液位的测量与控制是工业生产中一项重要工作，无论是在化工，医药，供水等行业，液位都是一个重要物理量，在油气储运领域，液位也是需要重点监控的参数之一，本文介绍的是西气东输工程中压缩机运行对于液位如何通过差压液位变送器来进行监测与控制的。
差压液位变送器是一种在压缩机组中应用较为广泛的一种液位测量仪表。以西气东输沁水压气站压缩机组为例，自机组投产以来,沁水压气站因差压液位变送器故障造成数次机组停机,为彻底解决这个长期困扰生产中问题，相关的技术运维人员在基于差压液位变送器的工作原理及其与运行机组之间的逻辑关系基础上，对差压液位变送器的运行故障和问题进行分析，并提出了排除故障和解决问题的方法：对于不带密封罐的液位计，使用矿物油替换旋风分离器下腔内含有水分的轻烃。可避免冬季在引压管内出现结冰现象，保证液位计的测量准确性；对于带密封罐的液位计，确保密封罐内合成油的液位高度，及时向其内加注合成油，即可解决液位计低报警的问题。运行人员通过分析,最终排除了故障,积累了差压式液位变送器运行维护方面的经验。
1.压缩机组液位计工作原理
GE机组共有5个差压液位变送器,分别为燃料气橇旋风分离器上腔液位计LT203、下腔液位计LT202A/B/C和合成油箱液位计LIT125。这些差压液位变送器;根据结构特点可分为不带密封罐(SealPot)和带密封罐两类,其工作原理有所区别。
1.1不带密封罐的液位计
旋风分离器液位计LT202和LT203属于不带密封罐类。液位计有2个取压口,分别连接气相端(低压侧)和液相端(高压侧)。低压侧压力pL等于气相压力,高压侧压力p
H等于气相和液相压力之和,所以液位计两侧差压dp就是液相压力p。根据压强公式p=ρgh,可以计算出液位高度h(图1)。
差压式液位变送器
1.2带密封罐的液位计
合成油箱液位计LIT125属于带密封罐类。此类液位计安装时增加了密封罐部件(图2)。
差压式液位变送器
合成油箱内的油温一般在49℃左右,远高于厂房内的温度,热油气在进入引压管后,油气中的合成油会在引压管中凝结。当采用不带密封罐的液位计时,液位计气相端凝结合成油的聚集会造成差压变送器两侧差压减小,导致液位测量值偏低。当采用带密封罐的液位计时,这个问题可得到较好的解决。
该液位计的液位测算原理为:
差压式液位变送器公式
式中:h为合成油液位高度,m;H为合成油箱高度,m;p
h为液位计高压侧引压管压力,Pa;p1为液位计低压侧引压管压力,Pa。
这类液位计也有两个取压口,分别连接油箱液相端(低压侧)和密封罐端(高压侧)。投运前,***先关闭1号针阀、2号针阀和3号闸阀,从加油口向密封罐内加注干净的合成油,直到合成油刚好可以从3号闸阀流入油箱为止。盖上加油口,打开1号针阀、2号针阀和3号闸阀,LIT125即可正常投运。
2.液位计与机组运行之间的逻辑关系
燃料气橇旋风分离器上腔液位计LT203的控制逻辑为:当液位值大于高设定值时,产生高报警;若排污不及时,液位继续升高,产生高高报警并停机。燃料气橇旋风分离器下腔液位计LT202为一组变送器,包括LT202A、LT202B和LT202C,机组控制系统取3个液位值的中间值作为控制参数。控制逻辑为:当液位值超过(低于)高(低)设定值时,产生高(低)报警,若排污(加油)不及时,液位继续升高(降低),产生高高(低低)报警并停机;当3个液位计中的任意两个发生故障时,机组停机;当3个值中的任意两个值与机组所取控制值的差值大于5%时,机组停机。
合成油箱液位计LIT125的控制逻辑为:当液位值大于高设定值时,产生高报警;当液位值小于低设定值时,产生低报警。
3.故障和处理
沁水压气站压缩机组自投运以来,主要遇到两个方面的问题:一是不带密封罐的液位计LT202的两个故障,造成机组停机4次;二是带密封罐的液位计LIT125一直低报警,但通过油箱上的玻璃液位计观察到的液位却处于正常位置。
3.1不带密封罐的液位计故障处理
GE机组燃料气橇的旋风分离器分为上、下腔。燃料气内析出的轻烃存储在上腔内,下腔内也需要一定量的轻烃用于过滤沉淀燃料气中颗粒较大的杂质。机组投运初期,旋风分离器下腔灌装的是站场天然气管道中析出的轻烃,该轻烃内含有水分,冬季为了消除水分在引压管内结冰对液位计测量准确性的影响,运行人员将下腔内的轻烃换成了与其性质相似的矿物油。更换成矿物油后,需要对旋风分离器进行充压,此时必须控制气流缓慢进入旋风分离器下腔,以免下腔内的矿物油被高速气流卷入机组燃料室造成事故。充压结束后,对液位计和引压管进行排污,将液位计两侧的引压管分别与大气连通,再用手操器对所有液位计的零点进行校正。
经过上述处理,沁水压气站至今未因LT202故障而导致机组停机。但在日常巡检中发现,液位计零点在运行一段时间后会出现较小的偏移,此时不可以随意按动差压液位计变送器上的归零按钮,而应等待停机检修时进行处理。
3.2带密封罐的液位计故障处理
检查发现,合成油箱液位计的低报警是密封罐内合成油液位偏低造成的,向密封罐内加注合成油后,故障即消除。
密封罐内合成油的凝聚速度与合成油箱的工作温度、压力及环境温度有关。合成油箱的工作温度和压力基本恒定,厂房温度越低,合成油在密封罐内凝聚的速度越快,液位计在密封罐端的压力ph稳定的时间越长;反之,厂房温度越高,合成油在密封罐内凝聚的速度越慢,甚至可能出现密封罐内合成油蒸发问题,造成密封罐欠油,液位计的测量误差较大。因此,厂房温度较高时,应在每次停机后对密封罐内的合成油液位进行检查,发现不足及时补充。
根据此类液位计的工作原理,其量程的下限值必须大于上限值。以沁水压气站为例,LIT125的设定值为:LRV(量程下限)=4100Pa,URV(量程上限)=0Pa。综上所述,为了使差压液位变送器始终处于良好的工作状态,减少停机事故,压气站现场运行人员在日常巡检和维护保养中应做好以下工作:对机组进行维护保养时,所有差压液位变送器的引压管均需进行排污处理,并重新校正液位计的零点;在夏季高温时节,加强对密封罐内油位的检查管理,发现罐内液位不足及时补充合成油;决定差压式液位变送器测量准确性的关键是建立稳定的压力系统,在日常巡检中要重点检查液位计的引压管系统是否存在渗漏,一旦发现渗漏应及时处理。