柴 威，田宏建，陳偉榮，龐 序，李明釗

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津300452)

1 研究背景

海洋石油平臺(tái)作為一個(gè)獨(dú)立的油氣生產(chǎn)單元，需要進(jìn)行原油的脫水、脫氣、生產(chǎn)水處理、注水等一系列生產(chǎn)流程完成原油開采。生產(chǎn)流程各個(gè)容器需要液位計(jì)對(duì)液位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，綜合考慮可靠性、成本等一系列因素，現(xiàn)場(chǎng)最普遍使用的液位計(jì)大多采用磁浮子式或射頻導(dǎo)納式液位計(jì)(圖1)，然而由于雜質(zhì)、油泥的存在，會(huì)對(duì)液位計(jì)的計(jì)量造成一定影響。雜質(zhì)和油泥附著在磁浮子上可能導(dǎo)致液位計(jì)的卡滯，而附著在射頻導(dǎo)納探桿上則會(huì)造成虛假信號(hào)，產(chǎn)生流程的波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至造成生產(chǎn)流程關(guān)斷。因此，需要定期對(duì)液位計(jì)的浮子以及探桿進(jìn)行清洗，以便保證液位計(jì)的正常工作。

圖1 磁浮子液位計(jì)與射頻導(dǎo)納液位計(jì)Fig.1 Magnetic float level gauge and radio-frequency admittance level gauge

不同液位計(jì)的清洗往往采用不同的方式。磁浮子液位計(jì)清洗通常采用從頂部法蘭灌液或從下法蘭拆卸浮子直接清洗，射頻導(dǎo)納液位計(jì)清洗通常采用從頂部拆卸法蘭對(duì)液位計(jì)進(jìn)行灌液清洗，或是將變送器從上方提起后進(jìn)行清潔(表1)。

表1 清洗液位計(jì)方式效果對(duì)比Tab.1 Comparison of cleaning level gauge methods

傳統(tǒng)清洗方法存在作業(yè)量大、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高等缺點(diǎn)，且難以保證清洗效果，基于此考慮研制一種使清洗作業(yè)更為簡易、清洗效果更好、風(fēng)險(xiǎn)更低的專用設(shè)備。

2 技術(shù)簡介

2.1 設(shè)備組成及工作原理

該裝置主要由下列幾部分組成：儲(chǔ)水箱，水箱容積約80L；隔膜泵，最大工作壓力2.4MPa，最大流量9.3L/min；防爆電機(jī)，功率 0.75kW；自盤繩軟管，長度 10m，軟管外徑 1/4″；實(shí)心錐形噴嘴，噴射角度60°，流量 6.5L/min；窄角噴嘴，噴射角度 15°，流量7.9L/min電控箱。

儲(chǔ)水箱中的清水通過底部聯(lián)通球閥送入隔膜泵入口，電機(jī)帶動(dòng)隔膜泵將清水增壓，出口設(shè)置調(diào)壓閥，根據(jù)不同需要將水壓調(diào)至 1.5～2.4MPa，增壓后的水通過軟管深入到液位計(jì)內(nèi)部通過噴嘴噴出。

2.2 功能設(shè)計(jì)

①水箱存儲(chǔ)足夠清洗 2～3個(gè)液位計(jì)的水量，作業(yè)前將水箱灌滿，底部設(shè)一個(gè)排放口，用于停用設(shè)備時(shí)將水箱底部水排掉。

②隔膜泵與電機(jī)通過聯(lián)軸器相連接，通過 1個(gè)1/2″(12.7mm)NPT螺紋接口與水箱連接，以及 1個(gè)3/8″(9.525mm)NPT螺紋接口與軟管連接。

③清洗車底部安裝4個(gè)萬向輪，便于移動(dòng)。

④清洗磁浮子液位計(jì)時(shí)，首先將實(shí)心錐噴嘴安裝在軟管上，通過液位計(jì)上法蘭的排放口將軟管插入到浮筒內(nèi)部，液位計(jì)下方放置桶用來收集污水。啟動(dòng)電機(jī)同時(shí)將軟管向下送管，對(duì)浮筒內(nèi)壁進(jìn)行沖洗。浮筒內(nèi)壁清洗完成后，更換窄角噴嘴，再次將軟管送入浮筒，對(duì)下放浮子進(jìn)行沖洗(圖2)。

圖2 磁浮子液位計(jì)清洗示意圖Fig.2 Schematic diagram of cleaning magnetic floatlevel gauge

清洗射頻導(dǎo)納液位計(jì)時(shí)，首先將實(shí)心錐噴嘴安裝在軟管上，拆卸液位計(jì)的上法蘭并將液位計(jì)提起來一些，液位計(jì)下方放置桶用來收集污水。啟動(dòng)電機(jī)同時(shí)將軟管向下送管對(duì)浮筒內(nèi)壁以及射頻導(dǎo)納探桿進(jìn)行沖洗(圖3)。

圖3 射頻導(dǎo)納液位計(jì)清洗示意圖Fig.3 Schematic diagram of cleaning radio-frequency admittance level gauge

2.3 電控箱設(shè)計(jì)

電機(jī)采用380VAC 3項(xiàng)供電設(shè)計(jì)，設(shè)有空間加熱器。控制回路采用 220V供電設(shè)計(jì)，控制箱上有一個(gè)啟動(dòng)按鈕和一個(gè)停止按鈕，并有供電狀態(tài)指示燈以及電機(jī)啟動(dòng)指示燈，電路具有短路保護(hù)和過流保護(hù)功能(圖4、圖5)。

圖4 控制回路電路圖Fig.4 Schematic diagram of process modification

圖5 電控箱設(shè)計(jì)圖Fig.5 Diagram of electric control box design

2.4 制作過程

①底座加工焊接。使用 40mm×5mm 角鋼焊接成底座，并根據(jù)軟管和泵的安裝位置，預(yù)留好相應(yīng)的固定螺栓孔。

②儲(chǔ)水箱加工焊接。儲(chǔ)水箱由5mm碳鋼板切割并焊接而成，制作成 L型，下方給隔膜泵撬預(yù)留出足夠的空間，用于泵撬安裝以及電纜接線。

③隔膜泵、軟管組裝。將電機(jī)和隔膜泵通過聯(lián)軸器組裝成泵撬，并將泵撬與底座通過螺栓進(jìn)行連接。隔膜泵吸入口與水箱底部通過1/2″(12.7mm)NPT接口聯(lián)通，水箱設(shè)一個(gè)排水閥用于將水箱底部污水排空，隔膜泵出口連接軟管。

④電控箱制作安裝。在控制箱頂部打孔，作為動(dòng)力和控制電纜進(jìn)出線孔；電控箱正面安裝了2個(gè)按鈕用于啟停，以及2個(gè)狀態(tài)燈用于檢測(cè)供電情況和電機(jī)啟停情況；按照控制回路圖制作電控箱背板，固定在電控箱內(nèi)部。

⑤噴頭選型。對(duì)常用的幾種類型噴嘴分別測(cè)試，考慮噴射角度、噴射力度、使用水量等因素，最終選用窄角噴嘴和通用型噴嘴2種。

⑥外觀刷漆。對(duì)小車各個(gè)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一進(jìn)行刷漆，以減小潮濕環(huán)境對(duì)于小車的腐蝕。

3 使用效果

3.1 使用測(cè)試

小車制作完畢后，將水箱灌滿清水，電控箱連接電源進(jìn)行起泵測(cè)試。噴射出的水霧力度足夠，角度適中，水平噴射距離能達(dá)到 6～7m，且使用水量較小，連續(xù)沖洗時(shí)間能達(dá)到10min以上，足夠清洗2～3臺(tái)液位計(jì)。

3.2 磁浮子液位計(jì)

磁浮子液位計(jì)在以傳統(tǒng)方法清洗時(shí)，往往通過爬梯從液位計(jì)頂部放空口用清水對(duì)浮筒內(nèi)壁和浮子進(jìn)行沖洗，對(duì)于原油等較為粘稠的介質(zhì)，為了提高清洗效果，往往還需要拆卸浮筒下法蘭，單獨(dú)對(duì)于磁浮子進(jìn)行清潔。高空作業(yè)、操作空間有限等問題導(dǎo)致清洗難度加大、所耗時(shí)長較多、風(fēng)險(xiǎn)較高。通過使用液位計(jì)清洗小車，較好改善了上述問題，效果對(duì)比如表2所示。

表2 磁浮子液位計(jì)清洗效果對(duì)比Tab.2 Comparison of cleaning effect of magnetic float level gauge

3.3 射頻導(dǎo)納液位計(jì)

射頻導(dǎo)納液位計(jì)為插入式液位計(jì)，理想情況是拆卸上法蘭，并將液位計(jì)表頭連通探桿盡可能提升起來，利用抹布對(duì)探桿進(jìn)行清潔，可以對(duì)傳感器徹底清潔。但實(shí)際情況下，由于壓力容器安裝位置較高，加上甲板層高原因，難以將探桿完全提出來，直接使用抹布只能對(duì)探桿很小一部分進(jìn)行清潔，下放大部分長度是無法直接清潔的，仍然需要通過灌液的方式進(jìn)行清洗。上方?jīng)]有排氣裝置，無法通過放空口直接進(jìn)行灌液清洗，與磁浮子液位計(jì)面臨一樣的問題。通過液位計(jì)清洗小車對(duì)其進(jìn)行清洗后，克服了這一難題，效果對(duì)比如表3所示。

表3 射頻導(dǎo)納液位計(jì)清洗效果對(duì)比Tab.3 Comparison of cleaning effect of RF admittance level gauge

3.4 效果驗(yàn)證

液位計(jì)清洗小車現(xiàn)場(chǎng)投用后，與傳統(tǒng)清洗方式相比，無論是清洗效果還是工作效率都有了顯著提高，而且維修人員無需攜帶水桶反復(fù)登上爬梯，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)也大為降低。

3.5 改進(jìn)空間

①因隔膜泵選型排量和揚(yáng)程較低，實(shí)測(cè)出口壓力為 1MPa左右，對(duì)于 2m 以上量程的液位計(jì)下部清潔效果未達(dá)到預(yù)期，后期可考慮換用更大排量和揚(yáng)程的隔膜泵。

②對(duì)于粘稠介質(zhì)附著的液位計(jì)，只用水進(jìn)行清洗效果不佳，后期考慮在原水箱基礎(chǔ)上改造，單獨(dú)隔離一個(gè)腔室與泵吸入口聯(lián)通，可以加入清洗液與水箱水進(jìn)行混合后清洗，或是加入柴油進(jìn)行預(yù)洗。

③冬季受環(huán)境氣溫影響，一旦管線、泵體結(jié)冰，可能導(dǎo)致小車損壞，使用后必須立即對(duì)管線和泵體進(jìn)行吹掃，為此考慮管線上增加吹掃接入口，便于使用壓縮空氣吹掃。

4 經(jīng)濟(jì)性

此次改造工作均由平臺(tái)儀表專業(yè)自主設(shè)計(jì)并實(shí)施，電動(dòng)隔膜泵、自盤繩軟管、噴嘴通過自主選型采購，水箱和車體利用平臺(tái)現(xiàn)有鋼板等物料焊接加工制成，估算整體制作成本38000元左右。如果實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)整體成本至少能壓縮到20000元以內(nèi)。

就長遠(yuǎn)角度而言，此設(shè)備的應(yīng)用可顯著提高工作效率，降低維修人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，也為采油平臺(tái)安全生產(chǎn)提供了有力保障。

5 總 結(jié)

經(jīng)過一年多的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用，該液位計(jì)清洗小車使用方法簡單、操作便捷、制作難度較低，現(xiàn)場(chǎng)使用穩(wěn)定可靠，測(cè)試效果良好，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的各種要求。

隨著海上采油平臺(tái)的數(shù)量不斷增多，規(guī)模不斷增大，如何確保流程/設(shè)備的本體安全尤為重要，務(wù)必使其更加安全可靠。此液位計(jì)清洗小車的研制，完全自主設(shè)計(jì)完成，通過構(gòu)思、資料查詢及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，讓維修人員對(duì)創(chuàng)新的理解及工效的提升有了更清晰的認(rèn)識(shí)。通過對(duì)油氣田各處液位計(jì)進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，驗(yàn)證了液位計(jì)清洗小車清洗效果的可靠性，規(guī)避了部分傳統(tǒng)操作方法帶來的風(fēng)險(xiǎn)。該設(shè)備可向整個(gè)海上油氣田以及各個(gè)化工企業(yè)進(jìn)行推廣使用。