浮式液化天然气装置液位计选型方案探讨.pdf

第 4 9卷第 2 期 2 0 1 3 年 4 月 石油化工自动化 AUT0M ATI ON I N P ETR _ CHEMI C AL I NDUS TRY Vo 1 ． 4 9，No ． 2 Ap r i 1 。2 0 1 3 浮式液化天然气装置液位计选型方案探讨 刘秀琴 ， 许凯 ， 张道光 海工英 派尔工 程有限公司 ， 山东 青 岛 2 6 6 0 6 1 摘 要 浮式液化天然气装置 L N GF P S O 设备内介质处于周期性或无规律的晃动状态， 造成波动的假液面， 给液位测量和工艺 过程控制带来很大影响 。根据几种常用液位计的测量原理和特点 ， 探 讨晃动状 态下其适应性 和局 限性 ， 提 出了液位计选型设 计 方案； 分析认为几种常用液位计在 L N G F P S O容器内液面晃动环境中使用时， 通过采取液位计保护装置等防晃动措施， 可起到 缓冲、 延迟波浪影响的作用， 减小或消除液面晃动影响， 从而提高液位测量和工艺过程控制的稳定性和安全性。 关键词 浮式液化天然气装置晃动液位测量选型保护措施 中图分类号 T H8 1 6 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 1 3 0 2 0 0 1 7 0 3 Di s c u s s i o n o n De s i g n S c h e me s o f Le v e l Tr a n s m i t t e r S e l e c t i o n i n LNG FPS O Li u Xi u q i n，Xu Ka i ，Z h a n g Da o g u a n g C o o e c E n p a l E n g i n e e r i n g C o ． L t d ． ， Qi n g d a o ，2 6 6 0 6 1 ，C h i n a Ab s t r a c t Th e me d i u m i n t h e d e v i c e o f L NG F PS O i s s l o s h i n g p e r i o d i c a l l y o r i r r e g u l a r l y ．Th i s c a u s e s f a l s e l i q u i d s u r f a c e a n d h a s a g r e a t i n f l u e n c e o n l e v e l me a s u r e me n t a n d p r o c e s s c o n t r o 1 ． B a s e d o n t h e me a s u r i n g p r i n c i p l e a n d c h a r a c t e r s o f s e v e r a l c o mmo n l e v e l t r a n s mi t t e r s ， a d a p t a b i l i t y a n d l i mi t a t i o n s o f t h e s e t r a n s mi t t e r s u n d e r s l o s h i n g s t a t e a r e d i s c u s s e d。a n d s e v e r a l d e s i g n s c h e me s o f l e v e l t r a n s mi t t e r s e l e c t i o n a r e p r o p o s e d ．Th e wa v e e f f e c t wi l l b e b u f f e r e d a n d d e l a y e d，a n d t h e s l o s h i n g i n f l u e n c e wi l l b e r e d u c e d o r e l i mi n a t e d f o r l e v e l t r a n s mi t t e r s u s e d i n L NG F PS O b y s l o s h i n g - p r o o f me a s u r e me n t o f p r o t e c t i o n d e v i c e a n d S O o n ． Th e r e f o r e i t e n a b l e s t o i mp r o v e t h e s t a b i l i t y a n d s a f e t y o f l e v e l me a s u r e me n t a n d p r o c e s s c o n t r o 1 ． Ke y wo r d s LNG FP S O；s l o s h i n g；l e v e l me a s u r e me n t ；s e l e c t i o n；p r o t e c t i o n me a s u r e 液化天然气 L NG 作为一种清洁 、 高效 的能 源越来越受到各个国家的青睐。随着全球天然 气勘探 与开 发 的逐 渐 深 入 ， 越 来越 多 的深 海气 田、 中小型边际气 田及伴生气 田被发现。浮式液 化天然气装置 L NG F P S O 集天 然气 的净化 、 液 化 、 储存 、 装卸 和外运为一体 ， 可根据 海上天然气 田的生产状况灵活配置 ， 是一种新型 海上气 田开 发技术 l 1 吒 ] 。 L NG F P S O容器内的液面 随着船体摇摆和晃 动 ， 给液位测量和控制带来 困难 ， 甚至影响装置的 正常操作 和安全稳 定运行 。为减小 或消 除 L NG F P S O容器内液体的晃动 ， 可在容器内采取一些措 施 ， 如增加液体 的阻尼、 进行消波等方法E 3 3 。有些 学者还提 出 了一 些针对 液位 测量 的数 据处 理方 法[ 4 ] ， 如平 滑滤波_ s ] 、 卡尔曼滤 波、 自适应 噪声抵 消 。 等方法。 文 中对几种常用液位计的优缺点和适应性进 行 比较 ， 并提出保护措施 ， 以减小晃动对液位测量 和控制的影响。 1 液位计选型的适应性分析 1 ． 1 晃动对液位测量的影响 L NG F P S O漂浮在海上 ， 在风浪、 气候 、 海流 等海洋环境载荷因素的作用下产生 6 个 自由度 的 运动[ 7 ] ， 其中影响大的是纵荡和纵摇两个 自由度。 分离和储存设备的内部介质， 随船体处于周期性或 无规律的晃动状态 ， 给液位测量和工艺过程控制带 来很大影响 。L NG F P S O天然气预处理和液化工 艺过程涉及的塔 、 容器等设备配置的许多液位检测 和控制仪表， 当船体晃动频率发生改变或设备进料 波动时 ， 液面会出现晃动 ， 呈现周期性或无规律 的 波动或假液面[ 7 ] ， 液面瞬间变化对液位 0 量产生干 扰 ， 使采样的数据不准确 ， 造成控制 回路调节失稳 稿件收到 日期 2 0 1 2 1 1 0 8 。 作者简介 刘秀琴 1 9 6 4 ， 女 ， 1 9 8 4年毕业于华东石 油学院炼油 仪表 自动化专业 ， 多年来一直从 事石 油化工工程 自控设计工作 ， 曾 工作于中国石油天然气 华东勘 察设计 研究 院， 现任 海工英派 尔工 程有限公司副总工程师， 高级工程 师。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 石油化工 自动化 第 4 9卷 甚 至误动作 ， 影响装置的正常生产。因此 ， 减小或 消除液面晃动给液位测量和过程控制带来的影响 尤为重要 。 1 ． 2 液位计选型的适应性分析 液位计种类繁多， 每种测量原理的液位计都有 一 定 的适用范 围。按测量方法分类_ 8 ] 有直读式、 浮 力式、 差压式 、 电容式、 超声波式 、 雷达式 、 磁致伸缩 式、 射频导纳式、 称重式、 辐射式等， 笔者根据石油 化工装置几种常用液位计 的特点 ， 分析其在 L NG F P S O中的适应性 。 L NG F P S O 中的介质主要是 L NG、 液 化气、 轻烃 、 醇胺 ， 特点是密度较小 、 洁净 ， 液化过程操作 温度低 。现对几种常用类型液位计的优缺点和适 应性进行比较 1 浮球 、 浮筒液位计 。该类液位计属 于浮力 式仪表， 结构简单， 安装、 调试方便， 有机械可动部 件。液面经常晃动使其机械可动部件易损坏， 以致 测量不准确甚至失灵 ， 影响 L NG F P S O的正常运 行。浮球 、 内浮筒液位计液位测量易受液面晃动的 影响， 如不采取 防晃措施很难适用 于 L NG F P S O 的液位测量 ； 外浮筒液位计的下测量引压 口位于液 相部位 ， 可通过适当关小取压阀门和将下测量引压 管延伸至容器 中部削减液面晃动 的影响 ， 上测量引 压 口容易受到晃动进液 的影响 ， 需要防护 。 2 双法兰差压液位计 。该类液位计属于差压 式仪表， 是通用的液位测量仪表， 安装、 调试较复 杂， 无机械可动部件 ， 摇摆和晃动状态下不易损坏 。 其下测量引压 口位于液相部位 ， 可通过适当关小取 压阀门和将下测量引压管延伸至容器 中部削减液 面晃动的影响。 3 磁致伸缩液位计 。该类液位计属于电磁式 仪表 ， 安装方便 、 结构精巧、 可靠性高。有一个套在 不锈钢探测杆上的可动浮球 浮子 ， 其随液位的变 化沿探测杆上下移 动， 摇摆 和晃 动状态下不 易损 坏 ， 但如不采取 防晃措施 ， 液位测量易受液面晃动 的影响 。 4 导波雷达液位计。该类液位计是微波接触 式测量仪表， 无机械可动部件， 可靠性高。同时， 对 安装要求较高， 要求避开容器内支架 、 物料入 口管 等对测量有影响的设备 内构件_ g ] 。摇摆和晃动状 态下不易损坏， 但如不采取防晃措施 ， 液位测量易 受液面晃动的影响。 5 射频导纳液位计。该类液位计采用先进 的 射频导纳技术， 是接触式仪表， 无机械可动部件， 可 靠性高。摇摆和晃动状态下不易损坏， 但如不采取 防晃措施 ， 液位测量易受液面晃动的影响 。 由以上 分 析 可见 ， 几 种 常 用 液 位计 在 L NG F P s 0容器内液面晃动环境 中使用 ， 均需采取针对 性保护措施 ， 既可稳定液位测量 ， 又可 防止或 消除 机械损伤。顶装式液位计 宜安装在液面受晃动影 响最小的容器 中心部位 。几种 常用液位计 的适用 性和需要采取的保护措施见表 1 所列。 表 1 几种常用液位计的适用性及保护措施 2 液位计的防晃动保护装置 通过以上分析， 为节流 消浪 、 减小或消除摇摆 和晃动对液位测量的影响 ， 同时防止或消除机械损 伤， 减少液位计的维护工作量， 延长使用寿命， 在浮 球、 内浮筒 、 磁致伸缩、 导波雷达 、 射频导纳液位计 外部加装防晃动保护装置 ， 如图 1 所示。 计 图 1 防晃动保护装置示意 图 1中保护管或保护箱在最低液位和最高液 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 刘秀琴等．浮式液化天然气装置液位计选型方案探讨 1 9 位之间部分不开孔 ， 在其底部 开导流孔 ， 顶部开通 气孔 ， 设备 内的液体经导流孔与其 内部的测量元件 接触， 气体经通气孔实现其内外气相平衡， 导流孔 的节流作用降低了其内外介质液位的平衡速度和 波峰 ， 从 而减小或消除波浪对液位测量 的影响。 设引起设备 内部液面摇摆和晃动的最大相对高 度为 H， L N G F P S O的摇摆和晃动周期为 T， 保护装 置对延缓设备内液体摇摆和晃动起作用的时间r e T ／ 2 ， 保护管或保护箱底的导流孔直径为 d 。 联立物料衡算及非稳态下伯努利方程[ 1 。 。 ， 得 保护管和保护箱底部导流孔数 的计算公式 0 ． 5 7 A √H 一 式中 A保 护管 的横截 面积或保护 箱底 面横 截面积。 3 结束语 L NG F P S O设备 内介质处于周期性或无规律 的晃动状态 ， 给液位测量和工艺过程控制带来很大 影响， 为减小或消除影响 ， 分析认为顶装式液位计 宜安装在液面受晃动影响最小的容器 中心部位 ； 液 位计采取保护措施并利用软件对液位测量结果进 行数据处理， 可获得更好的测量效果 。几种常用液 位计的选型建议如下 1 浮球 、 内浮筒液位计 ， 如不采取保护措施很 难适用于 L NG F P S O 的液位测量 ， 如要使用则需 加保护装置。 2 磁致伸缩 、 导波雷达 、 射频导纳液位计结构 上适用于 L NG F P S O的液位测量 ， 但其测量值受 液面晃动影响较大， 为获得好的测量效果， 需加保 护装置。 3 外浮筒液位计 、 双法兰差压液位计受液面 晃动影响较小 ， 可不加保护装置 ， 宜将下测量 引压 管延伸至容器中部 ， 上测量引压 口设防液挡板 。 参考文献 [1 ] WOOD D，MOKHAT AB S ，E C ON OMI DE S J M． O f f s h o r e Na t u r a l Ga s Li q u e f a c t i o n Pr o c e s s a nd De v e l o p me nt I s s u e s E J ] ． P r 0 j e c t ， F a c i l i t i e s C o n s t r u c t i o n ， 2 0 0 7 1 1 1 9 ． [ 2] 王春节 ， 魏林瑞 ， 张磊． 浮式 液化 天然气 液化工 艺综述 E J ] ． 化学工业 ， 2 0 1 0 ， 2 8 2 3 2 7 2 9 ． [ 3 ] 徐兴平， 方华灿． 减小海上浮式采油装置油气分离器内液面 晃动方法的研究[ J ] ． 中国海上油气 工程 ， 1 9 9 1 ， 3 0 2 2 32 9 ． [4] 韩新 洁 ， 孟 宪尧 ． 船舶 液位测 量中海浪 的滤 波处理[ J ] ． 大连 海事大学学报 ， 1 9 9 9 ， 2 5 O 1 1 1 1 4 ． [5] 白莹 ， 于春 和， 杨茹敏 ， 等． 基 于图像传感器 的液位 测量方法 研究 _ J ] ． 舰船电子工程， 2 0 1 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该系列直流电压转换器还提供多途径手段以便于视觉检查状态， 包括当输出电压不小于 2 1 ． 6 V时， L E D显示绿色， 表 明输出电压正常； 输出电压不大于 2 0 ． 4 V时， L E D显示红色， 表明发生故障； 若 I X ； O k晶体管输出为“ 1 ” 最大负荷 ， 表明 此时输出电压不小于 2 1 ． 6 V 最大为 2 5 0 m A ； 若 I X； O k晶体管输出“ 0 ” ， 说明此时输出电压不大于 2 0 ． 4 V； 继电器触点处 于开／ 关状态， 说明此时输出电压大于 2 1 ． 6 V或者小于 2 O ． 4 V。螺钉联接件确保输入和输出的安全保存。 该系列直流电压转换器的配件包括 1个二极管模块 提供冗余 电源 和 1个容量模块 提供断路器的脉冲触发 。 魏 德米勒电联接 上海 有限公司 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m