ELL外测液位计在液化石油气储罐上的应用

蒲 良 刘志强 马玉华

(中国石油新疆油田分公司石西油田作业区,新疆 克拉玛依 834000)

液化石油气是石油产品之一，主要成分为C3/C4，在适当压力和温度下以液态储存于储罐容器中。液化石油气属于易燃、易爆危险品，在存储中需要对其准确地进行测量和观察。但由于液化石油气的介电常数小于1.9，液化程度受温度和压力变化的影响较大，在频繁的收发和倒罐作业时，罐内的储量变化较大、较快，高达十几米的储罐需靠人工观察和测量，劳动强度大，也难以准确计量，出现冒油和空罐现象都会造成安全隐患。因此，液化石油气液位测量一直是困扰其存储的难题。选择性能稳定、安全可靠的液位测量设备是保障轻烃储备站安全平稳运行的关键因素。

石西天然气处理站是新疆油田分公司规模最大的伴生气处理站，属于一级要害站库。该处理站包括：两套独立的50×104Nm3/d处理装置，每天生产液化石油气和轻烃近百吨；一个轻烃储备站，包括4座1 000m3液化石油气球罐。笔者针对现役的两种液位检测仪表存在的缺陷，在技改中最终选择安装方便、测量精准和维护简单的ELL外测液位计对站内液化石油气储罐内的液位进行测量。

1 原液位计存在的缺陷①

根据规范要求，每座压力储罐应配备两套独立且不同类型的液位测量仪表，石西天然气处理站球罐以前采用的液位测量设备为玻璃板液位计和1151差压变送器。

玻璃板液位计采用U形管原理，副管与罐体上下连通。理论上副管内和罐体内的液面应该始终保持一致，但由于球罐直径为12.3m而玻璃管直径为2.5cm，两者相差较大，这就造成了罐体和玻璃管内部液体受到外界环境的影响也不一样。由于液体温度直接影响液体的密度，因此副管内与储罐内的液体具有高度差，从而造成了读数误差。石西天然气处理站处于新疆准噶尓沙漠腹地，冬季温度可达-40℃、夏季高温地表50℃。通过球罐温度变送器可以反映出在冬季或夏季罐内外温差达到15℃以上，这就造成玻璃板液位计不能真实反映罐内液位，一个1 000m3液化石油气球罐读数误差可达数十吨以上，在玻璃管温度较高时，读数偏大；玻璃管温度较低时，读数偏小[1]。

1151差压变送器是通过测量罐顶和罐底的差压来反映球罐液位的。将差压值引入DCS，再通过算法组态得出差压对应的液位值，公式如下：

H=p/ρg

(1)

其中，g=9.8N/kg，为常数；液面高度H与罐内介质密度ρ和差压p相关。由于天然气处理站生产的都是粗产品混烃，因此罐内液体密度经常发生变化，而DCS内部参数密度设置为固定值，当罐内介质密度发生变化时，计算结果就无法真实反映罐内液位。冬季环境温度较低，连接罐顶的低压端内部全是气相，但由于温度低，气相的液化石油气将液化，造成低压端积液、差压测量有误差。

液化石油气具有特殊的物理特性，对液位计的精度要求较高，而静压式液位计测量受介质成分、密度和环境温度影响均很大，因此上述两种液位计均无法达到满意的测量效果。球罐投运多年，差压液位和玻璃板液位始终对应不上，影响产品计量，急需改进。

2 液位计选型

石油石化行业对各项施工改造安全要求较高。由于石西液化气处理站为防火防爆一级站库，因此要求项目施工时尽量避免动火，避免对压力容器进行改动。变更压力容器是一个繁琐的过程，需要申请报告并在油田公司备案，改造之后要由技术监督部门审核通过才能投入使用。

液位测量设备中，雷达液位计虽然安装简单、价格适中，但由于液化石油气的介电常数较小，且需要动火作业并更改压力容器，因此不适宜使用雷达液位计。磁致伸缩液位计和伺服液位计虽然测量精度较高，但是都需要改动现有的压力容器，且为接触式测量，安装维护要求较高，因此不予采用[2]。核辐射液位计有放射源应用，需特别批准，因此受到限制。各液位计性能比较见表1。结合该站实际情况，最终选择西安定华电子有限公司的ELL-FI-DE10LO.5AOJX外测液位计，并对4座球罐液位测量设备进行技术改造。

表1 各液位计性能比较

3 ELL外测液位计的工作原理和优点

ELL外测液位计采用对人体无害的微振动原理，通过吸附在容器壁外底部的测量头采集微小的机械振动信号，然后将此微小机械振动信号转换为电信号传入仪表主机，主机再通过滤波、识别，去除与液位变化无关的信号，最终通过定华专有算法计算得出介质的液面高度，ELL外测液位计工作原理如图1所示。其无需开罐安装的特点使得新疆油田分公司石西天然气处理站技术改造实现了不停产安全改造。

图1 ELL外测液位计工作原理

ELL外测液位计能从罐外连续、精确地测量罐内液位，并根据校准完成后的液位自动计算液体介质的各项参数。且实时校准，完全不接触罐内介质，实现了真正的隔离测量。

ELL外测液位计可用于极端恶劣工况和危险环境，可测量腐蚀性强、毒性剧烈、有放射性及易爆炸等任意压力范围的液体介质。安装、维修均不接触罐内介质，安全无污染。

ELL外测液位计安装方便、耐用可靠，安装时不必在容器上开孔，不用连通管，可以不停产安装。测量头和仪表中无机械运动部件，严格密封与外界隔离，耐用且维护工作量小。

4 应用

由于石西天然气处理站为伴生气天然气处理站，产品主要有液化石油气C3/C4和轻质油C5以上组分。在实际生产中当脱丁烷塔切割工艺参数变化时会造成液化石油气C5超标，轻质油饱和蒸气压超标，导致进罐产品不合格，这时就需要将不合格的产品倒入事故罐再用泵打回装置区重新回炼。静压测量设备(玻璃板液位计和1151差压变送器)在罐内介质发生变化后无法准确测量液位，导致DCS无法准确反映罐内液位，给倒罐操作带来极大的安全隐患，因此需要进行频繁的人工观察，劳动强度极大。ELL外测液位计正好弥补了这一缺陷，它在实时液位测量过程中自动修正介质的各项特征参数，当介质发生变化后依然可以准确可靠地反映真实液位，使倒罐操作具有安全保障。

此次ELL外测液位计改造施工完全实现了清洁、安全、环保的施工要求[3]。没有动火作业，未对压力容器造成变更。相比于其他液位测量设备的安装，避免了与介质的直接接触，未在容器上新增一处法兰或丝扣连接点，避免了改造施工给后期运行带来的危险品跑、冒、滴、漏隐患[4]。施工不用停产，不影响球罐的正常使用。后期维护方便，相比其他液位计，不用进行开罐，避免了维护中的倒罐及压力放空等操作。

5 结束语

新疆油田分公司石西天然气处理站选用ELL外测液位计进行液化石油气液位测量以来，运行稳定并且测量精确，与1151差压变送器和玻璃板液位计比较，其误差小、性能稳定且没有出现任何故障，是较为理想的液位测量仪表。同时液位的准确测量也使得每日产量的计算更加准确，根据伴生气的进气量和组分含量可以精确地计算出当日轻烃液化石油气的收率，有效地指导工艺参数的控制，在提高产品质量和产品收率上发挥了重要作用。

[1] 周骏威,时鸿儒.液化石油气储罐罐存计量误差产生的原因及解决[J].科技创新与应用,2013,(19):101.

[2] 郭璇,高玉进.伺服液位计在液化气球罐上的应用[J].新疆石油科技,2009,19(1):52～54.

[3] SH/T 3104-2000，石油化工仪表安装设计规范[S].北京:中国石化出版社,2001.

[4] GB 50093-2002，工业自动化仪表工程施工及验收规范[S].北京:中国标准出版社,2003.