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0、引言
隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的飛速發(fā)展，世界范圍內(nèi)對(duì)石油天然氣資源的需求越來(lái)越迫切，希望更多的油氣資源被開(kāi)采出來(lái)以滿足日益發(fā)展的工業(yè)需求。深海石油以其儲(chǔ)量大、油品性質(zhì)好等特點(diǎn)受到各大石油公司地青睞，紛紛加速進(jìn)軍深海的步伐；中國(guó)海油也不甘落后，在南海開(kāi)發(fā)了中國(guó)*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MEG（乙二醇）溶液供流程使用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于深水氣田平臺(tái)空間極度緊張，重控也達(dá)到臨界值，布置一個(gè)儲(chǔ)罐單獨(dú)儲(chǔ)存MEG溶液將對(duì)總體和結(jié)構(gòu)專業(yè)帶來(lái)很大困難。在此情況下，設(shè)計(jì)方研究出利用平臺(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)置一個(gè)套管，底部與樁腿相連，把MEG輸送泵下入套管底部，將MEG溶液抽取到平臺(tái)上。
上述方案作為一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，很好地解決了乙二醇的儲(chǔ)存問(wèn)題，節(jié)省了平臺(tái)空間，減少了平臺(tái)重量。但另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題也隨之而來(lái)：為了不破壞樁腿結(jié)構(gòu)，MEG的注入、抽取等工作均需在與樁腿連通的套管上進(jìn)行，液位測(cè)量也需在此處完成。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，液位變送器的選型變成一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。
設(shè)計(jì)方通過(guò)針對(duì)特殊工況下液位儀表的選型分析，zui終確認(rèn)采用投入式液位變送器，隨泵一起安裝，解決了測(cè)量和安裝這兩個(gè)難點(diǎn)，保證了的液位測(cè)量。
1、液位變送器選型分析
在南海石油平臺(tái)上，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型有壓力式、雷達(dá)式、超聲式、浮子式、磁子式等類型。在液位儀表的選型過(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)，全面分析，綜合判斷，選定zui適用的液位儀表。下面針對(duì)本文所述的具體工況，對(duì)各類變送器展開(kāi)詳細(xì)分析，確認(rèn)*形式。
此處液位測(cè)量的需求為測(cè)量直徑0.5m，長(zhǎng)度近100m的套管內(nèi)MEG溶液的液位，該套管深入水下80m，與樁腿焊接，液位儀表的量程范圍為0~100m。如選用側(cè)裝式液位變送器，如浮子式、磁子式，經(jīng)過(guò)咨詢廠家，暫無(wú)量程可滿足需求的此類產(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)。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(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，不宜選擇合適的產(chǎn)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(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。因此，這兩種類型的液位變送器也不適用于此處工況。
隸屬于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(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，并將其變送為標(biāo)準(zhǔn)4~20mA電信號(hào)，再傳輸至中控進(jìn)行檢測(cè)，可以很好地解決這個(gè)技術(shù)問(wèn)題。因此，成為此處MEG液位測(cè)量的*選擇。
2、投入式液位變送器的原理及特點(diǎn)
投入式液位變送器是基于所測(cè)液體靜壓與該液體高度成正比的原理，采用擴(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)行檢測(cè)和控制。
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公式為
P=ρ.g.H。
式中P ：變送器迎液面所受壓力
ρ：被測(cè)液體密度
g ：當(dāng)?shù)刂亓铀俣?BR>如果被測(cè)液體密度一定，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣群挽o壓值P，根據(jù)公式即可計(jì)算出傳感器所處位置的液體深度H。
投入式液位變送器具有廣泛的量程范圍，在0.3~100m之間可供用戶自由選擇，根據(jù)需求定制，且具有2倍超載能力，對(duì)工況波動(dòng)具有相當(dāng)強(qiáng)的適應(yīng)能力。其傳感器材質(zhì)有多種選項(xiàng)，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，準(zhǔn)確度等級(jí)可達(dá)0.1級(jí)，并有0.25級(jí)、0.5級(jí)、1級(jí)等多種選擇。防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP68級(jí)，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1~5VDC標(biāo)準(zhǔn)電流電壓信號(hào)，有HART協(xié)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。可用于城市給排水，水處理廠、水庫(kù)、河流、海洋、儲(chǔ)油罐及石油、化工、電力等部門的液位測(cè)量，被測(cè)介質(zhì)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(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、針對(duì)具體工況的分析
樁腿MEG液位變送器工藝參數(shù)如表1。
針對(duì)上述工況，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求此處的投入式液位變送器的傳感部分采用能抵御貧MEG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，因此要求采用PTFE coating，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)際安裝設(shè)計(jì)中，因?yàn)樨歁EG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輸送泵的動(dòng)力電纜、泵護(hù)管等設(shè)備纏繞，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。
在本實(shí)例中，通過(guò)對(duì)液位儀表進(jìn)行深入分析，選擇了合適形式的液位變送器，找到了測(cè)量樁腿MEG液位的有效渠道，對(duì)準(zhǔn)確監(jiān)控和確認(rèn)工藝流程的實(shí)際情況有著重要意義。
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