现场复杂的情况下液位精准测量技术

于冠男

大庆油田有限责任公司技术监督中心油气水计量检定站

油田和化工装置中的各种计量仪表，有很多控制参数，主要包括压力、温度、物位、流量和分析参数，可以看出物位是一项很重要的参数。物位的准确性直接涉及控制流程和工艺流程的指标、生产的安全平稳运行。物位主要分为介质的液位、固体或颗粒的料位。液位计在油田计量检测中使用的非常广泛，有射频导纳、电容、电导、磁浮子、翻板、超声、雷达等多种测量方式。液位测量数据的准确性直接影响生产安全及贸易结算，因此现场液位计量[1]的准确性非常重要。根据多年的现场检测经验，结合大庆油田、华北油田、新疆塔中油田以及国外液位计的现场检测，简要论述现场液位计的检测情况。

在现场液位计检测[2]时，测量液位计的输出信号时存在以下几种安全隐患：如果产能站流程出现问题，水罐会产生危险气体；
如果检测油罐液位，油罐顶部必然存在挥发性可燃气体，检测液位计输出信号时，如果不小心短路，会有燃爆的危险；
在春夏季也会存在雷击的可能性，引起液位计大电流、电压的通过，这样也就存在一定的安全隐患。为防止上述情况发生，采取了一些措施。

（1）在测量回路中加装安全栅。现场液位计信号检测时，即使发生短路现象，电流也会因为回路中加装了安全栅[3]，使回路中的电流限流[4]在安全火花等级36 mA的范围之内，不会发生爆炸事故，确保检测人员的安全和生产运行的安全。安全栅安装在控制室的仪表柜中，按照液位计的种类加装电流或者电阻信号的输入式安全栅[5]。

（2）在回路中同时加装信号防雷栅。为避免雷雨天气对液位计产生损坏，在回路中同时加装信号防雷栅[6]后，保证了液位计的平稳运行，也保证了产能站和化工装置的安全。防雷栅在湖北门站、国内多个油田以及国外油田广泛应用。防雷栅的安装中接地是非常重要的，接地必须是有效接地或者是与电气共地，接地之间不应存在悬浮电压。防雷栅安装在控制室内，根据需求加装电源式防雷删和信号式防雷栅[7]。电源式防雷栅根据种类分为380 V、220 V及24 V；
信号防雷栅有电流信号、电阻信号、485信号几种。防雷栅安装后一定要做好有效的接地。

为了保证现场液位测量的准确性，现场检测人员必须经验丰富，所用仪器是防爆仪器，用到的标准仪器至少包括信号发生器、油水界面检测仪、激光测距仪、笔记本等，检测时也需遵守用户方相关安全要求。

2.1 现场信号的检测

检定前需确认调整，首先要确认液位计量程与控制室显示仪表或控制计算机设定的量程是否一致。在现场检测过程中发现，有的显示仪表或计算机与液位计量程不一致，还有的液位计更换后，显示仪表与计算机没有根据更换后的液位计修改量程设置。这两种情况都会导致液位计显示的实际液位值不准。这时就需检定人员利用信号发生器，通过液位计的信号线发送标准信号（4～20 mADC）给控制室显示仪表或计算机[8]，来确认两者量程是否一致，以确保下一步检测的准确。

2.2 液位计安装高度与罐高的确定

现场检测时发现有些大罐给定的高度与液位计安装的实际高度不一致，这样会使液位计检测有误差。利用激光测距仪检测液位计安装高度与给定的大罐液位高度是否一致。现场安装的油水界面仪实际指示的液位检测高度情况见图1，由公式（1）、公式（2）计算液位高度。现场大罐液位计安装见图2，图中H1为设计给定高度，m；
H2为液位计安装距罐平面距离，m；
H为液位计实际高度，m。

图1 现场安装的油水界面仪实际指示的液位、界面示值Fig.1 Actual indicated liquid level and interface value of the oilwater interface instrument installed on site

图2 大罐液位计安装示意图Fig.2 Installation diagram of large tank level gauge

式中：H为液位高度，m；
H1为仪表安装实际高度，m；
H2为传感器死区，m；
H3为油水界面仪测得液位高度，m；
H4为测得界面高度，m；
H5为界面高度，m。

2.3 液位计死区的确认

在现场检测过程中发现，由于液位计安装的不统一，产生的死区也不确定，所以不能保证液位计死区确认[9]的准确性。如果统一的定性液位计的死区高度，会给液位计检测和计算结果造成大误差，影响液位计的测量结果，无法正确显示液位计的指示高度，从而造成生产失控和安全隐患。

2.4 信号传输误差

依据JJG 971—2019《液位计检定规程》的5.2输出值误差的要求，具有信号输出功能的液位计，输出值最大准许误差应不超过输出量程的±c%FS′。其中c可以在0.05、0.1 0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5中选取，FS为液位输出值的量程，单位为mA 或V。按照规程，利用信号发生器确认控制室显示仪表或计算机在接收标准的信号后引起的误差是否在允许的范围之内。

2.5 数字量输出信号的处理

利用信号线与转换接头连接笔记本，再使用数字量接收小软件现场采集数字信号，检查信号是否连续，是否有丢失的情况。在华北油田监测数字量信号输出时发现，控制室计算机非实时记录实际液位值，一旦液位计发生问题后仍然记录的是最后一个实时数据，如果值班人员疏忽，未发现液位的变化，会造成生产或安全事故。同时，信号的接收阻尼时间不宜过长，否则将不能反映真实液位值的实时变化。

（1）依据JJG 971—2019《液位计检定规程》的附件，A液位计检定记录后形成现场原始记录[10]（图3）。

由图3可知，将实际测量的死区液位值加上仪表信号输出值换算得来的液位值与给定的数值进行比较，可得出实测液位的误差值，根据所得误差值进行不确定度的评定，给出校准评定报告或是检测报告。在换算误差值时一定要考虑此标准2.2 中陈述的因素，尽可能地复现实际液位值，避免大误差，为生产提供更好的服务，保证生产和设备的平稳运行，为计量和贸易结算提供真实有效的数据。

图3 现场原始数据记录Fig.3 On-site original data record

（2）依据JJG 971—2019《液位计检定规程》中7.1.2 环境的要求，不允许雨雪条件下检测，也不要在大罐快速进液或快速输出液体情况下测量，同时大罐内液体应控制在一定温度，温度过低时液体有凝固层的情况下检测会不准确，尤其是油水混合的液位检测数值影响会更大。现有的油水界面检测设备传感器部分很多都没有加热功能，在实际测量过程中会对传感器表面产生粘贴介质，对液位计显示的结果造成影响，也会对液位计的使用寿命造成影响。在此基础上研发传感器加热功能对现场的液位测量将会起到很大的作用，并保证计量的准确性。

通过罐高、死区、输出信号值、界面、仪表的配备、安装高度等多个参数的实测，利用数学模型公式综合运算后，尽可能复现真实液位值，从而保证了液位计检测数据的真实性和有效性。准确的复现液位计的真实示值，不但有利于值班人员的实际操作，有效的控制生产，而且有利于相关管理人员第一时间监控液位参数，进行集中管理，这样才能保证生产的安全可靠，也能为实现智慧油田提供坚实可靠的数据基础。

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