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海洋石油平台雷达液位计跳变故障分析研究

作者: 来源: 发布时间:2022-02-23 16:51:06

 摘要 :微波雷达液位计可以用于液体的连续性物位测量,并且不直接接触被测液体,具有测量精度高、不受过程条件影响的优点,在海洋石油平台广泛应用 [1]。但海洋石油 162 平台投产以来,微波型雷达液位计频繁跳变导致舱室液位显示异常,对现场生产造成极大的影响。本文从海洋石油 162 平台生产实践,通过理论分析与试验进行故障处理,降低了雷达液位计跳变频次。

 
引言
雷达液位计通过天线将微波脉冲发射到待测液位的表面,通过液体表面反射后被雷达天线接收,通过计算微波脉冲信号发射到接收的时间计算雷达到液体表面的距离。因为无需与待测液体接触,测量结果不受波动的介质性能影响,也不受到过程条件变换影响,所以在海洋石油平台也广泛应用。海洋石油 162 平台共有 5 个原油舱,2 个污油水舱,为监测舱室液位为每个舱室各配备一台 VEGAPLUS 61 型微波雷达液位计,用于监测油舱原油液位。
 
2017 年投产至今,微波雷达液位计在试用期间频繁跳变对现场生产带来困扰,具体表现为跳变至 4 400 mm 造成生产流程关断,跳变至 0 mm 造成外输泵关断以及中间随机区域,为了解决这一问题,平台设备管理人员从雷达液位计安装位置、参数配置等方面逐一对其检测,并详细阐述了海洋石油 162 平台雷达液位计故障原因分析与处理办法。
 
1、雷达液位计历次故障原因分析研究
1.1 电源供电不足导致液位测量值跳变
在 2017 年平台建造调试阶段,污油水舱微波雷达液位计在液位高于 3 800 mm 时会频繁跳变至 0 mm 导致四级生产单元关停。经过现场检查雷达液位变送器处供电电压仅为 9.5 V,低于雷达液位变送器工作电源电压。通过进一步查找故障原因时发现高液位时,电源供电处电压为 23.7 V,经过安全栅输出后降为 9.7 V,因此判断为安全栅故障导致变送器。更换安全栅后电压恢复正常,在测试中舱室雷达液位计消除该故障现象。
 
1.2 密闭金属罩导致液位测量值跳变
2018 年 1 月在渤海某油田生产过程中,左原油舱一微波雷达液位计在 3 000 mm 时多次跳变至满量程4 400 mm 引起三级生产关停。经过现场检查测试得到以下结论 :
金属保护罩示意图
为了保护雷达液位计,在船厂建造期间使用密闭金属罩将传感器本体盖住,如图 1 所示。在测试过程中通过 VEGA PACTware 连接雷达液位变送器发现密闭金属罩会导致在整体测量范围出现较多的虚假信号,整体噪声线上升,如图 2 所示。当把密闭金属罩上方罩盖打开后,虚假信号消失,整体噪声线下降,回波曲线如图 3所示。经过分析判断密闭金属罩为该次产生虚假信号的主要原因。进一步分析研究,该型号雷达液位计是塑料天线 [1],经天线发出的雷达波泄露到外界环境,使用密闭的金属罩将仪表覆盖,泄露的雷达波信号将会在罩内多次反射后被天线接收从而产生虚假液位。因此后期将金属保护罩改造为环形不密封保护罩如图 4 所示,雷达液位计跳变情况明显减少。
密闭金属罩导致虚假信号回波打开密闭金属罩后虚假信号消失现场改造后金属保护罩
1.3 天线上冷凝水导致液位测量值跳变
为保证原油流动性,海洋石油平台通常使用热介质油加热管线对原油进行加热,保证原油在一定温度范围内贮藏。由于下舱原油均存在少量含水,因此在静置后舱底会沉降出部分底水,在持续加热过程中蒸发出水蒸气,在油舱顶部天线上水蒸汽冷凝形成液滴造成顶部强烈的虚假信号。因此采取在 0~0.25 m 范围内对虚假信号抑制,设置为 120 dB 抑制线避免顶部水汽冷凝引起虚假信号导致液位跳变。针对该情况,经过现场分析研究测试后分别制定以下措施 :做好前期脱水处理工作,下舱原油含水控制在 0.5% 以下 ;控制原油舱加热温度,使舱内原油小于 65 ℃ ;以及雷达液位计外侧使用保温材料包覆等。通过上述措施,消除了雷达液位计天线处形成冷凝水导致出现液位计跳变现象。
 
1.4 雷达液位计进液导致故障
在某次检修过程中发现某原油舱雷达液位计表壳内进液,电子部件受潮导致雷达液位计出现故障 F013 代码。经过现场排查后发现雷达液位计安装螺纹处存在渗漏,使舱内的水汽进入到外界环境中并渗入仪器表壳,导致电子部件受潮,液位信号衰弱。因此,分别对各雷达液位计螺纹进行紧固,将表壳内部与电子部件进行清洁,调高雷达液位计测量灵敏度,并在日常维保检查过程中着重关注其密封性,保证其密封良好,安装测试后消除此故障。
 
2、雷达液位计维保注意事项
雷达液位计本体无维修器件,因此在维修以及例行保养期间应该注意以下事项。
(1)应该检查仪表表壳的密封性以及接线引入口密封,防止仪表进水 [2]。 
(2)注意检查仪表外壳,防止存在机械损伤导致防爆性能下降,以及水汽渗入导致电子部件不可靠。
(3)注意检查雷达液位变送器时,避免带电拆、接线,避免短路的同时,也可以提高电子部件的使用寿命。
(4)注意防晒,避免因阳光直射导致仪表温度过高,影响仪表使用寿命。
 
3 结语
海洋石油 162 平台微波雷达液位计在日常使用中多次出现跳变的原因都有所不同,为了使雷达液位计能够更加稳定的工作,平台维保人员对其工作所处环境、内部参数、工作状态都做出一一分析,通过切割外部金属保护壳,更换电源模块,调整内部参数,设置抑制曲线等方式抑制雷达液位计跳变,保证雷达液位计高效、可靠的运行。

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