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技術(shù)文章
磁翻板液位計在分離器液位測量及信號變送改造中的探索
閱讀次數(shù)：603 發(fā)布時間：2019/11/2 9:08:41
磁翻板液位計在分離器液位測量及信號變送改造中的探索
801 及二級分離器F-V-702 的油相內(nèi)置式磁浮子液位變送器穩(wěn)定性欠缺、液位開關(guān)經(jīng)常誤動作，為保證油田穩(wěn)定生產(chǎn)，只能申請中期旁通。由于油田始終處于生產(chǎn)狀態(tài)， 無條件對其進(jìn)行維修。通過添加磁翻板液位計的外掛式液位變送器及配套液位開關(guān)，與原內(nèi)置式液位開關(guān)硬線并聯(lián)，組成邏輯上的雙表決，解決了長期困擾油田工藝流程運行的隱患， 為公司節(jié)省了經(jīng)濟成本并穩(wěn)定了生產(chǎn)，對其它油田類似問題的解決有很好的借鑒意義。
1 前言
明珠號入口分離器F-V-801 和二級分離器F-V-702 的油相液位開關(guān)頻繁報警或長期處于報警狀態(tài)。這些液位開關(guān)為罐內(nèi)安裝的磁浮子式液位開關(guān)，受罐內(nèi)液位、壓力、泡沫、原油粘性等因素影響較大，而正常生產(chǎn)過程中無條件進(jìn)行維修及測試，再加上明珠FPSO 的生產(chǎn)處理量的增加，為了不影響油田生產(chǎn)，只能將四個液位開關(guān)進(jìn)行中期旁通，但是這也成為影響安全和穩(wěn)定生產(chǎn)的隱患。
2 改造思路探索
在油田正常生產(chǎn)狀態(tài)下，無條件對內(nèi)置式液位開關(guān)進(jìn)行維修，只能在罐外安裝新的液位變送器和開關(guān)，以實現(xiàn)對罐體內(nèi)液位的準(zhǔn)確測量。外置式磁翻板液位計結(jié)構(gòu)基于連通器原理，主導(dǎo)管內(nèi)的液位和容器設(shè)備內(nèi)的液位高度一致。根據(jù)阿基米德定理，磁性浮子在液位中產(chǎn)生的浮力和重力平衡，浮子浮在液面上。當(dāng)被測容器中的液位升降時，磁翻板液位計主導(dǎo)管中的浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鋼通過磁耦合驅(qū)動指示器內(nèi)的紅白翻柱翻轉(zhuǎn)180 度，當(dāng)液位上升時，翻柱由白色轉(zhuǎn)為紅色，液位下降時，翻柱由紅色轉(zhuǎn)為白色。指示器的紅白界位處容器內(nèi)介質(zhì)液位的實際高度，從而顯示罐內(nèi)的的液位。配合磁翻板液位計液位變送器使用，可就地數(shù)字顯示或輸出4-20mA 的標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)傳電信號至中控DCS 系統(tǒng)中，也可以配合磁性控制開關(guān)或接近開關(guān)使用，對液位監(jiān)控報警或?qū)M(jìn)液、出液設(shè)備進(jìn)行控制。
在功能上，可以通過兩種方式讓新加液位開關(guān)參與到工藝流程的邏輯控制中。一種是將新加液位開關(guān)信號線接入中控ESD 系統(tǒng)備用DI 點，申請ESD 廠家服務(wù)工程師進(jìn)行組態(tài)；另一種是在現(xiàn)場接線箱直接將新加液位開關(guān)信號與原內(nèi)置式液位開關(guān)信號硬線并聯(lián)，只有兩個液位開關(guān)觸點同時斷開才會觸發(fā)報警，從而組成邏輯上的雙表決。綜合比較兩種方案，后者無疑更具經(jīng)濟性及可行性。
3 改造方案確定
3.1 對現(xiàn)有外置磁翻板液位計進(jìn)行換型原入口分離器F-V-801 和二級分離器F-V-702的油相各有一個KROHNE 公司的外置式磁浮子液位計，換型為K-TEK 公司的帶液位變送器及液位開關(guān)的磁翻板液位計，液位變送器4-20mA 信號可以遠(yuǎn)傳到中控DCS 系統(tǒng)中，提供實時數(shù)據(jù)顯示，給中控操作人員提供操作依據(jù)及參考。考慮到原油中含有腐蝕性物質(zhì)，所以要求K-TEK 公司對磁浮子及液位計主導(dǎo)管進(jìn)行反腐處理，提高液位計的工作穩(wěn)定性及使用期限。原油粘性對磁浮子的浮力及動作有一定影響，訂購液位計時也向廠家提供油田原油密度、粘度等數(shù)據(jù)，廠家對液位計的管桶內(nèi)部涂敷不沾涂層，根據(jù)檢測介質(zhì)密度對磁浮子進(jìn)行配重，從而保證浮子上下浮動更順暢，液位顯示更準(zhǔn)確。
3.2 新加液位變送器信號接入中控DCS
由于現(xiàn)場到中控室的電纜鋪設(shè)極其困難，改造借用除沙器裝置（目前處于停用狀態(tài)）上兩個差壓變送器（PDT -9510A 和PDT -9510B） 的電纜及AI 通道（=18EB501 和=18EB502），將新裝液位變送器信號引入中控。并且通過邏輯，在中控顯示相關(guān)的報警狀態(tài)。具體邏輯和中控組態(tài)如下圖：
圖2 LI-702 進(jìn)入DCS 報警邏輯圖
圖4 V-702 DCS 流程圖組態(tài)畫面
其中圖1、圖2 中的低報設(shè)定點、高報設(shè)定點只作為對中控操作人員的提醒只用，并不參與邏輯運算也不產(chǎn)生任何關(guān)斷。
3.3 液位開關(guān)關(guān)斷邏輯改造
原來液位高高報警動作頻繁的主要原因是罐內(nèi)磁浮子較小，受罐內(nèi)液位、壓力、泡沫、原油粘性等因素影響較大。改造后V-702 及V-801 的油相液位低低的信號取自外掛在現(xiàn)場磁翻板液位計上的電器開關(guān)上，原內(nèi)置液位開關(guān)進(jìn)ESD 功能取消。改造后V-801 及V-702 的油相液位高高信號采用內(nèi)置液位開關(guān)和外置液位開關(guān)相并聯(lián)后再接入ESD 系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯上的雙表決，即當(dāng)兩個液位開關(guān)都檢測到液位高時，觸點都斷開，觸發(fā)關(guān)斷信號，只有一臺檢測到高液位不發(fā)出關(guān)斷信號，這樣既維持了生產(chǎn)的穩(wěn)定又保證了安全可靠。改造后的邏輯關(guān)系如下圖：
3.4 功能測試
為確保改造后液位開關(guān)信號有效可靠，在整體線路改造完成后，進(jìn)行如下測試：在ESD 旁通V-801 及V-702 液位高高及液位低低開關(guān)信號；通過通斷現(xiàn)場開關(guān)接線、人為移動外置式磁浮子、主動控制罐內(nèi)液位高低觸發(fā)報警，經(jīng)多次反復(fù)測試，換型后的外掛式液位開關(guān)與內(nèi)置式液位開關(guān)配合工作穩(wěn)定，感應(yīng)靈敏，動作準(zhǔn)確。
4改造效果檢驗
2012 年3 月份完成本次改造之后，并未馬上取消旁通，而是繼續(xù)對改造后的開關(guān)進(jìn)行為期一個月的旁通觀察。5 月初，從ESD 系統(tǒng)SOE 記錄中提取出LSLL8983、LSHH8984、LSLL8531、LSHH8532 四個液位開關(guān)從2011 年9 月至2012 年4 月的報警數(shù)據(jù)，統(tǒng)計及分析如下：
其中LSHH8984 的一次報警為4 月14 日進(jìn)行關(guān)斷信號測試時產(chǎn)生的，LSHH8532 的三次報警，分別為
4 月14 日關(guān)斷信號測試報警2 次，4 月27 日調(diào)整報警點時報警1 次，說明LSHH8984、LSHH8532 在整個4月內(nèi)未產(chǎn)生誤報警，而LSLL8983、LSLL8531 依然存在由于工藝流程控制而產(chǎn)生的報警。通過以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計可以看出，經(jīng)過改造之后，V-801、V-702 油相四個液位開關(guān)，穩(wěn)定性顯著增強。功能測試結(jié)果表明，此次改造效果良好，改造后的液位開關(guān)能夠滿足生產(chǎn)期間的液位監(jiān)測及工藝安全保護需要。隨后逐步取消LSHH8984 及LSHH8532 的中期旁通。
結(jié)語
本次改造之前，為了維持油田穩(wěn)定生產(chǎn)，只能退而求其次，申請對LSHH8984、LSHH8532 進(jìn)行中期旁通，這卻給工藝流程埋下了不小的安全隱患。2012 年，油田產(chǎn)量節(jié)節(jié)攀升，每日處理來液最高達(dá)到12000 多方，每日產(chǎn)油最高達(dá)到6900 方。缺乏液位高高關(guān)斷信號的保護，萬一工藝控制出現(xiàn)小差錯或閥門失靈，洶涌的單點來液很容易由V-801 竄入火炬分液罐，再通過火炬塔落入海里。在對安全環(huán)保越來越重視的今天，這是油田難以承受的責(zé)任。改造之后，液位高高動作靈敏可靠，無疑給生產(chǎn)安全加上了一道值得信賴的保險。
改造成功解決了長期困擾油田的安全隱患，為海上安全生產(chǎn)提供了有力保障，為油田類似的設(shè)備問題提供了全新的維修和改造思路，對其它海上油田設(shè)施平臺亦有一定的借鑒意義。
801 及二級分離器F-V-702 的油相內(nèi)置式磁浮子液位變送器穩(wěn)定性欠缺、液位開關(guān)經(jīng)常誤動作，為保證油田穩(wěn)定生產(chǎn)，只能申請中期旁通。由于油田始終處于生產(chǎn)狀態(tài)， 無條件對其進(jìn)行維修。通過添加磁翻板液位計的外掛式液位變送器及配套液位開關(guān)，與原內(nèi)置式液位開關(guān)硬線并聯(lián)，組成邏輯上的雙表決，解決了長期困擾油田工藝流程運行的隱患， 為公司節(jié)省了經(jīng)濟成本并穩(wěn)定了生產(chǎn)，對其它油田類似問題的解決有很好的借鑒意義。
1 前言
明珠號入口分離器F-V-801 和二級分離器F-V-702 的油相液位開關(guān)頻繁報警或長期處于報警狀態(tài)。這些液位開關(guān)為罐內(nèi)安裝的磁浮子式液位開關(guān)，受罐內(nèi)液位、壓力、泡沫、原油粘性等因素影響較大，而正常生產(chǎn)過程中無條件進(jìn)行維修及測試，再加上明珠FPSO 的生產(chǎn)處理量的增加，為了不影響油田生產(chǎn)，只能將四個液位開關(guān)進(jìn)行中期旁通，但是這也成為影響安全和穩(wěn)定生產(chǎn)的隱患。
2 改造思路探索
在油田正常生產(chǎn)狀態(tài)下，無條件對內(nèi)置式液位開關(guān)進(jìn)行維修，只能在罐外安裝新的液位變送器和開關(guān)，以實現(xiàn)對罐體內(nèi)液位的準(zhǔn)確測量。外置式磁翻板液位計結(jié)構(gòu)基于連通器原理，主導(dǎo)管內(nèi)的液位和容器設(shè)備內(nèi)的液位高度一致。根據(jù)阿基米德定理，磁性浮子在液位中產(chǎn)生的浮力和重力平衡，浮子浮在液面上。當(dāng)被測容器中的液位升降時，磁翻板液位計主導(dǎo)管中的浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鋼通過磁耦合驅(qū)動指示器內(nèi)的紅白翻柱翻轉(zhuǎn)180 度，當(dāng)液位上升時，翻柱由白色轉(zhuǎn)為紅色，液位下降時，翻柱由紅色轉(zhuǎn)為白色。指示器的紅白界位處容器內(nèi)介質(zhì)液位的實際高度，從而顯示罐內(nèi)的的液位。配合磁翻板液位計液位變送器使用，可就地數(shù)字顯示或輸出4-20mA 的標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)傳電信號至中控DCS 系統(tǒng)中，也可以配合磁性控制開關(guān)或接近開關(guān)使用，對液位監(jiān)控報警或?qū)M(jìn)液、出液設(shè)備進(jìn)行控制。
在功能上，可以通過兩種方式讓新加液位開關(guān)參與到工藝流程的邏輯控制中。一種是將新加液位開關(guān)信號線接入中控ESD 系統(tǒng)備用DI 點，申請ESD 廠家服務(wù)工程師進(jìn)行組態(tài)；另一種是在現(xiàn)場接線箱直接將新加液位開關(guān)信號與原內(nèi)置式液位開關(guān)信號硬線并聯(lián)，只有兩個液位開關(guān)觸點同時斷開才會觸發(fā)報警，從而組成邏輯上的雙表決。綜合比較兩種方案，后者無疑更具經(jīng)濟性及可行性。
3 改造方案確定
3.1 對現(xiàn)有外置磁翻板液位計進(jìn)行換型原入口分離器F-V-801 和二級分離器F-V-702的油相各有一個KROHNE 公司的外置式磁浮子液位計，換型為K-TEK 公司的帶液位變送器及液位開關(guān)的磁翻板液位計，液位變送器4-20mA 信號可以遠(yuǎn)傳到中控DCS 系統(tǒng)中，提供實時數(shù)據(jù)顯示，給中控操作人員提供操作依據(jù)及參考。考慮到原油中含有腐蝕性物質(zhì)，所以要求K-TEK 公司對磁浮子及液位計主導(dǎo)管進(jìn)行反腐處理，提高液位計的工作穩(wěn)定性及使用期限。原油粘性對磁浮子的浮力及動作有一定影響，訂購液位計時也向廠家提供油田原油密度、粘度等數(shù)據(jù)，廠家對液位計的管桶內(nèi)部涂敷不沾涂層，根據(jù)檢測介質(zhì)密度對磁浮子進(jìn)行配重，從而保證浮子上下浮動更順暢，液位顯示更準(zhǔn)確。
3.2 新加液位變送器信號接入中控DCS
由于現(xiàn)場到中控室的電纜鋪設(shè)極其困難，改造借用除沙器裝置（目前處于停用狀態(tài)）上兩個差壓變送器（PDT -9510A 和PDT -9510B） 的電纜及AI 通道（=18EB501 和=18EB502），將新裝液位變送器信號引入中控。并且通過邏輯，在中控顯示相關(guān)的報警狀態(tài)。具體邏輯和中控組態(tài)如下圖：
圖2 LI-702 進(jìn)入DCS 報警邏輯圖
圖4 V-702 DCS 流程圖組態(tài)畫面
其中圖1、圖2 中的低報設(shè)定點、高報設(shè)定點只作為對中控操作人員的提醒只用，并不參與邏輯運算也不產(chǎn)生任何關(guān)斷。
3.3 液位開關(guān)關(guān)斷邏輯改造
原來液位高高報警動作頻繁的主要原因是罐內(nèi)磁浮子較小，受罐內(nèi)液位、壓力、泡沫、原油粘性等因素影響較大。改造后V-702 及V-801 的油相液位低低的信號取自外掛在現(xiàn)場磁翻板液位計上的電器開關(guān)上，原內(nèi)置液位開關(guān)進(jìn)ESD 功能取消。改造后V-801 及V-702 的油相液位高高信號采用內(nèi)置液位開關(guān)和外置液位開關(guān)相并聯(lián)后再接入ESD 系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯上的雙表決，即當(dāng)兩個液位開關(guān)都檢測到液位高時，觸點都斷開，觸發(fā)關(guān)斷信號，只有一臺檢測到高液位不發(fā)出關(guān)斷信號，這樣既維持了生產(chǎn)的穩(wěn)定又保證了安全可靠。改造后的邏輯關(guān)系如下圖：
3.4 功能測試
為確保改造后液位開關(guān)信號有效可靠，在整體線路改造完成后，進(jìn)行如下測試：在ESD 旁通V-801 及V-702 液位高高及液位低低開關(guān)信號；通過通斷現(xiàn)場開關(guān)接線、人為移動外置式磁浮子、主動控制罐內(nèi)液位高低觸發(fā)報警，經(jīng)多次反復(fù)測試，換型后的外掛式液位開關(guān)與內(nèi)置式液位開關(guān)配合工作穩(wěn)定，感應(yīng)靈敏，動作準(zhǔn)確。
4改造效果檢驗
2012 年3 月份完成本次改造之后，并未馬上取消旁通，而是繼續(xù)對改造后的開關(guān)進(jìn)行為期一個月的旁通觀察。5 月初，從ESD 系統(tǒng)SOE 記錄中提取出LSLL8983、LSHH8984、LSLL8531、LSHH8532 四個液位開關(guān)從2011 年9 月至2012 年4 月的報警數(shù)據(jù)，統(tǒng)計及分析如下：
其中LSHH8984 的一次報警為4 月14 日進(jìn)行關(guān)斷信號測試時產(chǎn)生的，LSHH8532 的三次報警，分別為
4 月14 日關(guān)斷信號測試報警2 次，4 月27 日調(diào)整報警點時報警1 次，說明LSHH8984、LSHH8532 在整個4月內(nèi)未產(chǎn)生誤報警，而LSLL8983、LSLL8531 依然存在由于工藝流程控制而產(chǎn)生的報警。通過以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計可以看出，經(jīng)過改造之后，V-801、V-702 油相四個液位開關(guān)，穩(wěn)定性顯著增強。功能測試結(jié)果表明，此次改造效果良好，改造后的液位開關(guān)能夠滿足生產(chǎn)期間的液位監(jiān)測及工藝安全保護需要。隨后逐步取消LSHH8984 及LSHH8532 的中期旁通。
結(jié)語
本次改造之前，為了維持油田穩(wěn)定生產(chǎn)，只能退而求其次，申請對LSHH8984、LSHH8532 進(jìn)行中期旁通，這卻給工藝流程埋下了不小的安全隱患。2012 年，油田產(chǎn)量節(jié)節(jié)攀升，每日處理來液最高達(dá)到12000 多方，每日產(chǎn)油最高達(dá)到6900 方。缺乏液位高高關(guān)斷信號的保護，萬一工藝控制出現(xiàn)小差錯或閥門失靈，洶涌的單點來液很容易由V-801 竄入火炬分液罐，再通過火炬塔落入海里。在對安全環(huán)保越來越重視的今天，這是油田難以承受的責(zé)任。改造之后，液位高高動作靈敏可靠，無疑給生產(chǎn)安全加上了一道值得信賴的保險。
改造成功解決了長期困擾油田的安全隱患，為海上安全生產(chǎn)提供了有力保障，為油田類似的設(shè)備問題提供了全新的維修和改造思路，對其它海上油田設(shè)施平臺亦有一定的借鑒意義。
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