【摘要】针对无人值守集气站分离器液位测量的现状，分析了目前液位测量存在的问题，提出了一种新的类似双眼观察的双液位计测量方法，可大大提高工作效率。

 

引言

       气液两相分离是天然气采集过程中必不可少的工艺环节，卧式重力分离器是目前广泛采用的现实可行的分离设备，其可靠运行必须确保液位保持在规定的范围内。能否准确测量液位关系着脱水撬、压缩机等后续重要工艺设备是否正常运行，甚至很大程度决定着集气站的安全生产。液位过高会导致后续设备运行故障或受到污染，液位过低可能会导致压力容器及压力管道憋压，引起安全事故。因此稳定可靠的液位测量是分离器液位控制的关键所在。提高液位测量可靠性和准确性可以有效减少作业区人员处理应急事件的次数，降低夜间应急出车带来的安全隐患和操作成本。

 

1无人值守站中分离器液位计运行现状

1.1目前分离器液位测量的方法

       分离器液位计是通过液位变送器提供反馈液位信号，与电动球阀共同实现分离器液位的自动控制，其可靠运行必须确保液位保持在规定的范围内。

       目前，无人值守集气站采用的是单一磁翻板液位计实现分离器液位的监控，如图1所示。磁翻板液位计由两大部分构成，即磁翻板液位计本体和模拟液位变送器。本体是根据流体的连通性、浮力原理和磁性耦合作用研制而成。当被测容器中的液位升降时，液位计本体管中的磁性浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到翻柱指示器，驱动红、白翻柱翻转180°，当液位上升时翻柱由白色转变为红色，当液位下降时翻柱由红色转变为白色，指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度。相邻指示板轴向间距为10mm，即液位指示误差为±10mm。模拟式液位变送器，用以实现液位信号远传的数/模显示，由液位传感器和信号转换器两部分组成，液位传感器由装在φ20不锈钢护管内的若干干簧管和若干电阻构成，护管紧固在测量管（主体管）外侧。信号转换器由电子模块组成，安置在传感器顶端或底端的防爆接线盒内，通过传感变送输出4～20mA的标准电流信号。该液位计的优点是可直观、快速地观察液位高低，简单易懂，价格低。

 

1.2存在的问题

       磁翻板液位计明显的缺点是浮子易损坏易受杂质干扰，故障率较高，维修工作量大。在实际集气站生产运行中，分离器底部往往堆积一些类似淤泥糊状的混合物，其中包含泥沙、陶粒等杂质，它们极易导致磁翻板液位计的浮子被卡住，显示的液位值不是真实的液位值，从而使闭环的自动控制失效，导致液位升高到上限不能自动排液进而引起压缩机跳车或脱水撬翻塔问题，或者液位排放过多将天然气带到污水罐使其压力过高发生危险。据统计，某无人值守集气站共有磁翻板液位计3台，液位计故障次数如表1所示。

       从表1可以看出，该无人值守集气站1年内发生各类液位计故障达15次，给天然气生产带来严重影响，其主要原因：一是分离器液位放空，天然气进入污水罐，导致憋压；二是分离器液位过高，不能及时排液，导致天然气将水和污泥带入压缩机，导致停车。

 

2无人值守站分离器液位测量的优化方案

2.1优化方案研究分析

2.1.1密封容器液位测量方法分析

       文献[1−7]中，分离器液位测量使用的是差压变送器，并对取压点进行了改造和优化，测量仪表更换成平膜远传式，并通过加强检查和保温工作的方法进一步提高液位测量的准确性。

 

文献[8−9]中，差压液位计也是生产中常用的一种可靠的密封容器液位测量仪器。差压法测量液位的原理是根据液位堆积的高度变化跟某点产生的压力差变化，同时测得液面上下的压力并抵消（测出差压），从而获得液面高度。其做法是用两根联通管分别从容器上部和底部将压力联通到变送器，下部接变送器正压侧，上部接变送器负压侧，根据差压和高度之间的关系可以算出容器内的液位。

 

       文献[10−12]中，非接触式超声波液位测量等其它方法在解决该问题时均有一定的局限性。针对无人值守集气站的特殊性，结合生产中的困难和相关单位的好的做法，本文的创新点是在无人值守集气站采用磁翻板液位计和差压变送器的双液位计测量方案。两个不同原理的液位计同时出现故障的概率较低，即使出现假液位也能够及时被发现。

 

2.1.2双液位计测量的改进方法

       采取磁翻板液位计和差压变送器测液位两种不同原理液位计双重监控的方法，当发现两个液位计显示不一致时，及时安排员工到现场检查处理，并且当一个液位计故障不能自动控制时，操作工可以远程手动转换到另一个液位计进行自动控制，全站生产也可以正常运行。

 

2.2双液位计的实现与统一

       双液位计实现的技术核心是使二者的测量数值要统一，关键在于统一零基准。在两个液位计零基准一致的前提下，两个液位远程监控显示一致便可以判断液位计显示的是真实液位；如果误差超出液位计的zui大允许误差，可以判断其中一个液位计工作异常，需要现场处理。

       双液位计测量示意图如图2所示，在同一分离器上安装两个不同原理的液位计测量液位，H表示差压变送器的高压端，L表示差压变送器的低压端。假设分离器的实际液位为h（从容器底部到液面的高度），磁翻板测量的现场液位为，远传显示液位为，零基准线到分离器罐底的高度为，液位计的量程是；差压变送器测量液位为，容器底部到差压变送器正负压室平面高度为，高压侧取压管嘴上部到容器底部的高度为。

 

2.2.1两种液位计的液位零基准

       磁翻板液位计的零基准一般情况下是下法兰中心水平线，差压液位计的零基准面是高低压取压端安装水平面。

 

2.2.2两种液位计的液位换算关系

       基于图2所示的各测量高度，分别得到磁翻板液位计和差压液位计的各参数之间的关系。

 

磁翻板液位计：

       h=h1.1−h1.3（1）

       h1.2=h1.3（2）

差压液位计：

       h=h2.1−h2.2（3）

       h2.1=h(h>h2.3)（4）

       h2.1=h2.3(h<h2.3)（5）

 

h1.1和h2.1的关系为：

       h1.1=h2.1−h2.2h1.3（6）

 

2.2.3测量的一致性

       在生产实际中，操作员工可以直观看到的是磁翻板现场显示液位，故以磁翻板液位计现场显示的液位值为准，使两个液位计在不同测量原理下远程显示同一液位测量结果，即磁翻板液位计现场显示的液位值。

 

       通过差压变送器的零点迁移来统一两个液位计的远传数值。根据以上的换算关系可知，当磁翻板液位计测得液位为零时，差压变送器差压值为ρg(h2.2−h1.3)（ρ为液体密度，g为当地重力加速度）；当磁翻板液位计测得液位为时，差压变送器差压值为ρg(h1.4+h2.2−h1.3)。故需要对差压变送器做零点负迁移，迁移量为ρg(h2.2−h1.3)，测量量程设置为ρgh1.4，测量范围可表示为[−ρg(h2.2−h1.3)ρg(h1.4+h2.2−h1.3)]。理论上和可以通过现场测量得到，但为了避免、g和测量出的和引进的测量误差分量，可通过现场实验测得差压变送器的上下限，即解决统一两个液位计测量值的问题关键所在，通过测量值（单位为kPa）占量程的百分比来换算差压变送器测量的液位值（单位为mm）；通过调试使远传装置测量的零点与磁浮子液位计的基准零点一致，通过电流值（单位为mA）占量程的百分比来换算液位变送器测量的液位值（单位为mm）。

 

       可见，假设在无人值守站分离器上照此安装两个液位计，通过实验数据可算出两个液位的函数关系，从而得出需设定的差压变送液位计的量程范围，使得两个液位计读数能够保持一致。

 

2.3双液位测量数据的应用

2.3.1正常情况下的液位计选用

       考虑差压变送器测量准确度高，工作相对稳定可靠，磁浮子液位计会因为介质脏或自身结构问题易出现卡堵现象，所以正常情况下选择差压变送器测量的液位值用来控制电动球阀排污，磁浮子液位计只用来显示液位值。当差压变送器工作异常时手动切换到磁浮子液位计测量值控制，差压变送器测量值只作为显示。

 

2.3.2双液位计测量差值较大情况下的报警

1）报警实现方法

       在上位机上组态一个点，定义为两个液位计测量液位值差值，并设定该点的报警上、下限，当达到报警限时站控画面上应有声音和变颜色提示，以便监控人员能及时发现工作异常的液位计，及时得到处置。

2）报警值的确定

       磁浮子液位计的zui大测量误差按照10mm计算，差压变送器的zui大测量误差按照28mm计算（量程1400mm，准确度±0.2%FS），所以建议将差值的报警上、下限分别设定为13mm和−13mm。

 

2.3.3液位远程自动控制

       液位的控制方式包括手动控制电动排污阀、用磁浮子液位计测量的液位值自动控制电动排污阀和用差压变送器测量的液位值自动控制电动排污阀三种。岗位操作员工可以根据具体情况选择一种控制方式，通过设定电动球阀开、关的液位值即可实现自动排液。正常情况下选择任意一种自动控制方式，一种液位计出现故障需要及时转换成另一种自动控制方式，特殊情况下也可以打到手动控制方式，即人为调整分离器液位。

 

2.4使用中应注意的问题

2.4.1磁翻板液位计操作

       1）磁翻板液位计本体周围不容许有导磁物质接近，禁止铁丝固定，否则会影响磁翻板液位计的正常工作；

       2）根据介质情况，定期冲洗液位计，清除杂质；

       3）接线盒进线孔敷设好后要求密封良好，以免雨水、潮气等侵入而使远传仪表不能正常工作，检修或调试完成后应及时盖上盖子。

 

2.4.2差压液位计操作

       1）定期检查差压变送器零点，发现漂移过大要及时调校；

       2）变送器投运时，应尽量排空导压管液柱内的气泡。由于变送器的量程只有几个kPa,这些积存的气体会影响测量的准确度并造成测量值的波动；

       3）在平衡阀操作过程中，排污时可能引起报警，需及时排除。

 

3结论

       双液位计测量分离器液位方案的选取，是通过同一零基准，实现了两个液位计的远传信号测量结果的一致性，且在同一个液位计故障时报警。此方法结合两种测量方案的优点，可通过液位控制远程切换，确保分离器液位自动控制可靠运行，提高了无人值守集气站分离器液位数字化监控的准确度，从而有效降低无人值守站应急事件处理次数，提高工作效率。本文编辑：季杨