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污水流量计

集气站分离器自动排污及污水流量计量系统功能的实现和优化

集气站均设计了分离器自动排污及污水流量计量功能,这些功能的投用,减轻了员工的劳动强度,使用几年来,我们在这两方面做了大量的工作,取得了一些成效,但还存在不足之处,需要进一步改进和完善。

            

  1 自动排污及污水流量计量系统基本原理

  1.1 自动排污原理

  集气站分离器电动球阀自动排污工艺原理流程图如图1所示。

  该系统生产现场由差压液位变送器(LT)、PLC控制、电动球阀及排液管三部分组成,是一个简单的单回路控制系统。差压液位仪表监测分离器储液罐内积液高度,并实时将相应的示值输送至PLC控制单元,PLC设有液位控制高限和低限两个设定值。在正常生产时,分离器的液位会慢慢升高,当液位变送器检测到高限液位时,PLC控制程序给出开阀信号,电动阀打开,分离器开始排液,分离器液位下降;当液位下降至设定低限值时,PLC给出关阀信号,电动阀关闭,分离器一次自动排污动作结束。

  1.2 污水流量计量原理

  根据分离器自动排污控制原理,按容器规格,液位变送器高、低液位变化排液一次的液量,通过PLC控制器程序组态,用电动阀开启次数乘以排污一次的液量,即实现对排污液量的较为准确的计量。

  2 系统优化措施及效果分析

  2.1 平膜远传测量技术的应用

  图2是分离器液位检测示意图,主要由导压管路、平衡阀、液位监测仪表三部分组成。现场应用主要故障集中在导压管路上,3051检测仪表导压管采用的14×3的无缝钢管,其故障主要表现为:导压管路冻堵、堵塞,使得液位变送器无法检测或真实反映分离器内液位,致使整个系统无法正常运转,特别是在冬季,环境气温较低,这一故障表现得更为突出。为了确保系统的正常运行,我们常采取的措施是定期吹扫变送器、导压管路、加强导压管路保温工作,但是导压管路堵塞问题还是没有根本解决,而且在频繁吹扫变送器过程中,也极易导致变送器损坏。从现场情况来分析,致使导压管路堵塞的主要原因为冬季严寒条件下的冻堵和检测介质赃物的堵塞。前者完全可以通过保温来解决,但是后者却由于检测介质本身条件的限制,以至于无法从根本上解决。

  平膜远传液位变送器,液位检测仍为差压式计量原理,其现场结构如图3所示。其优越性主要体现在导压管路的结构上,它采用了密封式充满硅油的金属软管做导压管路,金属软管内腔是在抽真空状态下填满了性能稳定的硅油,用硅油作传压介质,将被测压力通过软管内的隔离液(硅油的凝点为-50℃)传递到差压变送器高、低压室的测量膜盒上。该传压特点从根本上解决了导压管路堵塞、冻堵、泄漏等测量异常情况的发生,免除了原导压管路保温伴热措施,以及吹扫导压管路带来的附加工作量和危害。

  目前,我厂榆林南区集气站分离器液位检测通过改造以及产能建设已全部采用平膜远传液位变送器,液位测量效果良好。

  2.2 导压管路正压侧取压位置的改变

  2005年以前,我厂集气站分离器液位仪表取压口均设于分离器的底部,如图4所示。

  由于天然气气质较脏,使得大量机械杂质、固体颗粒、结晶盐等经分离后沉积在分离器底部,变送器取压口正好位于分离器底部。平膜远传差压表软金属导压管的感压端是一个耐腐蚀的膜片,该膜片直接与分离器内的介质接触,极易造成污物在感压膜片上的沉积,影响液位检测的及时性和准确性,再者因污液中杂质的冲击、划伤、磨损会逐渐发生测压膜片弹性失效、表面受损、隔离液漏失,导致平膜远传变送器损坏。

  改造后的正压室取压位置位于分离器排污总管线上,如图4所示,正压室导压管接入口与分离器污液重力方向垂直,大大减少了污水中泥沙等杂质在变送器感压膜片上沉积的机率。

  我厂2005年后新建集气站分离器液位取压位置,全部采用此方式,应用效果较好。

  2.3 电动球阀的优选

  我厂现场自动排污系统使用的电动球阀有美国Bray和德国Auma两种,以美国Bray球阀使用居多。从现场的使用情况来看,Bray球阀结构简单,性能稳定,故障率相对较低。Auma球阀的优点是现场可调试点多,设计中充分考虑到了现场维护方便的一面,却导致该阀结构复杂,主要体现在机械传动组件较多,内部电气控制过程复杂,现场应用中出现的故障点较多;该阀的另一弱点是阀芯的密封件属于软密封,在现场使用中,常出现阀芯内漏、电动阀卡死现象。在价格上,Auma球阀也比Bray球阀昂贵。我们在日常维护中,除了加强操作员工的日常技能培训以外,再一个就是依据优胜劣汰原则,选择适应实际生产的电动阀。

  2.4 PLC控制程序的优化

  变送器导压管取压位置改变后,我们随之对PLC控制程序进行了优化,原设定高、低液位控制程序在现场使用中,常出现电动阀瞬时打开,继而又立即关闭的现象,其主要原因就是因导压管取压位置设在排污管线上,当电动阀打开时,正压室检测瞬时压力降为常压,此时PLC检测出低限液位值,电动阀关闭,实际上分离器液位并没有下降至低限值,当电动阀关闭后,正压侧又检测到高液位,从而出现电动阀瞬时打开,又瞬时关闭现象。

  优化了的PLC程序采用设定高液位和排液时间的方法来实现自动排污功能。在PLC程序中设定液位高限值,当分离器液位涨至与设定高限值相等时,电动阀打开,对电动阀打开时间依据分离器规格大小、排污管线尺寸以及电动阀动作时间进行设定,目前集气站一般设定在20~40s之间。当PLC程序检测电动阀开阀时间与设定开阀时间相等时,电动阀关闭,一次自动排污结束。

  程序于2005年10月份在我厂南区集气站推广使用,在现场使用中,理论计算开阀时间与实际高液位排污时间不符,主要表现为开阀时间设定太长,出现排污管线“窜气”现象;设定时间太短,又会影响到分离器的分离效果。因此,对排污时间的准确设定,除了我们对相关要素进行详细分析、计算外,现场员工也要密切观察分离液位,对排液设定时间作适当调整,在实际运行中摸索出蕞合理有效的时间参数。

  3 系统存在的问题及分析

  通过两年来的试验和应用,总的来说,分离器自动排污功能的实现相对容易;但实现污水准确计量则难度较大,因其制约因素较多,除了分离器规格形状、工艺环境等外界因素的影响之外,还有其测量原理本身的不足带来的干扰。突出表现在PLC程序中的一次排液量无法准确核实。分析原因可归纳为以下两点。

  3.1 液位检测示值漂移严重

  平膜远传液位测量技术虽然解决了导压管路堵塞、冻堵的问题,但是由于其仍采用差压测量原理,还是没能彻底解决导压管路正压室膜核上部杂质的沉积问题。由于变送器正压室膜核直接与分离器本体法兰相连,如图5所示,其间无排污口,造成取压口处杂质的沉积,又因该自动控制系统液位计量属于高压气体容器内的差压式动态液位测量,计量仪表示值漂移严重,使得PLC程序中设定液位限制并不是一个固定数值,导致每次实际排液量与设定液量误差较大。然而要清楚其间的沉积物,除了生产组织难度大以外,由于该软金属导压管的感压弹性膜片材料极易受损,在拆卸和清洗过程中,可能会因为轻微的划伤、磨损而使测压膜片弹性失效、表面受损,而使得隔离液漏失。安装不得当,也会给测量结果带来较大的非线性误差。

  3.2 测量结果不能如实反应分离器动液面高度

  如图6所示,分离器动液面高度Δh计算如下:

  式中:ρ1代表污水密度;ρ2代表硅油密度;p0代表气体压力。

  以上计算可见,仪表测量差压Δp并不是单由Δh产生,有一个附加值,此附加值就是由于两导压管垂直有效高度不同而产生的。液位仪表计量差压比真实Δh产生的差压值小。虽然仪表计量有附加误差,并不影响自动排污功能,但它不能如实反映分离器内动液面高度,也就无法准确计算液面高度对应的液量。在现场使用中,对于每次排液量仍旧按照初次标定时的液量数值累计计算单井一天的排液量,从而使得液量计量误差较大。

  4 改进设想

  1)重新选择分离器动液面液位检测仪表;利用流体仿真技术,依据分离器规格,建立液位-液量函数关系,重新编写液量计量程序。

  2)用天然气疏水阀和污水流量计代替电动阀自控排污及污水计量系统。试验于2004年10月20日在榆9站启动,用天然气疏水阀代替电动阀自动排污。试验期间,除出现一次回气管积液外,运行效果良好,基本上达到了分离器自动排污的目的。

  试验选用涡轮流量计来计量分离器排污量,自试验启动投入运行以来,在现场使用过程中故障率较高,多次出现计量表不运转现象,正常运转率不到50%,且常出现流量计示值突变的情况。实验证明涡轮流量计不适合用于分离器污水计量。

  结合计量介质的特性,以及涡轮流量计在实验中出现的问题,我们对目前工业计量中常用的典型流量计量性能进行了比对分析,从理论角度来分析,电磁流量较适合用于分离器污水计量。电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律为测量依据的一种测量导电性液体的仪表,仪表无任何阻碍流体流动的节流部件,适用于测量带有固体颗粒的矿浆、污水等液固两相流体。能否在实际应用中发挥作用,有待于现场试验进一步考证。

  5 结论

  集气站分离器自动排污计量系统作为现场生产的重要组成部分,受到生产单位的高度重视,维护其稳定正常工作一直是我们日常维护工作的重点,我们花费大量的时间,投入了较多的人力,针对出现的突出问题,逐一进行改造和优化,取得了明显的效果。然而在现场使用中,该系统出现故障的频率仍相对较高,主要是因为系统牵连因素较多,以及液位差压计量原理本身的不足。

点击次数:  更新时间:2017-06-02  【打印此页】  【关闭

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