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探析雷达液位计在海洋平台液位遥测系统中液位跳变的现象

作者: 来源: 发布时间:2021-12-17 10:00:51

 摘 要:海上平台的大舱液位频繁跳变一直在困扰着平台生产和仪表专业,给平台的正常安全生产带来了很多安全隐患。液 位遥测系统是平台仪表测量的核心部分,其主要目的是对平台各舱室的压力、温度、液位进行实时监控。本文通过对海上平台的 液位遥测雷达液位计存在的故障进行分析、维修,解决了大舱液位跳变导致无法正常检测船舱各舱室液位的问题。

 
1 概述 某自升式采油平台投入使用以来,先后在 CFD2-1、CFD11-6、 CH1-1 等油田进行试采、生产作业。在试采作业过程中发现原油舱以及压载系统的部分液位计频繁发生跳变,跳变的液位计有七个参与了 ESD 关断,不参与关断的液位计发生跳变,也会对平台造成不稳定的因素,对平台的安全生产造成了极大影响。
 
2 雷达液位计的构成及工作原理
液位遥测系统能够集成多种液位测量方法实现对船舶上的压 载舱底水、燃油、淡水、货油等各类大舱的液位、温度、压力等进行实时监测,当监测高于报警值时发出报警信号。 
 
可以通过现场控制柜实时监控平台各个舱室的液位、压力、温度,也可以通过 RS485 将数据传输至中控,通过中控电脑对现场的 各个参数进行监视。系统由嵌入式工业控制计算机、液位监测模块、基于 CAN 通信的开关量输入输出模块等组成,通过模拟量输入单元将液位信号送入工控机,通过 485 总线与工控机进行通信。
 
平台共有 7 个油水舱,每个舱室均配备一台某 81 型导波雷达 液位计和某 61 型微波雷达液位计,其中导波雷达液位计接入 PCS系统实施监控,微波雷达接入 ESD 系统实施紧急关断。 
 
雷达液位计是依据时域反射原理(TDR)为基础的雷达液位计,雷达液位计的雷达脉冲以光速沿钢缆或探棒传播,当遇到被测介 质表面时,雷达液位计的部分脉冲被反射形成回波并沿相同路径 返回到脉冲发射装置,发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在 其间的传播时间成正比,经计算得出液位高度,如图 1 所示。  
雷达液位计
3、雷达液位计故障现象
海洋平台的微波、导波雷达液位计是某厂家制造,平台建造时 安装并由项目组、厂家、平台仪表人员进行联合调试。平台投产以 后,各个大舱液位计多次发生跳变,并导致关断。
雷达液位计
通过对关断时的趋势图比对,发现液位计测量值波动,达到低低报警值zui终触发关断;而且生产恢复后液位计测量值也极为不稳定,根据趋势图初步判断油舱雷达液位计液位低低引 起,可能原因是油舱雷达液位计跳变导致,图 2 雷达液位计跳变。
 
对于发生雷达液位计跳变,已经无法满足海洋平台进行的试 采作业要求,作业过程中由于导波雷达下面的固定马脚普遍在150-200mm 之间,所以微波雷达在导波无法测量的低液位区间起 到关键的测量,如果无法准确测量,单井测试可能偏差达到 10 多 方,而作业油田产量在 100 方左右,偏差实在太大。 
 
在船厂调试阶段,污油水舱一微波雷达传感器在液位大于3800mm 时会跳到液位低低,并触发四级关断,持续进液液位趋势 不上涨;在 D 平台临时作业阶段,污油水舱一液位变送器多次发生 从正常液位突变至 200mm 左右;左原油舱 2 液位变送器存在跳变 突增的问题,从正常液位突变至高液位,造成生产三级关断,严重影响生产。雷达液位计防护盖中存在凝露,发现污油一、污油二、左 二导波螺纹连接处、右一微波雷达液位计法兰处存在泄漏情况,外部保护罩内存在凝析油、水。 
 
4 雷达液位计故障原因分析及维修
4.1 雷达液位计频繁跳变的原因分析 
4.1.1 金属罩的影响。
自平台投产以来,各个大舱分别出现过多 次测量值跳到zui高点,虽然出现的频率很低,但由于雷达液位计的测量值参与了连锁控制,液位值跳到 4m 以上会导致生产中断,因此影响很大。密闭的金属导致在整个测量范围出现较多虚假信号, 整体噪声线上升。将罩盖打开后,前面的虚假信号就消失了,噪声 线也降了下来,金属罩如图 3 所示。
雷达液位计
4.1.2 天线上的水汽冷凝。
冬天的时候,微波雷达连续跳变,经 过排查是因为大舱底部油温温度高,而顶部温度低,水蒸气冷凝,导致雷达波遇到水蒸气反射,造成虚假液位。冷凝水是客观存在的,因为油舱温度高、环境温度低,两者之间差值总是存在,如图 4所示。
雷达液位计
4.2 雷达液位计的维修 
4.2.1 根据雷达液位计不同的跳变情况,分别进行维修处理。在 船厂水联运调试阶段,污油水舱一微波雷达传感器在液位大于
3800mm 时会跳到液位低低,并触发四级关断,持续进液液位趋势 不上涨;分析判断是安全栅故障,高液位时传感器供电不足不能正 常工作。平台对线路、模块进行排查,在船厂水联运期间排查出位 于变压器间的安全栅存在问题,电压经过安全栅压降过大,至液位 计仅 9V 电压,不满足液位计工作电压,更换新的 7 个液位遥测系 统安全栅,压降恢复正常。再分别向 7 个油舱进液,实测液位遥测 系统在更换安全栅后的工作状态,经测试,各个液位计稳定运行,没有发现异常。
 
 在日常维护时发现雷达液位计防护盖中存在凝露,在污油一、 污油二、左二导波螺纹连接处、右一微波雷达液位计法兰处存在泄 漏情况,外部保护罩内存在凝析油、水,发现问题后紧固各个液位计法兰盘与螺栓,处理后所有法兰盘密封,使用电子清洗剂清洗表 壳内部及电子部件,处理后对大舱液位进行检测,目前运行稳定。 
 
左一微波雷达在原油舱 3 米左右的高液位跳变超过 4 米直接 引起 3 级关断信号的跳变;
 
左二微波雷达在原油舱或污油水舱低 液位几十毫米产生 0.5 米或者 1.8 米的突然跳变;
左一导波雷达显示 F013 故障引起的高液位满量程跳变;
左三导波雷达在测量时经 常性跳变到zui高点,再跳回正常液面, 频繁的跳变对生产系统造成了极大的影响,使用 VEGA 蓝牙模块重新配置 相关参数也无法使液位计恢复正常, 故临时将液位信号旁通。通过查阅资 料,判断铁质保护壳对微波雷达液位 计产生极大的干扰,仪表是塑料天线,因此会有微量的雷达信号泄漏到外界环境里。如果用密闭的金属罩将仪表 盖住,这部分雷达信号就不能发散出 去,经过在罩内的多次反射后被天线 接收,会影响微波雷达液位计带来虚 假信号,造成高高跳变,部分参数设置不符合目前使用状况。在将铁质保护 壳顶部去掉,使用遮挡物遮挡避免进液积水,对液位计的 7 个导波雷达和 7 个微波雷达相关参数重新配置。通过对金属罩进行整改以后,经测试,液位 计示数稳定,没有发现气场情况,从根本上解决了液位计的跳变问题。 
 
4.2.2 雷达液位计维修前后的数据对比分析。
电脑通过蓝牙模块连接 雷达液位计,看到目前的实际液位和 液位的曲线如图 5。 
实际液位和 液位的曲线如图
用组态软件将改虚假信号进行抑 制,抑制之后的曲线如图 6 所示。 在近距离进行虚假信号编辑,将 虚假信号抑制线抬高,使冷凝产生的 虚假信号得到可靠的抑制。这样冷凝产生的虚假信号永远不可能高于该抑制线,就不会被仪表识别了,有效 的解决了因为虚假信号引起的大舱 液位跳变。通过对设备进行维修,掌握了该雷达液位计常见故障的处理 方法,有效的预防了因液位跳变造成的关断。
用组态软件将改虚假信号进行抑 制,抑制之后的曲线如图
5 结论
通过对液位计的跳变故障的处理,我们发现现场工况复杂,回 波信号很难稳定的出现标准的尖波信号,大舱液位计还是会出现 跳变,将参与 ESD 关断的液位变送器在跳变以后加入了一个延时信号,即五分钟内不进行关断表决,让维修人员有足够的时间进行信号旁通并进行故障处理。通过对液位计跳变故障处理,从海洋平 台实际出发,有针对性解决了液位计长期跳变故障,提高了维修人 员分析、解决问题能力,有效的防止平台因为误报警而造成的关 断。由于该类型微波雷达液位计采用的是微波反射原理,此种类型微波雷达液位变送器不适用我平台现场测量环境。我们所做的工作,对以后同类型平台建造时雷达液位计的选型提供了参考。

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