1 前言
2015年,中海油深圳分公司進(jìn)行了電儀關(guān)停專項(xiàng)調(diào)查，調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示2010年~2015年分公司由千液位計(jì)故障起的生產(chǎn)關(guān)停共計(jì)57例,磁致伸縮液位傳感器故障跳變導(dǎo)致的生產(chǎn)關(guān)斷15次。在設(shè)備臺(tái)件數(shù)量多、故障發(fā)生頻繁的實(shí)際情況面前,怎樣分類識(shí)別故障原因和最終消除風(fēng)險(xiǎn)，成為急需要解決的難題。
2 磁致伯縮液位變送器工作原理
磁致伯縮液位變送器采用磁致伯縮測(cè)量原理，在非磁性探桿內(nèi)安裝磁致伸縮線，由變送器表頭內(nèi)的晶振沿磁致伸縮線發(fā)出電流脈沖,電流脈沖產(chǎn)生的磁場(chǎng)與磁浮子恒定磁場(chǎng)相互作用,在磁致伸縮線與浮子的交點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)扭力矩波，并以固定的速度沿磁致伸縮線兩端傳送至壓磁傳感器，而壓磁傳感器、晶振均與底板相連，底板與模塊相連,經(jīng)模塊上面cpu處理,得知發(fā)射電流脈沖時(shí)間為t1時(shí)刻，壓磁傳感器接收力矩波的時(shí)間為t2時(shí)刻，那么每一次發(fā)送接收的時(shí)間有一個(gè)時(shí)間差δt=t2-t1,根據(jù)物理公式h=vxt，高度與時(shí)間成線性關(guān)系,從而確定浮子的位置,浮子的位置也就是實(shí)際液位的位置,從而測(cè)出液位。
3 故障現(xiàn)象
二級(jí)分離器液位變送器lit2012測(cè)量值由正常液位1600mm左右忽然跳變至2625mm，觸發(fā)esd系統(tǒng)lahh2012高高關(guān)斷信號(hào),導(dǎo)致生產(chǎn)關(guān)停?；鹁娣忠汗抟何蛔兯推?lit3422也有同樣現(xiàn)象發(fā)生并造成了生產(chǎn)關(guān)停。
4 故障原因分析及檢查方法
(1)浮子受介質(zhì)腐蝕或劇烈碰撞發(fā)生破損,導(dǎo)致浮子位置處于變送器探桿量程范圍外，液位變送器沒(méi)有檢測(cè)到浮子，輸出20.96ma檢查方法:拆檢浮子,使用清洗劑及百潔布對(duì)浮子進(jìn)行清潔,通過(guò)外觀檢查和浮力測(cè)試,檢查浮子受損或腐蝕情況。
(2)磁致伸縮液位變送器設(shè)備質(zhì)量存在問(wèn)題，處理模塊。內(nèi)部晶振或壓電傳感器等電子元器件容易受溫度、振動(dòng)等外部因素影響，存在元件損壞、接線脫落的可能。
檢查方法:測(cè)量晶振和壓電傳感器線間申阻和絕緣電限?？梢耘行略O(shè)備內(nèi)部由路設(shè)備連接情況。對(duì)地由陽(yáng)值應(yīng)在30m以上或是無(wú)窮大;晶振線間電阻阻值一般在4~6ω左右。通過(guò)測(cè)量晶振和壓申傳感器線間由阻和絕緣申陽(yáng)，可以判斷設(shè)備內(nèi)部電路設(shè)備連接情況。對(duì)地申阻值應(yīng)在30mq以上或是無(wú)窮大;晶振線間電阻阻值一般在4q~6ω左右。
原因分析:2014年某設(shè)施投產(chǎn)前，閉排罐和污油罐液位變送器通過(guò)以上方法測(cè)量得知內(nèi)部晶振線路斷開(kāi);在檢查化學(xué)藥劑撬液位變送器lit-3605a跳變故障時(shí),檢測(cè)到晶振電阻值無(wú)窮大,可以判斷設(shè)備本身質(zhì)量問(wèn)題是導(dǎo)致液位跳變誤關(guān)斷的重要原因。
(3)液位計(jì)選型錯(cuò)誤:平臺(tái)使用的液位變送器傳感器使用316不銹鋼材料,過(guò)程溫度-320℃~121℃,現(xiàn)場(chǎng)原油處理系統(tǒng)浮筒內(nèi)介質(zhì)在電伴熱加熱下溫度高于設(shè)備允許值。例如一級(jí)分離器液位變送器lit-2002跳變故障檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)變送器溫度等級(jí)為h1(耐溫80℃),而測(cè)量浮筒內(nèi)實(shí)際溫度在160℃左右,液位計(jì)無(wú)法正常工作,更換為h2等級(jí)(耐溫134℃)備件后，液位變送器恢復(fù)正常工作。
原因分析:通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)液位變送器進(jìn)行排查，一級(jí)分離器油相液位變送器lit2002液位變送器選用等級(jí)為h1級(jí)，不符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用需求，液位計(jì)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生多次跳變故障?？梢源_定液位計(jì)選型錯(cuò)誤，可能導(dǎo)致液位變送器測(cè)量值在高溫下發(fā)生故障跳變,是液位跳變的重要原因。
(4)門檻電壓設(shè)置不合適。
門檻由壓是一個(gè)可調(diào)的控制范圍，處干門樓電慶范用內(nèi)的信號(hào)將被屏散.若樂(lè)申傳咸器測(cè)量脈沖電壓低于門檻電壓值，液位變送器cpu模塊判斷為信號(hào)丟失，輸出故障狀態(tài)信號(hào)20.96ma或3.61ma。
原因分析:設(shè)備在高溫狀態(tài)下導(dǎo)致的扭力波衰減不可測(cè)，但通過(guò)調(diào)整門檻由壓可以短暫恢復(fù)液位變送器的正常工作。在2016年5月將lit2012液位變送器電伴熱整改后，浮筒內(nèi)介質(zhì)溫度穩(wěn)定在90℃以下，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的觀察，lit2012液位變送器沒(méi)有發(fā)生過(guò)一次故障跳變，而在改造前，lit2012故障跳變次數(shù)有10次以上，從而可以確定高溫也是造成液位變送器測(cè)量值跳變的原因之一。
5 解決措施
針對(duì)磁致伸縮液位變送器跳變的故障現(xiàn)象，采取了以下兩種方式方法。一是從液位變送器維護(hù) 安裝、選型和環(huán)境溫度等方面著手,消除液位變送器產(chǎn)生故障跳變的潛在因素。二是優(yōu)化變送器故障報(bào)警開(kāi)關(guān)設(shè)置和esd系統(tǒng)邏輯功能，達(dá)到即使液位變送器發(fā)生故障跳變，也不會(huì)發(fā)生esd3級(jí)生產(chǎn)誤關(guān)斷事故的目的。
(1)從液位變送器安裝、維護(hù)和選型等方面著手,消除液位變送器產(chǎn)生故障跳變的潛在因素。
①將液位變送器安裝在無(wú)振動(dòng)的區(qū)域，或者加固以減少震動(dòng)。
②測(cè)量晶振和壓電傳感器線間電阻和絕緣電阻，變送器對(duì)地電阻值應(yīng)在30m以上或是無(wú)窮大,晶振線間電阻阻值在4~6歐姆左右。
3確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)選型合理，低溫型的不能用于高溫場(chǎng)所。
4確認(rèn)門檻電壓設(shè)置合理。
(2)采取措施防止故障跳變時(shí)觸發(fā)esd3級(jí)生產(chǎn)關(guān)斷
①磁致伸縮液位變送器故障輸出可以通過(guò)改變跳線位置的方法，選擇故障狀態(tài)下輸出信號(hào)20.96ma或3.61ma。此方法適用于部分hh/ll關(guān)斷等級(jí)不同的液位變送器，可以降低關(guān)斷損失。對(duì)于部分hh/ll存在相同關(guān)斷等級(jí)的液位變送器，故障狀態(tài)下輸出信號(hào)20.96ma或3.61ma都會(huì)產(chǎn)生生產(chǎn)關(guān)斷，通過(guò)跳線設(shè)置無(wú)法滿足降低關(guān)斷損失需要，必須通過(guò)另外的方法進(jìn)行解決。
②針對(duì)跳線設(shè)置無(wú)法避免生產(chǎn)關(guān)斷的液位變送器，通過(guò)尤化中控esd系統(tǒng)邏輯程序，設(shè)置液位測(cè)量信號(hào)大于或等于20.50ma并且持續(xù)延時(shí)時(shí)間超過(guò)1s，則邏輯結(jié)果判斷為液位變送器故障,不產(chǎn)生關(guān)斷，只發(fā)出故障報(bào)警:當(dāng)?shù)陀?0.50ma的測(cè)量值且滿足1s延時(shí)條件的hh報(bào)警值，將被允許正常參與esd邏輯關(guān)斷表決,增加故障判斷功能來(lái)進(jìn)行解決。
正常功能驗(yàn)證:使用fluke754過(guò)程校準(zhǔn)儀并聯(lián)連接液位變送器,模擬輸出20.00ma進(jìn)行1s延時(shí)驗(yàn)證，分別測(cè)試低于和高于1s時(shí)間的兩種邏輯狀況。驗(yàn)證結(jié)果為當(dāng)延時(shí)低于1s時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警但未輸出關(guān)斷:高于1s時(shí),系統(tǒng)報(bào)警并發(fā)出關(guān)斷信號(hào)。延時(shí)功能測(cè)試成功。
故障功能驗(yàn)證:使用信號(hào)發(fā)生器并聯(lián)連接液位變送器，模擬輸出20.60ma信號(hào)并延時(shí)1s以上，系統(tǒng)報(bào)警但未輸出關(guān)斷信號(hào),故障功能驗(yàn)證符合要求。
兩個(gè)方案同時(shí)實(shí)施，可以實(shí)現(xiàn)液位變送器發(fā)生故障跳變時(shí),應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)不會(huì)因故障而觸發(fā)esd3級(jí)誤關(guān)停事故。
6 效果評(píng)價(jià)
磁致伸縮液位變送器故障跳變導(dǎo)致了多起生產(chǎn)關(guān)斷，每次關(guān)斷將造成平臺(tái)至少1個(gè)小時(shí)的生產(chǎn)關(guān)停,給平臺(tái)生產(chǎn)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。以某日產(chǎn)4200m采油平臺(tái)為例，按照光前匯率和國(guó)際油價(jià),可以計(jì)算出一次誤關(guān)停將至少造成經(jīng)濟(jì)損失:1x4200/24x6.29x6.80x60=449106元通過(guò)對(duì)液位變送器改變跳線設(shè)置和優(yōu)化esd邏輯程序消除了液位變送器跳變故障對(duì)平臺(tái)正常生產(chǎn)的危險(xiǎn)隱患。口時(shí)此方案沒(méi)有產(chǎn)生額外費(fèi)用,可操作性強(qiáng),可應(yīng)用推廣到其他平臺(tái)相同類型儀表設(shè)備中。
關(guān)鍵詞：液位傳感器 液位變送器 變送器 傳感器 清洗劑