液位計清洗小車研制及應用

柴 威，田宏建，陳偉榮，龐 序，李明釗

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津300452)

1 研究背景

海洋石油平臺作為一個獨立的油氣生產單元，需要進行原油的脫水、脫氣、生產水處理、注水等一系列生產流程完成原油開采。生產流程各個容器需要液位計對液位進行實時監控，綜合考慮可靠性、成本等一系列因素，現場最普遍使用的液位計大多采用磁浮子式或射頻導納式液位計(圖1)，然而由于雜質、油泥的存在，會對液位計的計量造成一定影響。雜質和油泥附著在磁浮子上可能導致液位計的卡滯，而附著在射頻導納探桿上則會造成虛假信號，產生流程的波動，嚴重時甚至造成生產流程關斷。因此，需要定期對液位計的浮子以及探桿進行清洗，以便保證液位計的正常工作。

圖1 磁浮子液位計與射頻導納液位計Fig.1 Magnetic float level gauge and radio-frequency admittance level gauge

不同液位計的清洗往往采用不同的方式。磁浮子液位計清洗通常采用從頂部法蘭灌液或從下法蘭拆卸浮子直接清洗，射頻導納液位計清洗通常采用從頂部拆卸法蘭對液位計進行灌液清洗，或是將變送器從上方提起后進行清潔(表1)。

表1 清洗液位計方式效果對比Tab.1 Comparison of cleaning level gauge methods

傳統清洗方法存在作業量大、作業風險高等缺點，且難以保證清洗效果，基于此考慮研制一種使清洗作業更為簡易、清洗效果更好、風險更低的專用設備。

2 技術簡介

2.1 設備組成及工作原理

該裝置主要由下列幾部分組成：儲水箱，水箱容積約80L；隔膜泵，最大工作壓力2.4MPa，最大流量9.3L/min；防爆電機，功率 0.75kW；自盤繩軟管，長度 10m，軟管外徑 1/4″；實心錐形噴嘴，噴射角度60°，流量 6.5L/min；窄角噴嘴，噴射角度 15°，流量7.9L/min電控箱。

儲水箱中的清水通過底部聯通球閥送入隔膜泵入口，電機帶動隔膜泵將清水增壓，出口設置調壓閥，根據不同需要將水壓調至 1.5～2.4MPa，增壓后的水通過軟管深入到液位計內部通過噴嘴噴出。

2.2 功能設計

①水箱存儲足夠清洗 2～3個液位計的水量，作業前將水箱灌滿，底部設一個排放口，用于停用設備時將水箱底部水排掉。

②隔膜泵與電機通過聯軸器相連接，通過 1個1/2″(12.7mm)NPT螺紋接口與水箱連接，以及 1個3/8″(9.525mm)NPT螺紋接口與軟管連接。

③清洗車底部安裝4個萬向輪，便于移動。

④清洗磁浮子液位計時，首先將實心錐噴嘴安裝在軟管上，通過液位計上法蘭的排放口將軟管插入到浮筒內部，液位計下方放置桶用來收集污水。啟動電機同時將軟管向下送管，對浮筒內壁進行沖洗。浮筒內壁清洗完成后，更換窄角噴嘴，再次將軟管送入浮筒，對下放浮子進行沖洗(圖2)。

圖2 磁浮子液位計清洗示意圖Fig.2 Schematic diagram of cleaning magnetic floatlevel gauge

清洗射頻導納液位計時，首先將實心錐噴嘴安裝在軟管上，拆卸液位計的上法蘭并將液位計提起來一些，液位計下方放置桶用來收集污水。啟動電機同時將軟管向下送管對浮筒內壁以及射頻導納探桿進行沖洗(圖3)。

圖3 射頻導納液位計清洗示意圖Fig.3 Schematic diagram of cleaning radio-frequency admittance level gauge

2.3 電控箱設計

電機采用380VAC 3項供電設計，設有空間加熱器。控制回路采用 220V供電設計，控制箱上有一個啟動按鈕和一個停止按鈕，并有供電狀態指示燈以及電機啟動指示燈，電路具有短路保護和過流保護功能(圖4、圖5)。

圖4 控制回路電路圖Fig.4 Schematic diagram of process modification

圖5 電控箱設計圖Fig.5 Diagram of electric control box design

2.4 制作過程

①底座加工焊接。使用 40mm×5mm 角鋼焊接成底座，并根據軟管和泵的安裝位置，預留好相應的固定螺栓孔。

②儲水箱加工焊接。儲水箱由5mm碳鋼板切割并焊接而成，制作成 L型，下方給隔膜泵撬預留出足夠的空間，用于泵撬安裝以及電纜接線。

③隔膜泵、軟管組裝。將電機和隔膜泵通過聯軸器組裝成泵撬，并將泵撬與底座通過螺栓進行連接。隔膜泵吸入口與水箱底部通過1/2″(12.7mm)NPT接口聯通，水箱設一個排水閥用于將水箱底部污水排空，隔膜泵出口連接軟管。

④電控箱制作安裝。在控制箱頂部打孔，作為動力和控制電纜進出線孔；電控箱正面安裝了2個按鈕用于啟停，以及2個狀態燈用于檢測供電情況和電機啟停情況；按照控制回路圖制作電控箱背板，固定在電控箱內部。

⑤噴頭選型。對常用的幾種類型噴嘴分別測試，考慮噴射角度、噴射力度、使用水量等因素，最終選用窄角噴嘴和通用型噴嘴2種。

⑥外觀刷漆。對小車各個結構統一進行刷漆，以減小潮濕環境對于小車的腐蝕。

3 使用效果

3.1 使用測試

小車制作完畢后，將水箱灌滿清水，電控箱連接電源進行起泵測試。噴射出的水霧力度足夠，角度適中，水平噴射距離能達到 6～7m，且使用水量較小，連續沖洗時間能達到10min以上，足夠清洗2～3臺液位計。

3.2 磁浮子液位計

磁浮子液位計在以傳統方法清洗時，往往通過爬梯從液位計頂部放空口用清水對浮筒內壁和浮子進行沖洗，對于原油等較為粘稠的介質，為了提高清洗效果，往往還需要拆卸浮筒下法蘭，單獨對于磁浮子進行清潔。高空作業、操作空間有限等問題導致清洗難度加大、所耗時長較多、風險較高。通過使用液位計清洗小車，較好改善了上述問題，效果對比如表2所示。

表2 磁浮子液位計清洗效果對比Tab.2 Comparison of cleaning effect of magnetic float level gauge

3.3 射頻導納液位計

射頻導納液位計為插入式液位計，理想情況是拆卸上法蘭，并將液位計表頭連通探桿盡可能提升起來，利用抹布對探桿進行清潔，可以對傳感器徹底清潔。但實際情況下，由于壓力容器安裝位置較高，加上甲板層高原因，難以將探桿完全提出來，直接使用抹布只能對探桿很小一部分進行清潔，下放大部分長度是無法直接清潔的，仍然需要通過灌液的方式進行清洗。上方沒有排氣裝置，無法通過放空口直接進行灌液清洗，與磁浮子液位計面臨一樣的問題。通過液位計清洗小車對其進行清洗后，克服了這一難題，效果對比如表3所示。

表3 射頻導納液位計清洗效果對比Tab.3 Comparison of cleaning effect of RF admittance level gauge

3.4 效果驗證

液位計清洗小車現場投用后，與傳統清洗方式相比，無論是清洗效果還是工作效率都有了顯著提高，而且維修人員無需攜帶水桶反復登上爬梯，作業風險也大為降低。

3.5 改進空間

①因隔膜泵選型排量和揚程較低，實測出口壓力為 1MPa左右，對于 2m 以上量程的液位計下部清潔效果未達到預期，后期可考慮換用更大排量和揚程的隔膜泵。

②對于粘稠介質附著的液位計，只用水進行清洗效果不佳，后期考慮在原水箱基礎上改造，單獨隔離一個腔室與泵吸入口聯通，可以加入清洗液與水箱水進行混合后清洗，或是加入柴油進行預洗。

③冬季受環境氣溫影響，一旦管線、泵體結冰，可能導致小車損壞，使用后必須立即對管線和泵體進行吹掃，為此考慮管線上增加吹掃接入口，便于使用壓縮空氣吹掃。

4 經濟性

此次改造工作均由平臺儀表專業自主設計并實施，電動隔膜泵、自盤繩軟管、噴嘴通過自主選型采購，水箱和車體利用平臺現有鋼板等物料焊接加工制成，估算整體制作成本38000元左右。如果實現量產整體成本至少能壓縮到20000元以內。

就長遠角度而言，此設備的應用可顯著提高工作效率，降低維修人員作業風險，也為采油平臺安全生產提供了有力保障。

5 總 結

經過一年多的現場實際使用，該液位計清洗小車使用方法簡單、操作便捷、制作難度較低，現場使用穩定可靠，測試效果良好，完全滿足現場實際使用的各種要求。

隨著海上采油平臺的數量不斷增多，規模不斷增大，如何確保流程/設備的本體安全尤為重要，務必使其更加安全可靠。此液位計清洗小車的研制，完全自主設計完成，通過構思、資料查詢及現場測試，讓維修人員對創新的理解及工效的提升有了更清晰的認識。通過對油氣田各處液位計進行相關測試，驗證了液位計清洗小車清洗效果的可靠性，規避了部分傳統操作方法帶來的風險。該設備可向整個海上油氣田以及各個化工企業進行推廣使用。