海洋平臺樁腿存儲乙二醇液位測量方式研究

錢欣，王安達,張中華，穆頃

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300452)

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海洋平臺樁腿存儲乙二醇液位測量方式研究

錢欣，王安達,張中華，穆頃

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300452)

隨著探勘開發(fā)能力的提升，石油裝備技術(shù)的完善，深海石油開采逐步成為世界大型石油公司關(guān)注的重點，中國海洋石油總公司在南海開發(fā)了國內(nèi)第一個深水氣田——南海深水天然氣開發(fā)項目。

在南海深水天然氣開發(fā)中,為了抑制長距離海管輸送過程中天然氣水合物的產(chǎn)生，需要在平臺上存儲1500m3貧乙二醇(MEG)溶液供流程使用。由于深水氣田平臺空間極度緊張，載荷也達到臨界值，布置一個儲罐單獨儲存MEG溶液存在較大困難。在上述情況下，設(shè)計了利用平臺樁腿作為容器存儲MEG溶液的方案。同時，緊貼樁腿設(shè)置1個套管，底部與樁腿相連，把MEG溶液輸送泵下入套管底部，將MEG溶液抽取到平臺上。

該方案有效解決了乙二醇的儲存問題，節(jié)省了平臺空間，減少了平臺承重。但為了不破壞樁腿結(jié)構(gòu)，MEG溶液的注入、抽取及液位測量等工作均需在與樁腿連通的套管上進行。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，液位變送器的選型亟需解決。

通過對特殊工況下液位儀表的選型分析，最終確認采用投入靜壓式液位變送器，隨泵一起安裝，解決了測量和安裝這兩個難點，保證了液位的精確測量。

1樁腿存儲MEG液位測量方案分析

該石油平臺常年處于高鹽霧、強腐蝕的自然環(huán)境，對現(xiàn)場儀表的可靠性、防護等級、防爆等級、材質(zhì)等均有較高要求，一定程度上給儀表選型設(shè)計增加了難度。目前，海洋平臺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。在選型過程中，需要從液位儀表的測量范圍、測量精度、實際安裝需求等方面出發(fā)，進行綜合判斷。筆者針對具體工況，對各類變送器展開詳細分析，選定最適用的液位儀表。

針對直徑0.5 m、長度近100 m的套管內(nèi)MEG溶液的液位測量，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。如果選用側(cè)裝式液位變送器(如浮子式、磁子式)，經(jīng)過咨詢廠家，暫無可滿足該量程的產(chǎn)品。并且，在水下80m處的套管上開孔并安裝法蘭，對套管結(jié)構(gòu)、防腐等方面也提出了更高的要求，且法蘭連接處成為新的泄漏點，增大了項目風(fēng)險，所以不推薦使用浮子式、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，面臨海水腐蝕、海流沖刷等惡劣環(huán)境，并由此帶來液位變送器材質(zhì)昂貴、安裝困難的問題，不易選擇合適的產(chǎn)品，所以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。對于雷達式和超聲波式液位變送器，均要求液面與發(fā)射口之間無干擾物，但此處套管內(nèi)徑僅0.5m、長100m，且套管內(nèi)有電纜、MEG溶液提升泵護管、管卡等設(shè)施，會影響雷達式和超聲波式液位變送器的測量精度，因而這兩種類型的液位變送器也不適用于此處工況。

投入靜壓式液位變送器屬于壓力類液位儀表，可采用頂裝式安裝，將測量傳感器固定于套管底部，通過電纜將靜壓信號傳輸至固定于套管頂部的表頭，并將該信號轉(zhuǎn)變?yōu)闃藴?～20mA電信號，再傳輸至中控室進行檢測，可以有效解決該技術(shù)問題，是該項目MEG液位測量的最佳選擇。

2投入靜壓式液位變送器的原理及技術(shù)特征

投入靜壓式液位變送器基于所測液體靜壓與該液體高度成正比的原理，利用擴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，經(jīng)過變送器的溫度補償，并進行一定的線性校正，轉(zhuǎn)換成4～20mA標準電流信號輸出，并可通過儀表電纜連接至控制系統(tǒng)進行控制[1]。

當液位變送器投入到被測液體中某一深度時，傳感器迎液面受到的壓力為

p=ρgH

(1)

式中：p——變送器迎液面所受壓力；ρ——被測液體密度；H——被測液體深度；g——重力加速度。

如果被測液體密度一定，已知重力加速度g和靜壓值p，根據(jù)式(1)即可計算出傳感器所處位置的液體深度H[2]。

投入靜壓式液位變送器具有廣泛的量程范圍，在0.3～100m可供用戶自由選擇，可根據(jù)需求訂制，且具有2倍超載能力，對工況波動具有很強的適應(yīng)能力。其傳感器材質(zhì)有多種選擇，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量精度，可達0.1級，并有0.25，0.5，1級等多種選擇。防護等級可達IP68，可保證傳感器長期浸入被測介質(zhì)中而不損壞。儀表可輸出二線制4～20mA/三線制1～5V(DC)標準電流、電壓信號，帶HART協(xié)議。投入靜壓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、河流、海洋及石油、化工、電力等方面的液位測量，被測介質(zhì)可以是酸性、堿性及黏稠性液體。

綜上，投入靜壓式液位變送器具有技術(shù)先進、精度高、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、安裝使用方便等優(yōu)點，是一種過程檢測控制系統(tǒng)中理想的液位儀表。

3選型分析

根據(jù)工藝分析及計算確認，測量樁腿MEG液位的投入靜壓式液位變送器工藝參數(shù)見表1所列。

表1　投入靜壓式液位變送器工藝參數(shù)

針對上述工況，在具體設(shè)計過程中，要求此處的投入靜壓式液位變送器的傳感部分采用能抵御貧MEG溶液腐蝕的316不銹鋼，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，因而要求采用PTFE涂層，并可承受950N的拉力，以保證長期垂入的情況下不產(chǎn)生機械拉伸損壞。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。

在實際安裝中，因為貧MEG溶液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、無湍流的測量環(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期懸垂于套管內(nèi)，機械強度受損，同時也防止其在套管內(nèi)與貧MEG溶液輸送泵的動力電纜、泵護管等設(shè)備纏繞，因而將電纜固定在泵桿上，隨泵逐級下入套管進行安裝固定。該電纜通過法蘭穿過并固定于套管頂部大法蘭，接入變送器接線盒，完成了整個安裝過程。安裝示意如圖1所示。

圖1　投入靜壓式液位變送器安裝示意

4結(jié)束語

通過對液位儀表的深入分析，選擇了合適的液位變送器，實現(xiàn)了樁腿MEG液位的有效測量，對準確監(jiān)控和確認工藝流程的實際情況具有重要意義。

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國產(chǎn)控制系統(tǒng)在百萬噸乙烯中實現(xiàn)“從零到一”的跨域

長期以來，百萬噸乙烯項目因其高危險、高復(fù)雜、高難度，一直將國產(chǎn)控制系統(tǒng)拒之門外，中控中標神華寧煤乙烯工程DCS項目，標志著國產(chǎn)控制系統(tǒng)成功跨越“禁區(qū)”，中控人用自己的擔(dān)當，不負眾托與信任，實現(xiàn)“從零到一”的突破，更是增強了用戶對民族工業(yè)自動化的信心！

神華寧煤乙烯工程項目的獲取，中控展現(xiàn)的不僅是產(chǎn)品的技術(shù)先進性、控制網(wǎng)絡(luò)的周密與合理性，更是軟實力的充分展示： 工程團隊的高質(zhì)高效、現(xiàn)場服務(wù)的快速響應(yīng)、備品備件的及時供應(yīng)、全生命周期服務(wù)的專業(yè)保障……而中控“努力將每個項目打造成為精品工程，成為用戶最可信賴的伙伴式供應(yīng)商”的理念，也正與“神華寧煤煤化工副產(chǎn)品深加工綜合利用項目”需求不謀而合，過硬的產(chǎn)品與雄厚的軟實力組合，讓中控在與Honeywell，Emerson，F(xiàn)oxboro等國外著名廠商的激烈競爭中脫穎而出。

該項目的獲取，標志著國產(chǎn)控制系統(tǒng)成功突圍百萬噸乙烯控制壁壘，實現(xiàn)石化化工領(lǐng)域的全線國產(chǎn)化，讓我們共同期待該項目的順利實施，期待乙烯精品工程的誕生！(浙江中控技術(shù)股份有限公司)

張訓(xùn)海先生榮膺“2014中國自動化領(lǐng)域年度人物”殊榮

由中國自動化學(xué)會主辦、《自動化博覽》承辦的“2015中國自動化產(chǎn)業(yè)年會(簡稱CAIAC 2015)”頒獎盛典，日前在北京順利舉行。臺達電子資深副總裁暨機電事業(yè)群總經(jīng)理張訓(xùn)海先生再次榮膺“中國自動化領(lǐng)域年度人物”獎；“臺達包裝機企業(yè)自動化改造項目”也以其產(chǎn)品、解決方案和創(chuàng)新型服務(wù)榮獲“中國自動化領(lǐng)域十大最具影響力OEM項目”獎。在該項目中，臺達的AH500系列中型PLC搭配20Mbit/s通信速率的運動控制器20MC的全電子凸輪架構(gòu)有效解決了噪音巨大、維護不便的問題，大幅提高了生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，從而在行業(yè)內(nèi)打造出新型機器設(shè)備的最佳實踐案例，成為行業(yè)應(yīng)用典范。(中達電通股份有限公司)

摘要：針對深水氣田樁腿存儲乙二醇(MEG)的液位測量難題，通過對比各類液位變送器的測量范圍、產(chǎn)品性能、安裝需求等因素，結(jié)合工況實際特點進行選型，最終確定采用投入靜壓式液位變送器。介紹了該變送器的測量原理，結(jié)合測量精度、產(chǎn)品材質(zhì)、防護精度等，進一步論證了使用該液位變送器對工況的適用性。同時，根據(jù)項目實際實施情況，精確分析該變送器的設(shè)計參數(shù)，并給出安裝建議。

關(guān)鍵詞：樁腿存儲液位測量海洋平臺

Research on Ethylene Glycol Liquid Level Measurement Method in Jacket Leg Storage of Offshore PlatformQian Xin, Wang Anda, Zhang Zhonghua, Mu Qing

(Tianjin Branch, CNOOC China Limited, Tianjin, 300452, China)

Abstract：Aiming at level measurement problem of ethylene glycol stored in deep-water natural gas jacket leg, static pressure liquid level transmitter is finally selected to be used through comparison of measure range, product characteristics and installation requirements and so on for all kinds of liquid level transmitters combined with actual work characteristics. The measuring principle is introduced. Combining with measure precision, product material and safeguard precision, the applicability of transmitter under work condition is further proofed. Meanwhile, based on actual implementation of actual situation, the design parameters for transmitter are analysised in detail. The installation suggestions for static pressure liquid level transmitter are put forward.

Key words：jacket leg storage; level measurement; offshore platform

中圖分類號：TH816

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)03-0065-03

作者簡介：錢欣，女，2004年畢業(yè)于西南石油大學(xué)自動化專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于中海石油(中國)有限公司天津分公司，從事海洋石油油田開發(fā)前期研究工作，任工程師。

稿件收到日期： 2014-12-20，修改稿收到日期： 2015-03-12。