簡述200呎自升式鉆井平臺的吹氣式液位測量裝置

苗乃貴，張東亮，高建梅，潘銳，孫乃亮

1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

2.渤海石油通訊有限責任公司，天津 300452

0 引言

測量液位的方法不斷更新，但在測量具有腐蝕性、高粘度或含有懸浮顆粒的液體的液位時，通常采用吹氣式液位計的測量方法。200呎鉆井平臺項目中，壓載艙中的監測對象為海水，具有腐蝕性。在以往的應用中，液位計的導壓管，經常會出現堵塞和腐蝕現象，本文也將簡單介紹導壓管的防堵、防腐措施。

1 裝置簡介

200呎鉆井平臺液位遙測系統有三種測量液位裝置（或設備）：吹氣式液位測量裝置、超聲波傳感器、雷達傳感器。不同的測量裝置用在不同的區域。吹氣式液位計測量裝置（見圖1）由截止閥、調壓過濾器、恒流閥、壓力變送器、檢修閥、導壓管組成。本裝置將測得的壓力經壓/電轉換器轉換為4mA～20mA的電流信號，顯示機構根據參數設定計算出艙室液位、體積、重量并顯示。

2 測量原理及工作過程

2.1 測量原理

鉆井平臺在壓載卸載時，艙室是一個開放式的容器。測量液位時，吹氣式液位計的原理如圖1。壓縮空氣經過濾器和調壓閥后，再經恒流閥輸出，最后壓縮空氣由安裝在艙室底部的導壓管下端敞口處逸出。當導壓管下端有微量氣泡（每分鐘大約50-60個氣泡）逸出時，導壓管內的氣壓幾乎與艙室內液體的液位產生的靜壓相等(即圖1中距水平面h高度處)，因此壓力變送器4所指示的壓力數值即可反映出液位的高度。其關系式為：

式中，h為實際液位到最低液位的距離（最低液位為圖中ho）； P為容器內取壓平面的靜壓；ρ 為被測液位的密度；g為重力加速度。

圖1 液位計測量裝置工作原理

2.2 工作過程

系統的氣源是平臺提供的壓縮空氣，供給壓力0.7MPa，經過系統過濾調壓后輸出壓力為0.15MPa～0.20MPa。系統安全閥0.32MPa。減壓后的壓縮空氣通過管線分配給各個艙室，靜壓傳感器實時測量管線內氣體的壓力變化。靜壓傳感器采集的數據經過PLC處理后，在系統顯示器上顯示為艙室的液位、體積及重量。

2.3 誤差處理

壓力變送器測得的壓力為圖1中h處液位的靜壓力，而實際液位高度H = h + ho，式中h0為最低液位高度，即導壓管管口距艙底的高度，約20mm，本系統可忽略不計。若其他應用中精度要求較高的，則應將此液位高度計算在內。

2.4 密度修正

當介質密度產生變化，或因溫度變化而引起密度變化時，可用長短不一的兩根導壓管，測量不同液位的壓力，求得壓力差，從而可以通過公式ΔP=ρgΔh來計算液體的密度ρ。考慮到本系統的精度要求不是很高、介質單一，密度變化不大等因素，可通過主甲板測深孔的實際液位讀數，與液位計顯示的液位讀數進行比較，從而可以修正密度，即ρ=P/gh 。

2.5 壓力變送器的主要技術參數

量程 ：0Bar～2.5Bar；

準確度：0.25；

輸出：4mA～20Ma；

電源：9VDC～36VDC；

工作溫度：25℃。

3 防止導壓管堵塞的措施

3.1 導壓管底部的改造

在導壓管底部開“V”形口，空氣出來時呈穩定的小氣泡而不是容易引起測量誤差的斷續的大氣泡，這樣懸浮顆粒等進入吹氣管底部管壁內的機會減少，吹氣管堵塞的次數也大大減少。“V”形口的開口角度為60°，斜口高度為1.6mm。在實際應用中，為了便于施工，也可將倒壓管的下端切成斜口，只要有穩定的小氣泡均勻吹出即可。

3.2 導壓管頂部的改造

當壓載水艙進行壓載和卸載的時候，懸浮顆粒最有可能在吹氣管的底部聚積，吹氣管有可能被完全堵死，我們在吹氣管穿艙的頂部增加一帶消除堵塞的檢修閥。出現堵塞現象后，拆開檢修閥，將一棒狀物插入檢修閥下端的導壓管中消堵。

4 防腐措施

4.1 導壓管的防腐措施

吹氣式液位計與海水不直接接觸，只有導壓管需要浸泡在海水中，所以，只要做到導壓管防腐就可以了。導壓管的材質采用海軍黃銅來制作吹氣管線、接頭及連接件。海軍銅管由銅、鋁、鐵、鋅、砷、鉛等化學成分組成，實驗證明海水系統采用銅及銅合金制造，其優點是耐海水腐蝕和抗污損能力強，維修次數少，全 壽命成本低，可靠性高，因此在船舶等行業得到了日益廣泛的應用。

4.2 壓力變送器的防腐措施

為了防止導壓管內的海水倒流，破壞壓力變送器等其他元器件，在導壓管的盡頭，靠近壓力變送器處，有個節流閥。

5 結論

吹氣式液位測量用在敞口容器且液體密度相對穩定的場合非常適合，較超聲波和雷達傳感器具有成本低維護方便等優點；較傳統的浮子式測量液位的方法，具有運行穩定，故障率低，測量準確，能遠程監控等優點。