液位的測量與控制是工業生產中國項重要工作，無論是在化工，醫藥，供水等行業，液位都是一個重要物理量，在油氣儲運領域，液位也是需要重點監控的參數之一，本文介紹的是西氣東輸工程中壓縮機運行對于液位如何通過差壓液位變送器來進行監測與控制的。
差壓液位變送器是一種在壓縮機組中應用更為廣泛的一種液位測量儀表。以西氣東輸沁水壓氣站壓縮機組為例，自機組投產以來,沁水壓氣站因差壓液位變送器故障造成數次機組停機,為徹底解決這個長期困擾生產中問題，相關的技術運維人員在基于差壓液位變送器的工作原理及其與運行機組之間的邏輯關系基礎上，對差壓液位變送器的運行故障和問題進行分析，并提出了排除故障和解決問題的方法：對于不帶密封罐的液位計，使用礦物油替換旋風分離器下腔內含有水分的輕烴。可避免冬季在引壓管內出現結冰現象，保證液位計的測量準確性；對于帶密封罐的液位計，確保密封罐內合成油的液位高度，及時向其內加注合成油，即可解決液位計低報警的問題。運行人員通過分析,最終排除了故障,積累了差壓式液位變送器運行維護方面的經驗。
1.壓縮機組液位計工作原理
GE機組共有5個差壓液位變送器,分別為燃料氣橇旋風分離器上腔液位計LT203、下腔液位計LT202A/B/C和合成油箱液位計LIT125。這些差壓液位變送器;根據結構特點可分為不帶密封罐(SealPot)和帶密封罐兩類,其工作原理有所區別。
1.1不帶密封罐的液位計
旋風分離器液位計LT202和LT203屬于不帶密封罐類。液位計有2個取壓口,分別連接氣相端(低壓側)和液相端(高壓側)。低壓側壓力pL等于氣相壓力,高壓側壓力p
H等于氣相和液相壓力之和,所以液位計兩側差壓dp就是液相壓力p。根據壓強公式p=ρgh,可以計算出液位高度h(圖1)。
差壓式液位變送器
1.2帶密封罐的液位計
合成油箱液位計LIT125屬于帶密封罐類。此類液位計安裝時增加了密封罐部件(圖2)。
差壓式液位變送器
合成油箱內的油溫一般在49℃左右,遠高于廠房內的溫度,熱油氣在進入引壓管后,油氣中的合成油會在引壓管中凝結。當采用不帶密封罐的液位計時,液位計氣相端凝結合成油的聚集會造成差壓變送器兩側差壓減小,導致液位測量值偏低。當采用帶密封罐的液位計時,這個問題可得到較高好的解決。
該液位計的液位測算原理為:
差壓式液位變送器公式
式中:h為合成油液位高度,m;H為合成油箱高度,m;p
h為液位計高壓側引壓管壓力,Pa;p1為液位計低壓側引壓管壓力,Pa。
這類液位計也有兩個取壓口,分別連接油箱液相端(低壓側)和密封罐端(高壓側)。投運前,首先關閉1號針閥、2號針閥和3號閘閥,從加油口向密封罐內加注干凈的合成油,直到合成油剛好可以從3號閘閥流入油箱為止。蓋上加油口,打開1號針閥、2號針閥和3號閘閥,LIT125即可正常投運。
2.液位計與機組運行之間的邏輯關系
燃料氣橇旋風分離器上腔液位計LT203的控制邏輯為:當液位值大于***設定值時,產生***報警;若排污不及時,液位繼續升高,產生******報警并停機。燃料氣橇旋風分離器下腔液位計LT202為***組變送器,包括LT202A、LT202B和LT202C,機組控制系統取3個液位值的中間值作為控制參數。控制邏輯為:當液位值超過(低于)***(低)設定值時,產生***(低)報警,若排污(加油)不及時,液位繼續升高(降低),產生******(低低)報警并停機;當3個液位計中的任意兩個發生故障時,機組停機;當3個值中的任意兩個值與機組所取控制值的差值大于5%時,機組停機。
合成油箱液位計LIT125的控制邏輯為:當液位值大于***設定值時,產生***報警;當液位值小于低設定值時,產生低報警。
3.故障和處理
沁水壓氣站壓縮機組自投運以來,主要遇到兩個方面的問題:***是不帶密封罐的液位計LT202的兩個故障,造成機組停機4次;二是帶密封罐的液位計LIT125一直低報警,但通過油箱上的玻璃液位計觀察到的液位卻處于正常位置。
3.1不帶密封罐的液位計故障處理
GE機組燃料氣橇的旋風分離器分為上、下腔。燃料氣內析出的輕烴存儲在上腔內,下腔內也需要一定量的輕烴用于過濾沉淀燃料氣中顆粒較高大的雜質。機組投運初期,旋風分離器下腔灌裝的是站場天然氣管道中析出的輕烴,該輕烴內含有水分,冬季為了消除水分在引壓管內結冰對液位計測量準確性的影響,運行人員將下腔內的輕烴換成了與其性質相似的礦物油。更換成礦物油后,需要對旋風分離器進行充壓,此時必須控制氣流緩慢進入旋風分離器下腔,以一下腔內的礦物油被高速氣流卷入機組燃料室造成事故。充壓結束后,對液位計和引壓管進行排污,將液位計兩側的引壓管分別與大氣連通,再用手操器對所有液位計的特點進行校正。
經過上述處理,沁水壓氣站***今未因LT202故障而導致機組停機。但在日常巡檢中發現,液位計特點在運行高段時間后會出現較高小的偏移,此時***以隨意按動差壓液位計變送器上的歸按鈕,而應等待停機檢修時進行處理。
3.2帶密封罐的液位計故障處理
檢查發現,合成油箱液位計的低報警是密封罐內合成油液位偏低造成的,向密封罐內加注合成油后,故障即消除。
密封罐內合成油的凝聚速度與合成油箱的工作溫度、壓力及環境溫度有關。合成油箱的工作溫度和壓力基本恒定,廠房溫度越低,合成油在密封罐內凝聚的速度越快,液位計在密封罐端的壓力ph穩定的時間越長;反之,廠房溫度越***,合成油在密封罐內凝聚的速度越慢,甚至可能出現密封罐內合成油蒸發問題,造成密封罐欠油,液位計的測量誤差較高大。因此,廠房溫度較高高時,應在每次停機后對密封罐內的合成油液位進行檢查,發現不足及時補充。
根據此類液位計的工作原理,其量程的下限值必須大于上限值。以沁水壓氣站為例,LIT125的設定值為:LRV(量程下限)=4100Pa,URV(量程上限)=0Pa。綜上所述,為了使差壓液位變送器始終處于良好的工作狀態,減少停機事故,壓氣站現場運行人員在日常巡檢和維護保養中應做好以下工作:對機組進行維護保養時,所有差壓液位變送器的引壓管均需進行排污處理,并重新校正液位計的特點;在夏季高溫時節,加強對密封罐內油位的檢查管理,發現罐內液位不足及時補充合成油;決定差壓式液位變送器測量準確性的關鍵是建立穩定的壓力系統,在日常巡檢中要重點檢查液位計的引壓管系統是否存在滲漏,***旦發現滲漏應及時處理。