无人值守站分离器液位测量的优化方案

优化方案研究分析
密封容器液位测量方法分析
文献[1-7]中，分离器液位测量使用的是差压变送器，并对取压点进行了改造和优化，测量仪表更换成平膜远传式，并通过加强检查和保温工作的方法进一步提高液位测量的准确性。

文献[8-9]中，差压液位计也是生产中常用的一种可靠的密封容器液位测量仪器。差压法测量液位的原理是根据液位堆积的高度变化跟某点产生的压力差变化，同时测得液面上下的压力并抵消（测出差压），从而获得液面高度。其做法是用两根联通管分别从容器上部和底部将压力联通到变送器，下部接变送器正压侧，上部接变送器负压侧，根据差压和高度之间的关系可以算出容器内的液位。

文献[10-12]中，非接触式超声波液位测量等其它方法在解决该问题时均有一定的局限性。针对无人值守集气站的特殊性，结合生产中的困难和相关单位的好的做法，本文的创新点是在无人值守集气站采用磁翻板液位计和差压变送器的双液位计测量方案。两个不同原理的液位计同时出现故障的概率较低，即使出现假液位也能够及时被发现。

双液位计测量的改进方法
采取磁翻板液位计和差压变送器测液位两种不同原理液位计双重监控的方法，当发现两个液位计显示不一致时，及时安排员工到现场检查处理，并且当一个液位计故障不能自动控制时，操作工可以远程手动转换到另一个液位计进行自动控制，全站生产也可以正常运行。

双液位计的实现与统一
双液位计实现的技术核心是使二者的测量数值要统一，关键在于统一零基准。在两个液位计零基准一致的前提下，两个液位远程监控显示一致便可以判断液位计显示的是真实液位；如果误差超出液位计的最大允许误差，可以判断其中一个液位计工作异常，需要现场处理。

双液位计测量示意图如图2所示，在同一分离器上安装两个不同原理的液位计测量液位，H表示差压变送器的高压端，L表示差压变送器的低压端。假设分离器的实际液位为h（从容器底部到液面的高度），磁翻板测量的现场液位为h1.1，远传显示液位为h1.2，零基准线到分离器罐底的高度为h1.3，液位计的量程是h1.4；差压变送器测量液位为h2.1，容器底部到差压变送器正负压室平面高度为h2.2，高压侧取压管嘴上部到容器底部的高度为h2.3。

两种液位计的液位零基准
磁翻板液位计的零基准一般情况下是下法兰中心水平线，差压液位计的零基准面是高低压取压端安装水平面。

两种液位计的液位换算关系
基于图2所示的各测量高度，分别得到磁翻板液位计和差压液位计的各参数之间的关系。
测量的一致性
在生产实际中，操作员工可以直观看到的是磁翻板现场显示液位，故以磁翻板液位计现场显示的液位值为准，使两个液位计在不同测量原理下远程显示同一液位测量结果，即磁翻板液位计现场显示的液位值。

通过差压变送器的零点迁移来统一两个液位计的远传数值。根据以上的换算关系可知，当磁翻板液位计测得液位为零时，差压变送器差压值为ρg(h2.2−h1.3)（ρ为液体密度，g为当地重力加速度）；当磁翻板液位计测得液位为h1.4时，差压变送器差压值为ρg(h1.4+h2.2−h1.3)。故需要对差压变送器做零点负迁移，迁移量为ρg(h2.2−h1.3)，测量量程设置为ρgh1.4，测量范围可表示为[−ρg(h2.2−h1.3)，ρg(h1.4+h2.2−h1.3)]。理论上h2.2和h1.3可以通过现场测量得到，但为了避免ρ、g和测量出的h2.2和h1.3引进的测量误差分量，可通过现场实验测得差压变送器的上下限，即解决统一两个液位计测量值的问题关键所在，通过测量值（单位为kPa）占量程的百分比来换算差压变送器测量的液位值（单位为mm）；通过调试使远传装置测量的零点与磁浮子液位计的基准零点一致，通过电流值（单位为mA）占量程的百分比来换算液位变送器测量的液位值（单位为mm）。

可见，假设在无人值守站分离器上照此安装两个液位计，通过实验数据可算出两个液位的函数关系，从而得出需设定的差压变送液位计的量程范围，使得两个液位计读数能够保持一致。

2.3   双液位测量数据的应用
2.3.1   正常情况下的液位计选用
考虑差压变送器测量准确度高，工作相对稳定可靠，磁浮子液位计会因为介质脏或自身结构问题易出现卡堵现象，所以正常情况下选择差压变送器测量的液位值用来控制电动球阀排污，磁浮子液位计只用来显示液位值。当差压变送器工作异常时手动切换到磁浮子液位计测量值控制，差压变送器测量值只作为显示。

双液位计测量差值较大情况下的报警
1）报警实现方法

在上位机上组态一个点，定义为两个液位计测量液位值差值，并设定该点的报警上、下限，当达到报警限时站控画面上应有声音和变颜色提示，以便监控人员能及时发现工作异常的液位计，及时得到处置。

2）报警值的确定

磁浮子液位计的最大测量误差按照10 mm计算，差压变送器的最大测量误差按照28 mm计算（量程1400 mm，准确度±0.2%FS），所以建议将差值的报警上、下限分别设定为13 mm和−13 mm。

液位远程自动控制
液位的控制方式包括手动控制电动排污阀、用磁浮子液位计测量的液位值自动控制电动排污阀和用差压变送器测量的液位值自动控制电动排污阀三种。岗位操作员工可以根据具体情况选择一种控制方式，通过设定电动球阀开、关的液位值即可实现自动排液。正常情况下选择任意一种自动控制方式，一种液位计出现故障需要及时转换成另一种自动控制方式，特殊情况下也可以打到手动控制方式，即人为调整分离器液位。

使用中应注意的问题
磁翻板液位计操作
1）磁翻板液位计本体周围不容许有导磁物质接近，禁止铁丝固定，否则会影响磁翻板液位计的正常工作；

2）根据介质情况，定期冲洗液位计，清除杂质；

3）接线盒进线孔敷设好后要求密封良好，以免雨水、潮气等侵入而使远传仪表不能正常工作，检修或调试完成后应及时盖上盖子。

差压液位计操作
1）定期检查差压变送器零点，发现漂移过大要及时调校；

2）变送器投运时，应尽量排空导压管液柱内的气泡。由于变送器的量程只有几个kPa,这些积存的气体会影响测量的准确度并造成测量值的波动；

3）在平衡阀操作过程中，排污时可能引起报警，需及时排除。

结论
双液位计测量分离器液位方案的选取，是通过同一零基准，实现了两个液位计的远传信号测量结果的一致性，且在同一个液位计故障时报警。此方法结合两种测量方案的优点，可通过液位控制远程切换，确保分离器液位自动控制可靠运行，提高了无人值守集气站分离器液位数字化监控的准确度，从而有效降低无人值守站应急事件处理次数，提高工作效率。