液位的測(cè)量與控制是工業(yè)生產(chǎn)中國(guó)項(xiàng)重要工作，無論是在化工，醫(yī)藥，供水等行業(yè)，液位都是一個(gè)重要物理量，在油氣儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域，液位也是需要重點(diǎn)監(jiān)控的參數(shù)之一，本文介紹的是西氣東輸工程中壓縮機(jī)運(yùn)行對(duì)于液位如何通過差壓液位變送器來進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制的。
差壓液位變送器是一種在壓縮機(jī)組中應(yīng)用更為廣泛的一種液位測(cè)量?jī)x表。以西氣東輸沁水壓氣站壓縮機(jī)組為例，自機(jī)組投產(chǎn)以來,沁水壓氣站因差壓液位變送器故障造成數(shù)次機(jī)組停機(jī),為徹底解決這個(gè)長(zhǎng)期困擾生產(chǎn)中問題，相關(guān)的技術(shù)運(yùn)維人員在基于差壓液位變送器的工作原理及其與運(yùn)行機(jī)組之間的邏輯關(guān)系基礎(chǔ)上，對(duì)差壓液位變送器的運(yùn)行故障和問題進(jìn)行分析，并提出了排除故障和解決問題的方法：對(duì)于不帶密封罐的液位計(jì)，使用礦物油替換旋風(fēng)分離器下腔內(nèi)含有水分的輕烴。可避免冬季在引壓管內(nèi)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，保證液位計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確性；對(duì)于帶密封罐的液位計(jì)，確保密封罐內(nèi)合成油的液位高度，及時(shí)向其內(nèi)加注合成油，即可解決液位計(jì)低報(bào)警的問題。運(yùn)行人員通過分析,最終排除了故障,積累了差壓式液位變送器運(yùn)行維護(hù)方面的經(jīng)驗(yàn)。
1.壓縮機(jī)組液位計(jì)工作原理
GE機(jī)組共有5個(gè)差壓液位變送器,分別為燃料氣橇旋風(fēng)分離器上腔液位計(jì)LT203、下腔液位計(jì)LT202A/B/C和合成油箱液位計(jì)LIT125。這些差壓液位變送器;根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為不帶密封罐(SealPot)和帶密封罐兩類,其工作原理有所區(qū)別。
1.1不帶密封罐的液位計(jì)
旋風(fēng)分離器液位計(jì)LT202和LT203屬于不帶密封罐類。液位計(jì)有2個(gè)取壓口,分別連接氣相端(低壓側(cè))和液相端(高壓側(cè))。低壓側(cè)壓力pL等于氣相壓力,高壓側(cè)壓力p
H等于氣相和液相壓力之和,所以液位計(jì)兩側(cè)差壓dp就是液相壓力p。根據(jù)壓強(qiáng)公式p=ρgh,可以計(jì)算出液位高度h(圖1)。
差壓式液位變送器
1.2帶密封罐的液位計(jì)
合成油箱液位計(jì)LIT125屬于帶密封罐類。此類液位計(jì)安裝時(shí)增加了密封罐部件(圖2)。
差壓式液位變送器
合成油箱內(nèi)的油溫一般在49℃左右,遠(yuǎn)高于廠房?jī)?nèi)的溫度,熱油氣在進(jìn)入引壓管后,油氣中的合成油會(huì)在引壓管中凝結(jié)。當(dāng)采用不帶密封罐的液位計(jì)時(shí),液位計(jì)氣相端凝結(jié)合成油的聚集會(huì)造成差壓變送器兩側(cè)差壓減小,導(dǎo)致液位測(cè)量值偏低。當(dāng)采用帶密封罐的液位計(jì)時(shí),這個(gè)問題可得到較高好的解決。
該液位計(jì)的液位測(cè)算原理為:
差壓式液位變送器公式
式中:h為合成油液位高度,m;H為合成油箱高度,m;p
h為液位計(jì)高壓側(cè)引壓管壓力,Pa;p1為液位計(jì)低壓側(cè)引壓管壓力,Pa。
這類液位計(jì)也有兩個(gè)取壓口,分別連接油箱液相端(低壓側(cè))和密封罐端(高壓側(cè))。投運(yùn)前,首先關(guān)閉1號(hào)針閥、2號(hào)針閥和3號(hào)閘閥,從加油口向密封罐內(nèi)加注干凈的合成油,直到合成油剛好可以從3號(hào)閘閥流入油箱為止。蓋上加油口,打開1號(hào)針閥、2號(hào)針閥和3號(hào)閘閥,LIT125即可正常投運(yùn)。
2.液位計(jì)與機(jī)組運(yùn)行之間的邏輯關(guān)系
燃料氣橇旋風(fēng)分離器上腔液位計(jì)LT203的控制邏輯為:當(dāng)液位值大于***設(shè)定值時(shí),產(chǎn)生***報(bào)警;若排污不及時(shí),液位繼續(xù)升高,產(chǎn)生******報(bào)警并停機(jī)。燃料氣橇旋風(fēng)分離器下腔液位計(jì)LT202為***組變送器,包括LT202A、LT202B和LT202C,機(jī)組控制系統(tǒng)取3個(gè)液位值的中間值作為控制參數(shù)。控制邏輯為:當(dāng)液位值超過(低于)***(低)設(shè)定值時(shí),產(chǎn)生***(低)報(bào)警,若排污(加油)不及時(shí),液位繼續(xù)升高(降低),產(chǎn)生******(低低)報(bào)警并停機(jī);當(dāng)3個(gè)液位計(jì)中的任意兩個(gè)發(fā)生故障時(shí),機(jī)組停機(jī);當(dāng)3個(gè)值中的任意兩個(gè)值與機(jī)組所取控制值的差值大于5%時(shí),機(jī)組停機(jī)。
合成油箱液位計(jì)LIT125的控制邏輯為:當(dāng)液位值大于***設(shè)定值時(shí),產(chǎn)生***報(bào)警;當(dāng)液位值小于低設(shè)定值時(shí),產(chǎn)生低報(bào)警。
3.故障和處理
沁水壓氣站壓縮機(jī)組自投運(yùn)以來,主要遇到兩個(gè)方面的問題:***是不帶密封罐的液位計(jì)LT202的兩個(gè)故障,造成機(jī)組停機(jī)4次;二是帶密封罐的液位計(jì)LIT125一直低報(bào)警,但通過油箱上的玻璃液位計(jì)觀察到的液位卻處于正常位置。
3.1不帶密封罐的液位計(jì)故障處理
GE機(jī)組燃料氣橇的旋風(fēng)分離器分為上、下腔。燃料氣內(nèi)析出的輕烴存儲(chǔ)在上腔內(nèi),下腔內(nèi)也需要一定量的輕烴用于過濾沉淀燃料氣中顆粒較高大的雜質(zhì)。機(jī)組投運(yùn)初期,旋風(fēng)分離器下腔灌裝的是站場(chǎng)天然氣管道中析出的輕烴,該輕烴內(nèi)含有水分,冬季為了消除水分在引壓管內(nèi)結(jié)冰對(duì)液位計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確性的影響,運(yùn)行人員將下腔內(nèi)的輕烴換成了與其性質(zhì)相似的礦物油。更換成礦物油后,需要對(duì)旋風(fēng)分離器進(jìn)行充壓,此時(shí)必須控制氣流緩慢進(jìn)入旋風(fēng)分離器下腔,以一下腔內(nèi)的礦物油被高速氣流卷入機(jī)組燃料室造成事故。充壓結(jié)束后,對(duì)液位計(jì)和引壓管進(jìn)行排污,將液位計(jì)兩側(cè)的引壓管分別與大氣連通,再用手操器對(duì)所有液位計(jì)的特點(diǎn)進(jìn)行校正。
經(jīng)過上述處理,沁水壓氣站***今未因LT202故障而導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。但在日常巡檢中發(fā)現(xiàn),液位計(jì)特點(diǎn)在運(yùn)行高段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)較高小的偏移,此時(shí)***以隨意按動(dòng)差壓液位計(jì)變送器上的歸按鈕,而應(yīng)等待停機(jī)檢修時(shí)進(jìn)行處理。
3.2帶密封罐的液位計(jì)故障處理
檢查發(fā)現(xiàn),合成油箱液位計(jì)的低報(bào)警是密封罐內(nèi)合成油液位偏低造成的,向密封罐內(nèi)加注合成油后,故障即消除。
密封罐內(nèi)合成油的凝聚速度與合成油箱的工作溫度、壓力及環(huán)境溫度有關(guān)。合成油箱的工作溫度和壓力基本恒定,廠房溫度越低,合成油在密封罐內(nèi)凝聚的速度越快,液位計(jì)在密封罐端的壓力ph穩(wěn)定的時(shí)間越長(zhǎng);反之,廠房溫度越***,合成油在密封罐內(nèi)凝聚的速度越慢,甚至可能出現(xiàn)密封罐內(nèi)合成油蒸發(fā)問題,造成密封罐欠油,液位計(jì)的測(cè)量誤差較高大。因此,廠房溫度較高高時(shí),應(yīng)在每次停機(jī)后對(duì)密封罐內(nèi)的合成油液位進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)不足及時(shí)補(bǔ)充。
根據(jù)此類液位計(jì)的工作原理,其量程的下限值必須大于上限值。以沁水壓氣站為例,LIT125的設(shè)定值為:LRV(量程下限)=4100Pa,URV(量程上限)=0Pa。綜上所述,為了使差壓液位變送器始終處于良好的工作狀態(tài),減少停機(jī)事故,壓氣站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員在日常巡檢和維護(hù)保養(yǎng)中應(yīng)做好以下工作:對(duì)機(jī)組進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)時(shí),所有差壓液位變送器的引壓管均需進(jìn)行排污處理,并重新校正液位計(jì)的特點(diǎn);在夏季高溫時(shí)節(jié),加強(qiáng)對(duì)密封罐內(nèi)油位的檢查管理,發(fā)現(xiàn)罐內(nèi)液位不足及時(shí)補(bǔ)充合成油;決定差壓式液位變送器測(cè)量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵是建立穩(wěn)定的壓力系統(tǒng),在日常巡檢中要重點(diǎn)檢查液位計(jì)的引壓管系統(tǒng)是否存在滲漏,***旦發(fā)現(xiàn)滲漏應(yīng)及時(shí)處理。