探析海洋平臺液位遙測系統液位計跳變

鄭天為

（中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司，天津 300452）

1 概述

某自升式采油平臺投入使用以來，先后在CFD2-1、CFD11-6、CH1-1 等油田進行試采、生產作業。在試采作業過程中發現原油艙以及壓載系統的部分液位計頻繁發生跳變，跳變的液位計有七個參與了ESD關斷，不參與關斷的液位計發生跳變，也會對平臺造成不穩定的因素，對平臺的安全生產造成了極大影響。

2 雷達液位計的構成及工作原理

液位遙測系統能夠集成多種液位測量方法實現對船舶上的壓載艙底水、燃油、淡水、貨油等各類大艙的液位、溫度、壓力等進行實時監測，當監測高于報警值時發出報警信號。

可以通過現場控制柜實時監控平臺各個艙室的液位、壓力、溫度，也可以通過RS485 將數據傳輸至中控，通過中控電腦對現場的各個參數進行監視。系統由嵌入式工業控制計算機、液位監測模塊、基于CAN 通信的開關量輸入輸出模塊等組成，通過模擬量輸入單元將液位信號送入工控機，通過485 總線與工控機進行通信。

平臺共有7 個油水艙，每個艙室均配備一臺某81 型導波雷達液位計和某61 型微波雷達液位計，其中導波雷達液位計接入PCS系統實施監控，微波雷達接入ESD系統實施緊急關斷。

雷達液位計是依據時域反射原理(TDR)為基礎的雷達液位計，雷達液位計的電磁脈沖以光速沿鋼纜或探棒傳播，當遇到被測介質表面時，雷達液位計的部分脈沖被反射形成回波并沿相同路徑返回到脈沖發射裝置，發射裝置與被測介質表面的距離同脈沖在其間的傳播時間成正比，經計算得出液位高度，如圖1 所示。

圖1

3 雷達液位計故障現象

海洋平臺的微波、導波雷達液位計是某廠家制造，平臺建造時安裝并由項目組、廠家、平臺儀表人員進行聯合調試。平臺投產以后，各個大艙液位計多次發生跳變，并導致關斷。

通過對關斷時的趨勢圖比對，發現液位計測量值波（轉下頁）動，達到低低報警值最終觸發關斷；而且生產恢復后液位計測量值也極為不穩定，根據趨勢圖初步判斷油艙雷達液位計液位低低引起，可能原因是油艙雷達液位計跳變導致，圖2 雷達液位計跳變。

圖2

對于發生雷達液位計跳變，已經無法滿足海洋平臺進行的試采作業要求，作業過程中由于導波雷達下面的固定馬腳普遍在150-200mm之間，所以微波雷達在導波無法測量的低液位區間起到關鍵的測量，如果無法準確測量，單井測試可能偏差達到10 多方，而作業油田產量在100 方左右，偏差實在太大。

在船廠調試階段，污油水艙一微波雷達傳感器在液位大于3800mm 時會跳到液位低低，并觸發四級關斷，持續進液液位趨勢不上漲；在D平臺臨時作業階段，污油水艙一液位變送器多次發生從正常液位突變至200mm左右；左原油艙2 液位變送器存在跳變突增的問題，從正常液位突變至高液位，造成生產三級關斷，嚴重影響生產。雷達液位計防護蓋中存在凝露，發現污油一、污油二、左二導波螺紋連接處、右一微波雷達液位計法蘭處存在泄漏情況，外部保護罩內存在凝析油、水。

4 雷達液位計故障原因分析及維修

4.1 雷達液位計頻繁跳變的原因分析

4.1.1 金屬罩的影響。自平臺投產以來，各個大艙分別出現過多次測量值跳到最高點，雖然出現的頻率很低，但由于雷達液位計的測量值參與了連鎖控制，液位值跳到4m以上會導致生產中斷，因此影響很大。密閉的金屬導致在整個測量范圍出現較多虛假信號，整體噪聲線上升。將罩蓋打開后，前面的虛假信號就消失了，噪聲線也降了下來，金屬罩如圖3 所示。

圖3

4.1.2 天線上的水汽冷凝。冬天的時候，微波雷達連續跳變，經過排查是因為大艙底部油溫溫度高，而頂部溫度低，水蒸氣冷凝，導致雷達波遇到水蒸氣反射，造成虛假液位。冷凝水是客觀存在的，因為油艙溫度高、環境溫度低，兩者之間差值總是存在，如圖4所示。

圖4

4.2 雷達液位計的維修

4.2.1 根據雷達液位計不同的跳變情況，分別進行維修處理。在船廠水聯運調試階段，污油水艙一微波雷達傳感器在液位大于3800mm 時會跳到液位低低，并觸發四級關斷，持續進液液位趨勢不上漲；分析判斷是安全柵故障，高液位時傳感器供電不足不能正常工作。平臺對線路、模塊進行排查，在船廠水聯運期間排查出位于變壓器間的安全柵存在問題，電壓經過安全柵壓降過大，至液位計僅9V 電壓，不滿足液位計工作電壓，更換新的7 個液位遙測系統安全柵，壓降恢復正常。再分別向7 個油艙進液，實測液位遙測系統在更換安全柵后的工作狀態，經測試，各個液位計穩定運行，沒有發現異常。

在日常維護時發現雷達液位計防護蓋中存在凝露，在污油一、污油二、左二導波螺紋連接處、右一微波雷達液位計法蘭處存在泄漏情況，外部保護罩內存在凝析油、水，發現問題后緊固各個液位計法蘭盤與螺栓，處理后所有法蘭盤密封，使用電子清洗劑清洗表殼內部及電子部件，處理后對大艙液位進行檢測，目前運行穩定。

左一微波雷達在原油艙3 米左右的高液位跳變超過4 米直接引起3 級關斷信號的跳變；左二微波雷達在原油艙或污油水艙低液位幾十毫米產生0.5 米或者1.8 米的突然跳變；左一導波雷達顯示F013 故障引起的高液位滿量程跳變；左三導波雷達在測量時經常性跳變到最高點，再跳回正常液面，頻繁的跳變對生產系統造成了極大的影響，使用VEGA藍牙模塊重新配置相關參數也無法使液位計恢復正常，故臨時將液位信號旁通。通過查閱資料，判斷鐵質保護殼對微波雷達液位計產生極大的干擾，儀表是塑料天線，因此會有微量的雷達信號泄漏到外界環境里。如果用密閉的金屬罩將儀表蓋住，這部分雷達信號就不能發散出去，經過在罩內的多次反射后被天線接收，會影響微波雷達液位計帶來虛假信號，造成高高跳變，部分參數設置不符合目前使用狀況。在將鐵質保護殼頂部去掉，使用遮擋物遮擋避免進液積水，對液位計的7 個導波雷達和7個微波雷達相關參數重新配置。通過對金屬罩進行整改以后，經測試，液位計示數穩定，沒有發現氣場情況，從根本上解決了液位計的跳變問題。

4.2.2 雷達液位計維修前后的數據對比分析。電腦通過藍牙模塊連接雷達液位計，看到目前的實際液位和液位的曲線如圖5。

圖5

用組態軟件將改虛假信號進行抑制，抑制之后的曲線如圖6 所示。

圖6

在近距離進行虛假信號編輯，將虛假信號抑制線抬高，使冷凝產生的虛假信號得到可靠的抑制。這樣冷凝產生的虛假信號永遠不可能高于該抑制線，就不會被儀表識別了，有效的解決了因為虛假信號引起的大艙液位跳變。

通過對設備進行維修，掌握了該雷達液位計常見故障的處理方法，有效的預防了因液位跳變造成的關斷。

5 結論

通過對液位計的跳變故障的處理，我們發現現場工況復雜，回波信號很難穩定的出現標準的尖波信號，大艙液位計還是會出現跳變，將參與ESD關斷的液位變送器在跳變以后加入了一個延時信號，即五分鐘內不進行關斷表決，讓維修人員有足夠的時間進行信號旁通并進行故障處理。通過對液位計跳變故障處理，從海洋平臺實際出發，有針對性解決了液位計長期跳變故障，提高了維修人員分析、解決問題能力，有效的防止平臺因為誤報警而造成的關斷。

由于該類型微波雷達液位計采用的是微波反射原理，此種類型微波雷達液位變送器不適用我平臺現場測量環境。我們所做的工作，對以后同類型平臺建造時雷達液位計的選型提供了參考。