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        海洋石油平臺雷達液位計跳變故障分析研究

        作者: 來源: 發布時間:2022-02-23 16:51:06

         摘要 :微波雷達液位計可以用于液體的連續性物位測量,并且不直接接觸被測液體,具有測量精度高、不受過程條件影響的優點,在海洋石油平臺廣泛應用 [1]。但海洋石油 162 平臺投產以來,微波型雷達液位計頻繁跳變導致艙室液位顯示異常,對現場生產造成極大的影響。本文從海洋石油 162 平臺生產實踐,通過理論分析與試驗進行故障處理,降低了雷達液位計跳變頻次。

         
        引言
        雷達液位計通過天線將微波脈沖發射到待測液位的表面,通過液體表面反射后被雷達天線接收,通過計算微波脈沖信號發射到接收的時間計算雷達到液體表面的距離。因為無需與待測液體接觸,測量結果不受波動的介質性能影響,也不受到過程條件變換影響,所以在海洋石油平臺也廣泛應用。海洋石油 162 平臺共有 5 個原油艙,2 個污油水艙,為監測艙室液位為每個艙室各配備一臺 VEGAPLUS 61 型微波雷達液位計,用于監測油艙原油液位。
         
        2017 年投產至今,微波雷達液位計在試用期間頻繁跳變對現場生產帶來困擾,具體表現為跳變至 4 400 mm 造成生產流程關斷,跳變至 0 mm 造成外輸泵關斷以及中間隨機區域,為了解決這一問題,平臺設備管理人員從雷達液位計安裝位置、參數配置等方面逐一對其檢測,并詳細闡述了海洋石油 162 平臺雷達液位計故障原因分析與處理辦法。
         
        1、雷達液位計歷次故障原因分析研究
        1.1 電源供電不足導致液位測量值跳變
        在 2017 年平臺建造調試階段,污油水艙微波雷達液位計在液位高于 3 800 mm 時會頻繁跳變至 0 mm 導致四級生產單元關停。經過現場檢查雷達液位變送器處供電電壓僅為 9.5 V,低于雷達液位變送器工作電源電壓。通過進一步查找故障原因時發現高液位時,電源供電處電壓為 23.7 V,經過安全柵輸出后降為 9.7 V,因此判斷為安全柵故障導致變送器。更換安全柵后電壓恢復正常,在測試中艙室雷達液位計消除該故障現象。
         
        1.2 密閉金屬罩導致液位測量值跳變
        2018 年 1 月在渤海某油田生產過程中,左原油艙一微波雷達液位計在 3 000 mm 時多次跳變至滿量程4 400 mm 引起三級生產關停。經過現場檢查測試得到以下結論 :
        金屬保護罩示意圖
        為了保護雷達液位計,在船廠建造期間使用密閉金屬罩將傳感器本體蓋住,如圖 1 所示。在測試過程中通過 VEGA PACTware 連接雷達液位變送器發現密閉金屬罩會導致在整體測量范圍出現較多的虛假信號,整體噪聲線上升,如圖 2 所示。當把密閉金屬罩上方罩蓋打開后,虛假信號消失,整體噪聲線下降,回波曲線如圖 3所示。經過分析判斷密閉金屬罩為該次產生虛假信號的主要原因。進一步分析研究,該型號雷達液位計是塑料天線 [1],經天線發出的雷達波泄露到外界環境,使用密閉的金屬罩將儀表覆蓋,泄露的雷達波信號將會在罩內多次反射后被天線接收從而產生虛假液位。因此后期將金屬保護罩改造為環形不密封保護罩如圖 4 所示,雷達液位計跳變情況明顯減少。
        密閉金屬罩導致虛假信號回波打開密閉金屬罩后虛假信號消失現場改造后金屬保護罩
        1.3 天線上冷凝水導致液位測量值跳變
        為保證原油流動性,海洋石油平臺通常使用熱介質油加熱管線對原油進行加熱,保證原油在一定溫度范圍內貯藏。由于下艙原油均存在少量含水,因此在靜置后艙底會沉降出部分底水,在持續加熱過程中蒸發出水蒸氣,在油艙頂部天線上水蒸汽冷凝形成液滴造成頂部強烈的虛假信號。因此采取在 0~0.25 m 范圍內對虛假信號抑制,設置為 120 dB 抑制線避免頂部水汽冷凝引起虛假信號導致液位跳變。針對該情況,經過現場分析研究測試后分別制定以下措施 :做好前期脫水處理工作,下艙原油含水控制在 0.5% 以下 ;控制原油艙加熱溫度,使艙內原油小于 65 ℃ ;以及雷達液位計外側使用保溫材料包覆等。通過上述措施,消除了雷達液位計天線處形成冷凝水導致出現液位計跳變現象。
         
        1.4 雷達液位計進液導致故障
        在某次檢修過程中發現某原油艙雷達液位計表殼內進液,電子部件受潮導致雷達液位計出現故障 F013 代碼。經過現場排查后發現雷達液位計安裝螺紋處存在滲漏,使艙內的水汽進入到外界環境中并滲入儀器表殼,導致電子部件受潮,液位信號衰弱。因此,分別對各雷達液位計螺紋進行緊固,將表殼內部與電子部件進行清潔,調高雷達液位計測量靈敏度,并在日常維保檢查過程中著重關注其密封性,保證其密封良好,安裝測試后消除此故障。
         
        2、雷達液位計維保注意事項
        雷達液位計本體無維修器件,因此在維修以及例行保養期間應該注意以下事項。
        (1)應該檢查儀表表殼的密封性以及接線引入口密封,防止儀表進水 [2]。 
        (2)注意檢查儀表外殼,防止存在機械損傷導致防爆性能下降,以及水汽滲入導致電子部件不可靠。
        (3)注意檢查雷達液位變送器時,避免帶電拆、接線,避免短路的同時,也可以提高電子部件的使用壽命。
        (4)注意防曬,避免因陽光直射導致儀表溫度過高,影響儀表使用壽命。
         
        3 結語
        海洋石油 162 平臺微波雷達液位計在日常使用中多次出現跳變的原因都有所不同,為了使雷達液位計能夠更加穩定的工作,平臺維保人員對其工作所處環境、內部參數、工作狀態都做出一一分析,通過切割外部金屬保護殼,更換電源模塊,調整內部參數,設置抑制曲線等方式抑制雷達液位計跳變,保證雷達液位計高效、可靠的運行。

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