于冠男

大慶油田有限責(zé)任公司技術(shù)監(jiān)督中心油氣水計(jì)量檢定站

油田和化工裝置中的各種計(jì)量儀表，有很多控制參數(shù)，主要包括壓力、溫度、物位、流量和分析參數(shù)，可以看出物位是一項(xiàng)很重要的參數(shù)。物位的準(zhǔn)確性直接涉及控制流程和工藝流程的指標(biāo)、生產(chǎn)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。物位主要分為介質(zhì)的液位、固體或顆粒的料位。液位計(jì)在油田計(jì)量檢測(cè)中使用的非常廣泛，有射頻導(dǎo)納、電容、電導(dǎo)、磁浮子、翻板、超聲、雷達(dá)等多種測(cè)量方式。液位測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接影響生產(chǎn)安全及貿(mào)易結(jié)算，因此現(xiàn)場液位計(jì)量[1]的準(zhǔn)確性非常重要。根據(jù)多年的現(xiàn)場檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合大慶油田、華北油田、新疆塔中油田以及國外液位計(jì)的現(xiàn)場檢測(cè)，簡要論述現(xiàn)場液位計(jì)的檢測(cè)情況。

1 保證現(xiàn)場檢測(cè)安全

在現(xiàn)場液位計(jì)檢測(cè)[2]時(shí)，測(cè)量液位計(jì)的輸出信號(hào)時(shí)存在以下幾種安全隱患：如果產(chǎn)能站流程出現(xiàn)問題，水罐會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)氣體；如果檢測(cè)油罐液位，油罐頂部必然存在揮發(fā)性可燃?xì)怏w，檢測(cè)液位計(jì)輸出信號(hào)時(shí)，如果不小心短路，會(huì)有燃爆的危險(xiǎn)；在春夏季也會(huì)存在雷擊的可能性，引起液位計(jì)大電流、電壓的通過，這樣也就存在一定的安全隱患。為防止上述情況發(fā)生，采取了一些措施。

（1）在測(cè)量回路中加裝安全柵?，F(xiàn)場液位計(jì)信號(hào)檢測(cè)時(shí)，即使發(fā)生短路現(xiàn)象，電流也會(huì)因?yàn)榛芈分屑友b了安全柵[3]，使回路中的電流限流[4]在安全火花等級(jí)36 mA的范圍之內(nèi)，不會(huì)發(fā)生爆炸事故，確保檢測(cè)人員的安全和生產(chǎn)運(yùn)行的安全。安全柵安裝在控制室的儀表柜中，按照液位計(jì)的種類加裝電流或者電阻信號(hào)的輸入式安全柵[5]。

（2）在回路中同時(shí)加裝信號(hào)防雷柵。為避免雷雨天氣對(duì)液位計(jì)產(chǎn)生損壞，在回路中同時(shí)加裝信號(hào)防雷柵[6]后，保證了液位計(jì)的平穩(wěn)運(yùn)行，也保證了產(chǎn)能站和化工裝置的安全。防雷柵在湖北門站、國內(nèi)多個(gè)油田以及國外油田廣泛應(yīng)用。防雷柵的安裝中接地是非常重要的，接地必須是有效接地或者是與電氣共地，接地之間不應(yīng)存在懸浮電壓。防雷柵安裝在控制室內(nèi)，根據(jù)需求加裝電源式防雷刪和信號(hào)式防雷柵[7]。電源式防雷柵根據(jù)種類分為380 V、220 V及24 V；信號(hào)防雷柵有電流信號(hào)、電阻信號(hào)、485信號(hào)幾種。防雷柵安裝后一定要做好有效的接地。

2 液位計(jì)檢測(cè)的準(zhǔn)確性

為了保證現(xiàn)場液位測(cè)量的準(zhǔn)確性，現(xiàn)場檢測(cè)人員必須經(jīng)驗(yàn)豐富，所用儀器是防爆儀器，用到的標(biāo)準(zhǔn)儀器至少包括信號(hào)發(fā)生器、油水界面檢測(cè)儀、激光測(cè)距儀、筆記本等，檢測(cè)時(shí)也需遵守用戶方相關(guān)安全要求。

2.1 現(xiàn)場信號(hào)的檢測(cè)

檢定前需確認(rèn)調(diào)整，首先要確認(rèn)液位計(jì)量程與控制室顯示儀表或控制計(jì)算機(jī)設(shè)定的量程是否一致。在現(xiàn)場檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)，有的顯示儀表或計(jì)算機(jī)與液位計(jì)量程不一致，還有的液位計(jì)更換后，顯示儀表與計(jì)算機(jī)沒有根據(jù)更換后的液位計(jì)修改量程設(shè)置。這兩種情況都會(huì)導(dǎo)致液位計(jì)顯示的實(shí)際液位值不準(zhǔn)。這時(shí)就需檢定人員利用信號(hào)發(fā)生器，通過液位計(jì)的信號(hào)線發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（4～20 mADC）給控制室顯示儀表或計(jì)算機(jī)[8]，來確認(rèn)兩者量程是否一致，以確保下一步檢測(cè)的準(zhǔn)確。

2.2 液位計(jì)安裝高度與罐高的確定

現(xiàn)場檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)有些大罐給定的高度與液位計(jì)安裝的實(shí)際高度不一致，這樣會(huì)使液位計(jì)檢測(cè)有誤差。利用激光測(cè)距儀檢測(cè)液位計(jì)安裝高度與給定的大罐液位高度是否一致?，F(xiàn)場安裝的油水界面儀實(shí)際指示的液位檢測(cè)高度情況見圖1，由公式（1）、公式（2）計(jì)算液位高度?，F(xiàn)場大罐液位計(jì)安裝見圖2，圖中H1為設(shè)計(jì)給定高度，m；H2為液位計(jì)安裝距罐平面距離，m；H為液位計(jì)實(shí)際高度，m。

圖1 現(xiàn)場安裝的油水界面儀實(shí)際指示的液位、界面示值Fig.1 Actual indicated liquid level and interface value of the oilwater interface instrument installed on site

圖2 大罐液位計(jì)安裝示意圖Fig.2 Installation diagram of large tank level gauge

式中：H為液位高度，m；H1為儀表安裝實(shí)際高度，m；H2為傳感器死區(qū)，m；H3為油水界面儀測(cè)得液位高度，m；H4為測(cè)得界面高度，m；H5為界面高度，m。

2.3 液位計(jì)死區(qū)的確認(rèn)

在現(xiàn)場檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)，由于液位計(jì)安裝的不統(tǒng)一，產(chǎn)生的死區(qū)也不確定，所以不能保證液位計(jì)死區(qū)確認(rèn)[9]的準(zhǔn)確性。如果統(tǒng)一的定性液位計(jì)的死區(qū)高度，會(huì)給液位計(jì)檢測(cè)和計(jì)算結(jié)果造成大誤差，影響液位計(jì)的測(cè)量結(jié)果，無法正確顯示液位計(jì)的指示高度，從而造成生產(chǎn)失控和安全隱患。

2.4 信號(hào)傳輸誤差

依據(jù)JJG 971—2019《液位計(jì)檢定規(guī)程》的5.2輸出值誤差的要求，具有信號(hào)輸出功能的液位計(jì)，輸出值最大準(zhǔn)許誤差應(yīng)不超過輸出量程的±c%FS′。其中c可以在0.05、0.1 0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5中選取，F(xiàn)S為液位輸出值的量程，單位為mA 或V。按照規(guī)程，利用信號(hào)發(fā)生器確認(rèn)控制室顯示儀表或計(jì)算機(jī)在接收標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)后引起的誤差是否在允許的范圍之內(nèi)。

2.5 數(shù)字量輸出信號(hào)的處理

利用信號(hào)線與轉(zhuǎn)換接頭連接筆記本，再使用數(shù)字量接收小軟件現(xiàn)場采集數(shù)字信號(hào)，檢查信號(hào)是否連續(xù)，是否有丟失的情況。在華北油田監(jiān)測(cè)數(shù)字量信號(hào)輸出時(shí)發(fā)現(xiàn)，控制室計(jì)算機(jī)非實(shí)時(shí)記錄實(shí)際液位值，一旦液位計(jì)發(fā)生問題后仍然記錄的是最后一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如果值班人員疏忽，未發(fā)現(xiàn)液位的變化，會(huì)造成生產(chǎn)或安全事故。同時(shí)，信號(hào)的接收阻尼時(shí)間不宜過長，否則將不能反映真實(shí)液位值的實(shí)時(shí)變化。

3 現(xiàn)場原始記錄及檢測(cè)條件

（1）依據(jù)JJG 971—2019《液位計(jì)檢定規(guī)程》的附件，A液位計(jì)檢定記錄后形成現(xiàn)場原始記錄[10]（圖3）。

由圖3可知，將實(shí)際測(cè)量的死區(qū)液位值加上儀表信號(hào)輸出值換算得來的液位值與給定的數(shù)值進(jìn)行比較，可得出實(shí)測(cè)液位的誤差值，根據(jù)所得誤差值進(jìn)行不確定度的評(píng)定，給出校準(zhǔn)評(píng)定報(bào)告或是檢測(cè)報(bào)告。在換算誤差值時(shí)一定要考慮此標(biāo)準(zhǔn)2.2 中陳述的因素，盡可能地復(fù)現(xiàn)實(shí)際液位值，避免大誤差，為生產(chǎn)提供更好的服務(wù)，保證生產(chǎn)和設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行，為計(jì)量和貿(mào)易結(jié)算提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)。

圖3 現(xiàn)場原始數(shù)據(jù)記錄Fig.3 On-site original data record

（2）依據(jù)JJG 971—2019《液位計(jì)檢定規(guī)程》中7.1.2 環(huán)境的要求，不允許雨雪條件下檢測(cè)，也不要在大罐快速進(jìn)液或快速輸出液體情況下測(cè)量，同時(shí)大罐內(nèi)液體應(yīng)控制在一定溫度，溫度過低時(shí)液體有凝固層的情況下檢測(cè)會(huì)不準(zhǔn)確，尤其是油水混合的液位檢測(cè)數(shù)值影響會(huì)更大。現(xiàn)有的油水界面檢測(cè)設(shè)備傳感器部分很多都沒有加熱功能，在實(shí)際測(cè)量過程中會(huì)對(duì)傳感器表面產(chǎn)生粘貼介質(zhì)，對(duì)液位計(jì)顯示的結(jié)果造成影響，也會(huì)對(duì)液位計(jì)的使用壽命造成影響。在此基礎(chǔ)上研發(fā)傳感器加熱功能對(duì)現(xiàn)場的液位測(cè)量將會(huì)起到很大的作用，并保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

通過罐高、死區(qū)、輸出信號(hào)值、界面、儀表的配備、安裝高度等多個(gè)參數(shù)的實(shí)測(cè)，利用數(shù)學(xué)模型公式綜合運(yùn)算后，盡可能復(fù)現(xiàn)真實(shí)液位值，從而保證了液位計(jì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和有效性。準(zhǔn)確的復(fù)現(xiàn)液位計(jì)的真實(shí)示值，不但有利于值班人員的實(shí)際操作，有效的控制生產(chǎn)，而且有利于相關(guān)管理人員第一時(shí)間監(jiān)控液位參數(shù)，進(jìn)行集中管理，這樣才能保證生產(chǎn)的安全可靠，也能為實(shí)現(xiàn)智慧油田提供堅(jiān)實(shí)可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。