現場復雜的情況下液位精準測量技術

于冠男

大慶油田有限責任公司技術監督中心油氣水計量檢定站

油田和化工裝置中的各種計量儀表，有很多控制參數，主要包括壓力、溫度、物位、流量和分析參數，可以看出物位是一項很重要的參數。物位的準確性直接涉及控制流程和工藝流程的指標、生產的安全平穩運行。物位主要分為介質的液位、固體或顆粒的料位。液位計在油田計量檢測中使用的非常廣泛，有射頻導納、電容、電導、磁浮子、翻板、超聲、雷達等多種測量方式。液位測量數據的準確性直接影響生產安全及貿易結算，因此現場液位計量[1]的準確性非常重要。根據多年的現場檢測經驗，結合大慶油田、華北油田、新疆塔中油田以及國外液位計的現場檢測，簡要論述現場液位計的檢測情況。

1 保證現場檢測安全

在現場液位計檢測[2]時，測量液位計的輸出信號時存在以下幾種安全隱患：如果產能站流程出現問題，水罐會產生危險氣體；如果檢測油罐液位，油罐頂部必然存在揮發性可燃氣體，檢測液位計輸出信號時，如果不小心短路，會有燃爆的危險；在春夏季也會存在雷擊的可能性，引起液位計大電流、電壓的通過，這樣也就存在一定的安全隱患。為防止上述情況發生，采取了一些措施。

（1）在測量回路中加裝安全柵。現場液位計信號檢測時，即使發生短路現象，電流也會因為回路中加裝了安全柵[3]，使回路中的電流限流[4]在安全火花等級36 mA的范圍之內，不會發生爆炸事故，確保檢測人員的安全和生產運行的安全。安全柵安裝在控制室的儀表柜中，按照液位計的種類加裝電流或者電阻信號的輸入式安全柵[5]。

（2）在回路中同時加裝信號防雷柵。為避免雷雨天氣對液位計產生損壞，在回路中同時加裝信號防雷柵[6]后，保證了液位計的平穩運行，也保證了產能站和化工裝置的安全。防雷柵在湖北門站、國內多個油田以及國外油田廣泛應用。防雷柵的安裝中接地是非常重要的，接地必須是有效接地或者是與電氣共地，接地之間不應存在懸浮電壓。防雷柵安裝在控制室內，根據需求加裝電源式防雷刪和信號式防雷柵[7]。電源式防雷柵根據種類分為380 V、220 V及24 V；信號防雷柵有電流信號、電阻信號、485信號幾種。防雷柵安裝后一定要做好有效的接地。

2 液位計檢測的準確性

為了保證現場液位測量的準確性，現場檢測人員必須經驗豐富，所用儀器是防爆儀器，用到的標準儀器至少包括信號發生器、油水界面檢測儀、激光測距儀、筆記本等，檢測時也需遵守用戶方相關安全要求。

2.1 現場信號的檢測

檢定前需確認調整，首先要確認液位計量程與控制室顯示儀表或控制計算機設定的量程是否一致。在現場檢測過程中發現，有的顯示儀表或計算機與液位計量程不一致，還有的液位計更換后，顯示儀表與計算機沒有根據更換后的液位計修改量程設置。這兩種情況都會導致液位計顯示的實際液位值不準。這時就需檢定人員利用信號發生器，通過液位計的信號線發送標準信號（4～20 mADC）給控制室顯示儀表或計算機[8]，來確認兩者量程是否一致，以確保下一步檢測的準確。

2.2 液位計安裝高度與罐高的確定

現場檢測時發現有些大罐給定的高度與液位計安裝的實際高度不一致，這樣會使液位計檢測有誤差。利用激光測距儀檢測液位計安裝高度與給定的大罐液位高度是否一致。現場安裝的油水界面儀實際指示的液位檢測高度情況見圖1，由公式（1）、公式（2）計算液位高度。現場大罐液位計安裝見圖2，圖中H1為設計給定高度，m；H2為液位計安裝距罐平面距離，m；H為液位計實際高度，m。

圖1 現場安裝的油水界面儀實際指示的液位、界面示值Fig.1 Actual indicated liquid level and interface value of the oilwater interface instrument installed on site

圖2 大罐液位計安裝示意圖Fig.2 Installation diagram of large tank level gauge

式中：H為液位高度，m；H1為儀表安裝實際高度，m；H2為傳感器死區，m；H3為油水界面儀測得液位高度，m；H4為測得界面高度，m；H5為界面高度，m。

2.3 液位計死區的確認

在現場檢測過程中發現，由于液位計安裝的不統一，產生的死區也不確定，所以不能保證液位計死區確認[9]的準確性。如果統一的定性液位計的死區高度，會給液位計檢測和計算結果造成大誤差，影響液位計的測量結果，無法正確顯示液位計的指示高度，從而造成生產失控和安全隱患。

2.4 信號傳輸誤差

依據JJG 971—2019《液位計檢定規程》的5.2輸出值誤差的要求，具有信號輸出功能的液位計，輸出值最大準許誤差應不超過輸出量程的±c%FS′。其中c可以在0.05、0.1 0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5中選取，FS為液位輸出值的量程，單位為mA 或V。按照規程，利用信號發生器確認控制室顯示儀表或計算機在接收標準的信號后引起的誤差是否在允許的范圍之內。

2.5 數字量輸出信號的處理

利用信號線與轉換接頭連接筆記本，再使用數字量接收小軟件現場采集數字信號，檢查信號是否連續，是否有丟失的情況。在華北油田監測數字量信號輸出時發現，控制室計算機非實時記錄實際液位值，一旦液位計發生問題后仍然記錄的是最后一個實時數據，如果值班人員疏忽，未發現液位的變化，會造成生產或安全事故。同時，信號的接收阻尼時間不宜過長，否則將不能反映真實液位值的實時變化。

3 現場原始記錄及檢測條件

（1）依據JJG 971—2019《液位計檢定規程》的附件，A液位計檢定記錄后形成現場原始記錄[10]（圖3）。

由圖3可知，將實際測量的死區液位值加上儀表信號輸出值換算得來的液位值與給定的數值進行比較，可得出實測液位的誤差值，根據所得誤差值進行不確定度的評定，給出校準評定報告或是檢測報告。在換算誤差值時一定要考慮此標準2.2 中陳述的因素，盡可能地復現實際液位值，避免大誤差，為生產提供更好的服務，保證生產和設備的平穩運行，為計量和貿易結算提供真實有效的數據。

圖3 現場原始數據記錄Fig.3 On-site original data record

（2）依據JJG 971—2019《液位計檢定規程》中7.1.2 環境的要求，不允許雨雪條件下檢測，也不要在大罐快速進液或快速輸出液體情況下測量，同時大罐內液體應控制在一定溫度，溫度過低時液體有凝固層的情況下檢測會不準確，尤其是油水混合的液位檢測數值影響會更大。現有的油水界面檢測設備傳感器部分很多都沒有加熱功能，在實際測量過程中會對傳感器表面產生粘貼介質，對液位計顯示的結果造成影響，也會對液位計的使用壽命造成影響。在此基礎上研發傳感器加熱功能對現場的液位測量將會起到很大的作用，并保證計量的準確性。

4 結論

通過罐高、死區、輸出信號值、界面、儀表的配備、安裝高度等多個參數的實測，利用數學模型公式綜合運算后，盡可能復現真實液位值，從而保證了液位計檢測數據的真實性和有效性。準確的復現液位計的真實示值，不但有利于值班人員的實際操作，有效的控制生產，而且有利于相關管理人員第一時間監控液位參數，進行集中管理，這樣才能保證生產的安全可靠，也能為實現智慧油田提供堅實可靠的數據基礎。