ELL外測液位計在液化石油氣儲罐上的應用

蒲 良 劉志強 馬玉華

(中國石油新疆油田分公司石西油田作業區,新疆 克拉瑪依 834000)

液化石油氣是石油產品之一，主要成分為C3/C4，在適當壓力和溫度下以液態儲存于儲罐容器中。液化石油氣屬于易燃、易爆危險品，在存儲中需要對其準確地進行測量和觀察。但由于液化石油氣的介電常數小于1.9，液化程度受溫度和壓力變化的影響較大，在頻繁的收發和倒罐作業時，罐內的儲量變化較大、較快，高達十幾米的儲罐需靠人工觀察和測量，勞動強度大，也難以準確計量，出現冒油和空罐現象都會造成安全隱患。因此，液化石油氣液位測量一直是困擾其存儲的難題。選擇性能穩定、安全可靠的液位測量設備是保障輕烴儲備站安全平穩運行的關鍵因素。

石西天然氣處理站是新疆油田分公司規模最大的伴生氣處理站，屬于一級要害站庫。該處理站包括：兩套獨立的50×104Nm3/d處理裝置，每天生產液化石油氣和輕烴近百噸；一個輕烴儲備站，包括4座1 000m3液化石油氣球罐。筆者針對現役的兩種液位檢測儀表存在的缺陷，在技改中最終選擇安裝方便、測量精準和維護簡單的ELL外測液位計對站內液化石油氣儲罐內的液位進行測量。

1 原液位計存在的缺陷①

根據規范要求，每座壓力儲罐應配備兩套獨立且不同類型的液位測量儀表，石西天然氣處理站球罐以前采用的液位測量設備為玻璃板液位計和1151差壓變送器。

玻璃板液位計采用U形管原理，副管與罐體上下連通。理論上副管內和罐體內的液面應該始終保持一致，但由于球罐直徑為12.3m而玻璃管直徑為2.5cm，兩者相差較大，這就造成了罐體和玻璃管內部液體受到外界環境的影響也不一樣。由于液體溫度直接影響液體的密度，因此副管內與儲罐內的液體具有高度差，從而造成了讀數誤差。石西天然氣處理站處于新疆準噶尓沙漠腹地，冬季溫度可達-40℃、夏季高溫地表50℃。通過球罐溫度變送器可以反映出在冬季或夏季罐內外溫差達到15℃以上，這就造成玻璃板液位計不能真實反映罐內液位，一個1 000m3液化石油氣球罐讀數誤差可達數十噸以上，在玻璃管溫度較高時，讀數偏大；玻璃管溫度較低時，讀數偏小[1]。

1151差壓變送器是通過測量罐頂和罐底的差壓來反映球罐液位的。將差壓值引入DCS，再通過算法組態得出差壓對應的液位值，公式如下：

H=p/ρg

(1)

其中，g=9.8N/kg，為常數；液面高度H與罐內介質密度ρ和差壓p相關。由于天然氣處理站生產的都是粗產品混烴，因此罐內液體密度經常發生變化，而DCS內部參數密度設置為固定值，當罐內介質密度發生變化時，計算結果就無法真實反映罐內液位。冬季環境溫度較低，連接罐頂的低壓端內部全是氣相，但由于溫度低，氣相的液化石油氣將液化，造成低壓端積液、差壓測量有誤差。

液化石油氣具有特殊的物理特性，對液位計的精度要求較高，而靜壓式液位計測量受介質成分、密度和環境溫度影響均很大，因此上述兩種液位計均無法達到滿意的測量效果。球罐投運多年，差壓液位和玻璃板液位始終對應不上，影響產品計量，急需改進。

2 液位計選型

石油石化行業對各項施工改造安全要求較高。由于石西液化氣處理站為防火防爆一級站庫，因此要求項目施工時盡量避免動火，避免對壓力容器進行改動。變更壓力容器是一個繁瑣的過程，需要申請報告并在油田公司備案，改造之后要由技術監督部門審核通過才能投入使用。

液位測量設備中，雷達液位計雖然安裝簡單、價格適中，但由于液化石油氣的介電常數較小，且需要動火作業并更改壓力容器，因此不適宜使用雷達液位計。磁致伸縮液位計和伺服液位計雖然測量精度較高，但是都需要改動現有的壓力容器，且為接觸式測量，安裝維護要求較高，因此不予采用[2]。核輻射液位計有放射源應用，需特別批準，因此受到限制。各液位計性能比較見表1。結合該站實際情況，最終選擇西安定華電子有限公司的ELL-FI-DE10LO.5AOJX外測液位計，并對4座球罐液位測量設備進行技術改造。

表1 各液位計性能比較

3 ELL外測液位計的工作原理和優點

ELL外測液位計采用對人體無害的微振動原理，通過吸附在容器壁外底部的測量頭采集微小的機械振動信號，然后將此微小機械振動信號轉換為電信號傳入儀表主機，主機再通過濾波、識別，去除與液位變化無關的信號，最終通過定華專有算法計算得出介質的液面高度，ELL外測液位計工作原理如圖1所示。其無需開罐安裝的特點使得新疆油田分公司石西天然氣處理站技術改造實現了不停產安全改造。

圖1 ELL外測液位計工作原理

ELL外測液位計能從罐外連續、精確地測量罐內液位，并根據校準完成后的液位自動計算液體介質的各項參數。且實時校準，完全不接觸罐內介質，實現了真正的隔離測量。

ELL外測液位計可用于極端惡劣工況和危險環境，可測量腐蝕性強、毒性劇烈、有放射性及易爆炸等任意壓力范圍的液體介質。安裝、維修均不接觸罐內介質，安全無污染。

ELL外測液位計安裝方便、耐用可靠，安裝時不必在容器上開孔，不用連通管，可以不停產安裝。測量頭和儀表中無機械運動部件，嚴格密封與外界隔離，耐用且維護工作量小。

4 應用

由于石西天然氣處理站為伴生氣天然氣處理站，產品主要有液化石油氣C3/C4和輕質油C5以上組分。在實際生產中當脫丁烷塔切割工藝參數變化時會造成液化石油氣C5超標，輕質油飽和蒸氣壓超標，導致進罐產品不合格，這時就需要將不合格的產品倒入事故罐再用泵打回裝置區重新回煉。靜壓測量設備(玻璃板液位計和1151差壓變送器)在罐內介質發生變化后無法準確測量液位，導致DCS無法準確反映罐內液位，給倒罐操作帶來極大的安全隱患，因此需要進行頻繁的人工觀察，勞動強度極大。ELL外測液位計正好彌補了這一缺陷，它在實時液位測量過程中自動修正介質的各項特征參數，當介質發生變化后依然可以準確可靠地反映真實液位，使倒罐操作具有安全保障。

此次ELL外測液位計改造施工完全實現了清潔、安全、環保的施工要求[3]。沒有動火作業，未對壓力容器造成變更。相比于其他液位測量設備的安裝，避免了與介質的直接接觸，未在容器上新增一處法蘭或絲扣連接點，避免了改造施工給后期運行帶來的危險品跑、冒、滴、漏隱患[4]。施工不用停產，不影響球罐的正常使用。后期維護方便，相比其他液位計，不用進行開罐，避免了維護中的倒罐及壓力放空等操作。

5 結束語

新疆油田分公司石西天然氣處理站選用ELL外測液位計進行液化石油氣液位測量以來，運行穩定并且測量精確，與1151差壓變送器和玻璃板液位計比較，其誤差小、性能穩定且沒有出現任何故障，是較為理想的液位測量儀表。同時液位的準確測量也使得每日產量的計算更加準確，根據伴生氣的進氣量和組分含量可以精確地計算出當日輕烴液化石油氣的收率，有效地指導工藝參數的控制，在提高產品質量和產品收率上發揮了重要作用。

[1] 周駿威,時鴻儒.液化石油氣儲罐罐存計量誤差產生的原因及解決[J].科技創新與應用,2013,(19):101.

[2] 郭璇,高玉進.伺服液位計在液化氣球罐上的應用[J].新疆石油科技,2009,19(1):52～54.

[3] SH/T 3104-2000，石油化工儀表安裝設計規范[S].北京:中國石化出版社,2001.

[4] GB 50093-2002，工業自動化儀表工程施工及驗收規范[S].北京:中國標準出版社,2003.