海洋平台桩腿存储乙二醇液位测量方式研究

钱欣，王安达,张中华，穆顷

(中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300452)



海洋平台桩腿存储乙二醇液位测量方式研究

钱欣，王安达,张中华，穆顷

(中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300452)

随着探勘开发能力的提升，石油装备技术的完善，深海石油开采逐步成为世界大型石油公司关注的重点，中国海洋石油总公司在南海开发了国内第一个深水气田——南海深水天然气开发项目。

在南海深水天然气开发中,为了抑制长距离海管输送过程中天然气水合物的产生，需要在平台上存储1500m3贫乙二醇(MEG)溶液供流程使用。由于深水气田平台空间极度紧张，载荷也达到临界值，布置一个储罐单独储存MEG溶液存在较大困难。在上述情况下，设计了利用平台桩腿作为容器存储MEG溶液的方案。同时，紧贴桩腿设置1个套管，底部与桩腿相连，把MEG溶液输送泵下入套管底部，将MEG溶液抽取到平台上。

该方案有效解决了乙二醇的储存问题，节省了平台空间，减少了平台承重。但为了不破坏桩腿结构，MEG溶液的注入、抽取及液位测量等工作均需在与桩腿连通的套管上进行。在此工况下，既需要确保液位测量的准确性，保证量程和精度，又要考虑在此特殊位置进行安装的可行性和可维护性，液位变送器的选型亟需解决。

通过对特殊工况下液位仪表的选型分析，最终确认采用投入静压式液位变送器，随泵一起安装，解决了测量和安装这两个难点，保证了液位的精确测量。

1桩腿存储MEG液位测量方案分析

该石油平台常年处于高盐雾、强腐蚀的自然环境，对现场仪表的可靠性、防护等级、防爆等级、材质等均有较高要求，一定程度上给仪表选型设计增加了难度。目前，海洋平台上常用的液位仪表类型有压力式、雷达式、超声式、浮子式、磁子式等。在选型过程中，需要从液位仪表的测量范围、测量精度、实际安装需求等方面出发，进行综合判断。笔者针对具体工况，对各类变送器展开详细分析，选定最适用的液位仪表。

针对直径0.5 m、长度近100 m的套管内MEG溶液的液位测量，该套管深入水下80m，与桩腿焊接，液位仪表的量程范围为0～100m。如果选用侧装式液位变送器(如浮子式、磁子式)，经过咨询厂家，暂无可满足该量程的产品。并且，在水下80m处的套管上开孔并安装法兰，对套管结构、防腐等方面也提出了更高的要求，且法兰连接处成为新的泄漏点，增大了项目风险，所以不推荐使用浮子式、磁子式液位变送器及需要套管底部开孔的差压式液位变送器。

如果采用外贴式安装形式，如外贴超声波液位变送器，需要考虑液位变送器常年浸入海水中，面临海水腐蚀、海流冲刷等恶劣环境，并由此带来液位变送器材质昂贵、安装困难的问题，不易选择合适的产品，所以不推荐外贴式液位变送器。

从安装便利性考虑，顶装式液位变送器比较适合。对于雷达式和超声波式液位变送器，均要求液面与发射口之间无干扰物，但此处套管内径仅0.5m、长100m，且套管内有电缆、MEG溶液提升泵护管、管卡等设施，会影响雷达式和超声波式液位变送器的测量精度，因而这两种类型的液位变送器也不适用于此处工况。

投入静压式液位变送器属于压力类液位仪表，可采用顶装式安装，将测量传感器固定于套管底部，通过电缆将静压信号传输至固定于套管顶部的表头，并将该信号转变为标准4～20mA电信号，再传输至中控室进行检测，可以有效解决该技术问题，是该项目MEG液位测量的最佳选择。

2投入静压式液位变送器的原理及技术特征

投入静压式液位变送器基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理，利用扩散硅或陶瓷敏感元件的压阻效应，将传感器接收的静压转换成电信号，经过变送器的温度补偿，并进行一定的线性校正，转换成4～20mA标准电流信号输出，并可通过仪表电缆连接至控制系统进行控制[1]。

当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力为

p=ρgH

(1)

式中：p——变送器迎液面所受压力；ρ——被测液体密度；H——被测液体深度；g——重力加速度。

如果被测液体密度一定，已知重力加速度g和静压值p，根据式(1)即可计算出传感器所处位置的液体深度H[2]。

投入静压式液位变送器具有广泛的量程范围，在0.3～100m可供用户自由选择，可根据需求订制，且具有2倍超载能力，对工况波动具有很强的适应能力。其传感器材质有多种选择，304，316不锈钢传感器适用于水及一般非腐蚀性介质，陶瓷材质膜片、哈氏C合金膜片适用于各种腐蚀性介质。该变送器具有很高的测量精度，可达0.1级，并有0.25，0.5，1级等多种选择。防护等级可达IP68，可保证传感器长期浸入被测介质中而不损坏。仪表可输出二线制4～20mA/三线制1～5V(DC)标准电流、电压信号，带HART协议。投入静压式液位变送器的传感器部分可直接投入到液体中，变送器部分可用法兰或支架固定，安装使用极为方便。可用于城市给排水，水处理厂、水库、河流、海洋及石油、化工、电力等方面的液位测量，被测介质可以是酸性、碱性及黏稠性液体。

综上，投入静压式液位变送器具有技术先进、精度高、质量稳定可靠、安装使用方便等优点，是一种过程检测控制系统中理想的液位仪表。

3选型分析

根据工艺分析及计算确认，测量桩腿MEG液位的投入静压式液位变送器工艺参数见表1所列。

表1　投入静压式液位变送器工艺参数

针对上述工况，在具体设计过程中，要求此处的投入静压式液位变送器的传感部分采用能抵御贫MEG溶液腐蚀的316不锈钢，IP68防护等级要求。传感器与表头之间的连接电缆也需长期浸入贫MEG溶液中，因而要求采用PTFE涂层，并可承受950N的拉力，以保证长期垂入的情况下不产生机械拉伸损坏。变送器要求两线制，4～20mA输出，带HART协议，变送器外壳为316不锈钢，可抵御南海高温、高湿的盐雾环境腐蚀，精度要求0.25级。

在实际安装中，因为贫MEG溶液输送泵的泵头也安装于套管底部，为了使变送器处于稳定、无湍流的测量环境中，将传感器固定于泵头下方1m处，垂挂处理。为防止变送器与传感器之间的电缆长期悬垂于套管内，机械强度受损，同时也防止其在套管内与贫MEG溶液输送泵的动力电缆、泵护管等设备缠绕，因而将电缆固定在泵杆上，随泵逐级下入套管进行安装固定。该电缆通过法兰穿过并固定于套管顶部大法兰，接入变送器接线盒，完成了整个安装过程。安装示意如图1所示。

图1　投入静压式液位变送器安装示意

4结束语

通过对液位仪表的深入分析，选择了合适的液位变送器，实现了桩腿MEG液位的有效测量，对准确监控和确认工艺流程的实际情况具有重要意义。

参考文献：

[1]陆德民，张振基，黄步余.石油化工自动控制设计手册[M].3版.北京： 化学工业出版社，2000.

[2]《海洋石油工程设计指南》编委会.海洋石油工程电气、仪控、通信设计[M].北京： 石油工业出版社，2007.

[3]毕清翔.关于投入式液位计经济型技改方法探讨[J].化工管理，2008(05)： 104.

[4]张毅，张宝芬,曹丽,等.自动化检测技术及仪表控制系统[M].北京： 化学工业出版社，2003.

[5]杨清虎.基于传感器浅谈投入式液位变送器B8050[J].中国科技博览，2010(30)： 82.

[6]乔宏.NT系列液位测量变送器代替了进口产品[J].软件工程师，1995(04)： 30-31.

[7]段九勋.浅谈压阻式液位变送器在液位检测中的应用[J].中国仪器仪表，2006(05)： 25-30.

[8]宋长飞,桂秋媛,张星星.带搅拌器箱罐设计中需要注意的问题[J].化工设备与管道，2013,50(02)： 36-38.

国产控制系统在百万吨乙烯中实现“从零到一”的跨域

长期以来，百万吨乙烯项目因其高危险、高复杂、高难度，一直将国产控制系统拒之门外，中控中标神华宁煤乙烯工程DCS项目，标志着国产控制系统成功跨越“禁区”，中控人用自己的担当，不负众托与信任，实现“从零到一”的突破，更是增强了用户对民族工业自动化的信心！

神华宁煤乙烯工程项目的获取，中控展现的不仅是产品的技术先进性、控制网络的周密与合理性，更是软实力的充分展示： 工程团队的高质高效、现场服务的快速响应、备品备件的及时供应、全生命周期服务的专业保障……而中控“努力将每个项目打造成为精品工程，成为用户最可信赖的伙伴式供应商”的理念，也正与“神华宁煤煤化工副产品深加工综合利用项目”需求不谋而合，过硬的产品与雄厚的软实力组合，让中控在与Honeywell，Emerson，Foxboro等国外著名厂商的激烈竞争中脱颖而出。

该项目的获取，标志着国产控制系统成功突围百万吨乙烯控制壁垒，实现石化化工领域的全线国产化，让我们共同期待该项目的顺利实施，期待乙烯精品工程的诞生！(浙江中控技术股份有限公司)

张训海先生荣膺“2014中国自动化领域年度人物”殊荣

由中国自动化学会主办、《自动化博览》承办的“2015中国自动化产业年会(简称CAIAC 2015)”颁奖盛典，日前在北京顺利举行。台达电子资深副总裁暨机电事业群总经理张训海先生再次荣膺“中国自动化领域年度人物”奖；“台达包装机企业自动化改造项目”也以其产品、解决方案和创新型服务荣获“中国自动化领域十大最具影响力OEM项目”奖。在该项目中，台达的AH500系列中型PLC搭配20Mbit/s通信速率的运动控制器20MC的全电子凸轮架构有效解决了噪音巨大、维护不便的问题，大幅提高了生产效率，降低生产成本，从而在行业内打造出新型机器设备的最佳实践案例，成为行业应用典范。(中达电通股份有限公司)

摘要：针对深水气田桩腿存储乙二醇(MEG)的液位测量难题，通过对比各类液位变送器的测量范围、产品性能、安装需求等因素，结合工况实际特点进行选型，最终确定采用投入静压式液位变送器。介绍了该变送器的测量原理，结合测量精度、产品材质、防护精度等，进一步论证了使用该液位变送器对工况的适用性。同时，根据项目实际实施情况，精确分析该变送器的设计参数，并给出安装建议。

关键词：桩腿存储液位测量海洋平台

Research on Ethylene Glycol Liquid Level Measurement Method in Jacket Leg Storage of Offshore PlatformQian Xin, Wang Anda, Zhang Zhonghua, Mu Qing

(Tianjin Branch, CNOOC China Limited, Tianjin, 300452, China)

Abstract：Aiming at level measurement problem of ethylene glycol stored in deep-water natural gas jacket leg, static pressure liquid level transmitter is finally selected to be used through comparison of measure range, product characteristics and installation requirements and so on for all kinds of liquid level transmitters combined with actual work characteristics. The measuring principle is introduced. Combining with measure precision, product material and safeguard precision, the applicability of transmitter under work condition is further proofed. Meanwhile, based on actual implementation of actual situation, the design parameters for transmitter are analysised in detail. The installation suggestions for static pressure liquid level transmitter are put forward.

Key words：jacket leg storage; level measurement; offshore platform

中图分类号：TH816

文献标志码：B

文章编号：1007-7324(2015)03-0065-03

作者简介：钱欣，女，2004年毕业于西南石油大学自动化专业，获学士学位，现就职于中海石油(中国)有限公司天津分公司，从事海洋石油油田开发前期研究工作，任工程师。

稿件收到日期： 2014-12-20，修改稿收到日期： 2015-03-12。