簡述200呎自升式鉆井平臺的吹氣式液位測量裝置

苗乃貴，張東亮，高建梅，潘銳，孫乃亮

1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

2.渤海石油通訊有限責任公司，天津 300452

0 引言

測量液位的方法不斷更新，但在測量具有腐蝕性、高粘度或含有懸浮顆粒的液體的液位時，通常采用吹氣式液位計的測量方法。200呎鉆井平臺項目中，壓載艙中的監(jiān)測對象為海水，具有腐蝕性。在以往的應(yīng)用中，液位計的導(dǎo)壓管，經(jīng)常會出現(xiàn)堵塞和腐蝕現(xiàn)象，本文也將簡單介紹導(dǎo)壓管的防堵、防腐措施。

1 裝置簡介

200呎鉆井平臺液位遙測系統(tǒng)有三種測量液位裝置（或設(shè)備）：吹氣式液位測量裝置、超聲波傳感器、雷達傳感器。不同的測量裝置用在不同的區(qū)域。吹氣式液位計測量裝置（見圖1）由截止閥、調(diào)壓過濾器、恒流閥、壓力變送器、檢修閥、導(dǎo)壓管組成。本裝置將測得的壓力經(jīng)壓/電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為4mA～20mA的電流信號，顯示機構(gòu)根據(jù)參數(shù)設(shè)定計算出艙室液位、體積、重量并顯示。

2 測量原理及工作過程

2.1 測量原理

鉆井平臺在壓載卸載時，艙室是一個開放式的容器。測量液位時，吹氣式液位計的原理如圖1。壓縮空氣經(jīng)過濾器和調(diào)壓閥后，再經(jīng)恒流閥輸出，最后壓縮空氣由安裝在艙室底部的導(dǎo)壓管下端敞口處逸出。當導(dǎo)壓管下端有微量氣泡（每分鐘大約50-60個氣泡）逸出時，導(dǎo)壓管內(nèi)的氣壓幾乎與艙室內(nèi)液體的液位產(chǎn)生的靜壓相等(即圖1中距水平面h高度處)，因此壓力變送器4所指示的壓力數(shù)值即可反映出液位的高度。其關(guān)系式為：

式中，h為實際液位到最低液位的距離（最低液位為圖中ho）； P為容器內(nèi)取壓平面的靜壓；ρ 為被測液位的密度；g為重力加速度。

圖1 液位計測量裝置工作原理

2.2 工作過程

系統(tǒng)的氣源是平臺提供的壓縮空氣，供給壓力0.7MPa，經(jīng)過系統(tǒng)過濾調(diào)壓后輸出壓力為0.15MPa～0.20MPa。系統(tǒng)安全閥0.32MPa。減壓后的壓縮空氣通過管線分配給各個艙室，靜壓傳感器實時測量管線內(nèi)氣體的壓力變化。靜壓傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過PLC處理后，在系統(tǒng)顯示器上顯示為艙室的液位、體積及重量。

2.3 誤差處理

壓力變送器測得的壓力為圖1中h處液位的靜壓力，而實際液位高度H = h + ho，式中h0為最低液位高度，即導(dǎo)壓管管口距艙底的高度，約20mm，本系統(tǒng)可忽略不計。若其他應(yīng)用中精度要求較高的，則應(yīng)將此液位高度計算在內(nèi)。

2.4 密度修正

當介質(zhì)密度產(chǎn)生變化，或因溫度變化而引起密度變化時，可用長短不一的兩根導(dǎo)壓管，測量不同液位的壓力，求得壓力差，從而可以通過公式ΔP=ρgΔh來計算液體的密度ρ?？紤]到本系統(tǒng)的精度要求不是很高、介質(zhì)單一，密度變化不大等因素，可通過主甲板測深孔的實際液位讀數(shù)，與液位計顯示的液位讀數(shù)進行比較，從而可以修正密度，即ρ=P/gh 。

2.5 壓力變送器的主要技術(shù)參數(shù)

量程 ：0Bar～2.5Bar；

準確度：0.25；

輸出：4mA～20Ma；

電源：9VDC～36VDC；

工作溫度：25℃。

3 防止導(dǎo)壓管堵塞的措施

3.1 導(dǎo)壓管底部的改造

在導(dǎo)壓管底部開“V”形口，空氣出來時呈穩(wěn)定的小氣泡而不是容易引起測量誤差的斷續(xù)的大氣泡，這樣懸浮顆粒等進入吹氣管底部管壁內(nèi)的機會減少，吹氣管堵塞的次數(shù)也大大減少?！癡”形口的開口角度為60°，斜口高度為1.6mm。在實際應(yīng)用中，為了便于施工，也可將倒壓管的下端切成斜口，只要有穩(wěn)定的小氣泡均勻吹出即可。

3.2 導(dǎo)壓管頂部的改造

當壓載水艙進行壓載和卸載的時候，懸浮顆粒最有可能在吹氣管的底部聚積，吹氣管有可能被完全堵死，我們在吹氣管穿艙的頂部增加一帶消除堵塞的檢修閥。出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象后，拆開檢修閥，將一棒狀物插入檢修閥下端的導(dǎo)壓管中消堵。

4 防腐措施

4.1 導(dǎo)壓管的防腐措施

吹氣式液位計與海水不直接接觸，只有導(dǎo)壓管需要浸泡在海水中，所以，只要做到導(dǎo)壓管防腐就可以了。導(dǎo)壓管的材質(zhì)采用海軍黃銅來制作吹氣管線、接頭及連接件。海軍銅管由銅、鋁、鐵、鋅、砷、鉛等化學成分組成，實驗證明海水系統(tǒng)采用銅及銅合金制造，其優(yōu)點是耐海水腐蝕和抗污損能力強，維修次數(shù)少，全 壽命成本低，可靠性高，因此在船舶等行業(yè)得到了日益廣泛的應(yīng)用。

4.2 壓力變送器的防腐措施

為了防止導(dǎo)壓管內(nèi)的海水倒流，破壞壓力變送器等其他元器件，在導(dǎo)壓管的盡頭，靠近壓力變送器處，有個節(jié)流閥。

5 結(jié)論

吹氣式液位測量用在敞口容器且液體密度相對穩(wěn)定的場合非常適合，較超聲波和雷達傳感器具有成本低維護方便等優(yōu)點；較傳統(tǒng)的浮子式測量液位的方法，具有運行穩(wěn)定，故障率低，測量準確，能遠程監(jiān)控等優(yōu)點。