蒲 良 劉志強(qiáng) 馬玉華

(中國(guó)石油新疆油田分公司石西油田作業(yè)區(qū),新疆 克拉瑪依 834000)

液化石油氣是石油產(chǎn)品之一，主要成分為C3/C4，在適當(dāng)壓力和溫度下以液態(tài)儲(chǔ)存于儲(chǔ)罐容器中。液化石油氣屬于易燃、易爆危險(xiǎn)品，在存儲(chǔ)中需要對(duì)其準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量和觀察。但由于液化石油氣的介電常數(shù)小于1.9，液化程度受溫度和壓力變化的影響較大，在頻繁的收發(fā)和倒罐作業(yè)時(shí)，罐內(nèi)的儲(chǔ)量變化較大、較快，高達(dá)十幾米的儲(chǔ)罐需靠人工觀察和測(cè)量，勞動(dòng)強(qiáng)度大，也難以準(zhǔn)確計(jì)量，出現(xiàn)冒油和空罐現(xiàn)象都會(huì)造成安全隱患。因此，液化石油氣液位測(cè)量一直是困擾其存儲(chǔ)的難題。選擇性能穩(wěn)定、安全可靠的液位測(cè)量設(shè)備是保障輕烴儲(chǔ)備站安全平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

石西天然氣處理站是新疆油田分公司規(guī)模最大的伴生氣處理站，屬于一級(jí)要害站庫(kù)。該處理站包括：兩套獨(dú)立的50×104Nm3/d處理裝置，每天生產(chǎn)液化石油氣和輕烴近百?lài)?；一個(gè)輕烴儲(chǔ)備站，包括4座1 000m3液化石油氣球罐。筆者針對(duì)現(xiàn)役的兩種液位檢測(cè)儀表存在的缺陷，在技改中最終選擇安裝方便、測(cè)量精準(zhǔn)和維護(hù)簡(jiǎn)單的ELL外測(cè)液位計(jì)對(duì)站內(nèi)液化石油氣儲(chǔ)罐內(nèi)的液位進(jìn)行測(cè)量。

1 原液位計(jì)存在的缺陷①

根據(jù)規(guī)范要求，每座壓力儲(chǔ)罐應(yīng)配備兩套獨(dú)立且不同類(lèi)型的液位測(cè)量?jī)x表，石西天然氣處理站球罐以前采用的液位測(cè)量設(shè)備為玻璃板液位計(jì)和1151差壓變送器。

玻璃板液位計(jì)采用U形管原理，副管與罐體上下連通。理論上副管內(nèi)和罐體內(nèi)的液面應(yīng)該始終保持一致，但由于球罐直徑為12.3m而玻璃管直徑為2.5cm，兩者相差較大，這就造成了罐體和玻璃管內(nèi)部液體受到外界環(huán)境的影響也不一樣。由于液體溫度直接影響液體的密度，因此副管內(nèi)與儲(chǔ)罐內(nèi)的液體具有高度差，從而造成了讀數(shù)誤差。石西天然氣處理站處于新疆準(zhǔn)噶尓沙漠腹地，冬季溫度可達(dá)-40℃、夏季高溫地表50℃。通過(guò)球罐溫度變送器可以反映出在冬季或夏季罐內(nèi)外溫差達(dá)到15℃以上，這就造成玻璃板液位計(jì)不能真實(shí)反映罐內(nèi)液位，一個(gè)1 000m3液化石油氣球罐讀數(shù)誤差可達(dá)數(shù)十噸以上，在玻璃管溫度較高時(shí)，讀數(shù)偏大；玻璃管溫度較低時(shí)，讀數(shù)偏小[1]。

1151差壓變送器是通過(guò)測(cè)量罐頂和罐底的差壓來(lái)反映球罐液位的。將差壓值引入DCS，再通過(guò)算法組態(tài)得出差壓對(duì)應(yīng)的液位值，公式如下：

H=p/ρg

(1)

其中，g=9.8N/kg，為常數(shù)；液面高度H與罐內(nèi)介質(zhì)密度ρ和差壓p相關(guān)。由于天然氣處理站生產(chǎn)的都是粗產(chǎn)品混烴，因此罐內(nèi)液體密度經(jīng)常發(fā)生變化，而DCS內(nèi)部參數(shù)密度設(shè)置為固定值，當(dāng)罐內(nèi)介質(zhì)密度發(fā)生變化時(shí)，計(jì)算結(jié)果就無(wú)法真實(shí)反映罐內(nèi)液位。冬季環(huán)境溫度較低，連接罐頂?shù)牡蛪憾藘?nèi)部全是氣相，但由于溫度低，氣相的液化石油氣將液化，造成低壓端積液、差壓測(cè)量有誤差。

液化石油氣具有特殊的物理特性，對(duì)液位計(jì)的精度要求較高，而靜壓式液位計(jì)測(cè)量受介質(zhì)成分、密度和環(huán)境溫度影響均很大，因此上述兩種液位計(jì)均無(wú)法達(dá)到滿(mǎn)意的測(cè)量效果。球罐投運(yùn)多年，差壓液位和玻璃板液位始終對(duì)應(yīng)不上，影響產(chǎn)品計(jì)量，急需改進(jìn)。

2 液位計(jì)選型

石油石化行業(yè)對(duì)各項(xiàng)施工改造安全要求較高。由于石西液化氣處理站為防火防爆一級(jí)站庫(kù)，因此要求項(xiàng)目施工時(shí)盡量避免動(dòng)火，避免對(duì)壓力容器進(jìn)行改動(dòng)。變更壓力容器是一個(gè)繁瑣的過(guò)程，需要申請(qǐng)報(bào)告并在油田公司備案，改造之后要由技術(shù)監(jiān)督部門(mén)審核通過(guò)才能投入使用。

液位測(cè)量設(shè)備中，雷達(dá)液位計(jì)雖然安裝簡(jiǎn)單、價(jià)格適中，但由于液化石油氣的介電常數(shù)較小，且需要?jiǎng)踊鹱鳂I(yè)并更改壓力容器，因此不適宜使用雷達(dá)液位計(jì)。磁致伸縮液位計(jì)和伺服液位計(jì)雖然測(cè)量精度較高，但是都需要改動(dòng)現(xiàn)有的壓力容器，且為接觸式測(cè)量，安裝維護(hù)要求較高，因此不予采用[2]。核輻射液位計(jì)有放射源應(yīng)用，需特別批準(zhǔn)，因此受到限制。各液位計(jì)性能比較見(jiàn)表1。結(jié)合該站實(shí)際情況，最終選擇西安定華電子有限公司的ELL-FI-DE10LO.5AOJX外測(cè)液位計(jì)，并對(duì)4座球罐液位測(cè)量設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造。

表1 各液位計(jì)性能比較

3 ELL外測(cè)液位計(jì)的工作原理和優(yōu)點(diǎn)

ELL外測(cè)液位計(jì)采用對(duì)人體無(wú)害的微振動(dòng)原理，通過(guò)吸附在容器壁外底部的測(cè)量頭采集微小的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)，然后將此微小機(jī)械振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳入儀表主機(jī)，主機(jī)再通過(guò)濾波、識(shí)別，去除與液位變化無(wú)關(guān)的信號(hào)，最終通過(guò)定華專(zhuān)有算法計(jì)算得出介質(zhì)的液面高度，ELL外測(cè)液位計(jì)工作原理如圖1所示。其無(wú)需開(kāi)罐安裝的特點(diǎn)使得新疆油田分公司石西天然氣處理站技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)了不停產(chǎn)安全改造。

圖1 ELL外測(cè)液位計(jì)工作原理

ELL外測(cè)液位計(jì)能從罐外連續(xù)、精確地測(cè)量罐內(nèi)液位，并根據(jù)校準(zhǔn)完成后的液位自動(dòng)計(jì)算液體介質(zhì)的各項(xiàng)參數(shù)。且實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，完全不接觸罐內(nèi)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了真正的隔離測(cè)量。

ELL外測(cè)液位計(jì)可用于極端惡劣工況和危險(xiǎn)環(huán)境，可測(cè)量腐蝕性強(qiáng)、毒性劇烈、有放射性及易爆炸等任意壓力范圍的液體介質(zhì)。安裝、維修均不接觸罐內(nèi)介質(zhì)，安全無(wú)污染。

ELL外測(cè)液位計(jì)安裝方便、耐用可靠，安裝時(shí)不必在容器上開(kāi)孔，不用連通管，可以不停產(chǎn)安裝。測(cè)量頭和儀表中無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，嚴(yán)格密封與外界隔離，耐用且維護(hù)工作量小。

4 應(yīng)用

由于石西天然氣處理站為伴生氣天然氣處理站，產(chǎn)品主要有液化石油氣C3/C4和輕質(zhì)油C5以上組分。在實(shí)際生產(chǎn)中當(dāng)脫丁烷塔切割工藝參數(shù)變化時(shí)會(huì)造成液化石油氣C5超標(biāo)，輕質(zhì)油飽和蒸氣壓超標(biāo)，導(dǎo)致進(jìn)罐產(chǎn)品不合格，這時(shí)就需要將不合格的產(chǎn)品倒入事故罐再用泵打回裝置區(qū)重新回?zé)挕ｌo壓測(cè)量設(shè)備(玻璃板液位計(jì)和1151差壓變送器)在罐內(nèi)介質(zhì)發(fā)生變化后無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量液位，導(dǎo)致DCS無(wú)法準(zhǔn)確反映罐內(nèi)液位，給倒罐操作帶來(lái)極大的安全隱患，因此需要進(jìn)行頻繁的人工觀察，勞動(dòng)強(qiáng)度極大。ELL外測(cè)液位計(jì)正好彌補(bǔ)了這一缺陷，它在實(shí)時(shí)液位測(cè)量過(guò)程中自動(dòng)修正介質(zhì)的各項(xiàng)特征參數(shù)，當(dāng)介質(zhì)發(fā)生變化后依然可以準(zhǔn)確可靠地反映真實(shí)液位，使倒罐操作具有安全保障。

此次ELL外測(cè)液位計(jì)改造施工完全實(shí)現(xiàn)了清潔、安全、環(huán)保的施工要求[3]。沒(méi)有動(dòng)火作業(yè)，未對(duì)壓力容器造成變更。相比于其他液位測(cè)量設(shè)備的安裝，避免了與介質(zhì)的直接接觸，未在容器上新增一處法蘭或絲扣連接點(diǎn)，避免了改造施工給后期運(yùn)行帶來(lái)的危險(xiǎn)品跑、冒、滴、漏隱患[4]。施工不用停產(chǎn)，不影響球罐的正常使用。后期維護(hù)方便，相比其他液位計(jì)，不用進(jìn)行開(kāi)罐，避免了維護(hù)中的倒罐及壓力放空等操作。

5 結(jié)束語(yǔ)

新疆油田分公司石西天然氣處理站選用ELL外測(cè)液位計(jì)進(jìn)行液化石油氣液位測(cè)量以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定并且測(cè)量精確，與1151差壓變送器和玻璃板液位計(jì)比較，其誤差小、性能穩(wěn)定且沒(méi)有出現(xiàn)任何故障，是較為理想的液位測(cè)量?jī)x表。同時(shí)液位的準(zhǔn)確測(cè)量也使得每日產(chǎn)量的計(jì)算更加準(zhǔn)確，根據(jù)伴生氣的進(jìn)氣量和組分含量可以精確地計(jì)算出當(dāng)日輕烴液化石油氣的收率，有效地指導(dǎo)工藝參數(shù)的控制，在提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品收率上發(fā)揮了重要作用。

[1] 周駿威,時(shí)鴻儒.液化石油氣儲(chǔ)罐罐存計(jì)量誤差產(chǎn)生的原因及解決[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013,(19):101.

[2] 郭璇,高玉進(jìn).伺服液位計(jì)在液化氣球罐上的應(yīng)用[J].新疆石油科技,2009,19(1):52～54.

[3] SH/T 3104-2000，石油化工儀表安裝設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)石化出版社,2001.

[4] GB 50093-2002，工業(yè)自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003.