。因此,成為此處MEG液位測量的最佳選擇。
 
2、投入式液位變送器的特點
   投入式液位變送器具有廣泛的量程範圍,在0.3~100m之間可供用戶自由選擇,根據需求定製,且具有2倍超載能力,對工況波動具有相當強的適應能力。其傳感器材質有多種選項,304、316不鏽鋼傳感器適用於水及一般非腐蝕性介質,陶瓷材質膜片、哈氏C合金膜片適用於各種腐蝕性介質。該變送器具有很高的測量精度,準確度等級可達0.1級,並有0.25級、0.5級、1級等多種選擇。防護等級可達IP68級,可保證傳感器長期浸入被測介質中而不損壞。儀表可輸出二線製4~20mA/三線製1~5VDC標準電流電壓信號,有HART協議。投入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。可用於城市給排水,水處理廠、水庫、河流、海洋、儲油罐及石油、化工、電力等部門的液位測量,被測介質可以是水、油、酸性、堿性及粘稠性液體。
    綜上,投入式液位變送器具有技術先進、精度高、質量穩定可靠、安裝使用方便等優點,是一種過程檢測控製係統中理想的液位儀表。
 
3 針對具體工況的分析
  樁腿MEG液位變送器工藝參數如表1。
 
樁腿MEG液位變送器工藝參數
    針對上述工況,在具體設計過程中,要求此處的投入式液位變送器的傳感部分采用能抵禦貧MEG腐蝕的316不鏽鋼,IP68防護等級要求。傳感器與表頭之間的連接電纜也需長期浸入貧MEG溶液中,因此要求采用PTFE coating,並可承受950N的拉力,以保證長期垂入的情況下不產生機械拉伸損壞。變送器要求兩線製,4~20mA輸出,帶HART協議,變送器外殼為316不鏽鋼,可抵禦南海高溫高濕的鹽霧環境腐蝕。精度要求0.25級。
    在實際安裝設計中,因為貧MEG輸送泵的泵頭也安裝於套管底部,為了使變送器處於穩定、無湍流的測量環境中,將傳感器固定於泵頭下方1m處,垂掛處理。為防止變送器與傳感器之間的電纜長期懸垂於套管內,機械強度受損,同時也防止其在套管內與貧MEG輸送泵的動力電纜、泵護管等設備纏繞,將電纜固定在泵杆上,隨泵逐級下入套管進行安裝固定。該電纜通過法蘭穿過並固定於套管頂部大法蘭,接入變送器接線盒,完成了整個安裝過程。
 
【4 結束語】
    在本實例中,通過對液位儀表進行深入分析,選擇了合適形式的液位變送器,找到了測量樁腿MEG液位的有效渠道,對準確監控和確認工藝流程的實際情況有著重要意義。
 
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