宋永強,周華亮,王后偉,朱元東,董濟水
FPSO液位遙測系統(tǒng)分析
宋永強,周華亮,王后偉,朱元東,董濟水
(海洋石油工程(青島)有限公司,山東青島 266520)
液位遙測系統(tǒng)是FPSO(浮式生產儲存卸油裝置)重要的控制系統(tǒng),直接關系到FPSO在海上航行的安全性。著重介紹了幾種常用的FPSO液位測量方法,及液位計安裝注意事項,對其工作原理進行了分析,對FPSO液位遙測系統(tǒng)進行了概述和展望。
FPSO 液位計 超聲波 雷達
FPSO(浮式生產儲存卸油裝置)液位遙測系統(tǒng)用來實時監(jiān)測和控制燃油艙、污水艙、壓載水艙、容器罐等位置的液位,是重要的控制系統(tǒng)。船艙采用分布式結構,船艙惡劣的環(huán)境因素(振動、高溫等)。液位遙測系統(tǒng)集成數據采集技術、傳感器技術、現(xiàn)代計算機控制技術、計算機通訊技術和人機界面接口技術,其可靠性不斷提高。
在FPSO液位遙測系統(tǒng)中,現(xiàn)場液位測量所采用的液位計主要分為壓力式液位計、雷達液位計、超聲波液位計,其他類型有光纖液位計等。
壓力式液位計一般采用陶瓷或擴散硅傳感器,液體壓力直接或者間接作用于傳感器膜片,壓力與被測介質高度成正比。變送器將測量的壓力信號轉換成標準電流信號,傳輸給智能液位顯示控制儀。這種液位變送器體積小,安裝簡便,長期穩(wěn)定性高,溫度漂移小,具有較高的線性度,準確度高[1],壓力式液位計安裝示意圖如圖1示。
圖1 壓力式液位計安裝示意圖
雷達液位計按照電磁波傳播方式可分為接觸式和非接觸式兩種,在艙室環(huán)境一般應用接觸式傳感器,電磁波不是沿空氣傳播,而是沿著一根導波管傳播消除雷達波束角,提高雷達探測性能[2-3]。導波管一般從罐頂升入直插罐底,當微波沿導波管向下傳播,達到不同介電常數的物料面時,部分能量被反射,沿導波桿反射回天線;檢測線路根據微波來回的時間差(頻率差),即可計算出液位高度。突出優(yōu)點是能耗低、抗干擾性強、精度高。
圖2 雷達液位計安裝示意圖
超聲波液位計是非接觸測量中發(fā)展最快的一種儀表。它基于超聲波遇到被測物體表面產生反射的原理,以及所測距離與時間成函數關系的原理而工作。超聲波液位計具有測量范圍寬、測量不受介質密度和介電常數的影響等優(yōu)點,適用于氣體、液體或固體等多種測量介質。因此它的適用范圍非常廣泛,包括油罐、氣罐等不同場合,還可以應用于粘稠、腐蝕性以及有毒液體等的液位測量中,安裝示意圖如圖2所示。=近端測量距離;=遠端測量距離;=發(fā)射探頭至待測物表面的距離;=液位;=最大液位。
圖3 超聲波液位計安裝示意圖
光纖液位計分常壓型與帶壓型兩種。它們都是利用力平衡原理實現(xiàn)液位的檢測。光纖傳感器在現(xiàn)場應用的是光信號,而不是電信號,安全可靠,在傳輸路徑上不受任何電磁干擾。但因價格昂貴,未大量推廣應用[4-5]。
對各型液位計測量原理的基本介紹,可以看出各常用類型的液位計都能比較精確地測得液位值,并且理論上都能應用于FPSO的液位遙測系統(tǒng)。但是由于精度、測量環(huán)境的適用性等因素的限制,目前在FPSO的液位遙測系統(tǒng)中主要采用的還是壓力式液位計、雷達液位計、超聲波液位計來進行液位測量,這三種液位計成為目前液位遙測系統(tǒng)中的主流液位計。現(xiàn)針對這三種液位計的測量方法進行比較,比較結果如表1所示。
表1 FPSO液位遙測常用液位測量方法比較
通過研究FPSO常用類型的液位計的安裝方式和特點,并對他們的原理分析,可以看出,海上FPSO項目應該根據自身的綜合要求選擇合適的液位測量方法。
壓力式液位計安裝注意事項:
1)壓力式液位計探頭通常投入直徑大于液位計直徑的的PVC管、鋼管,管道固定在介質中;
2)液位計探頭要投到容器底部但不要接觸底部;
3)壓力式液位計不能在超高溫、超量程、強磁場環(huán)境嚴重影響液位計的精度和使用壽命;
4)嚴禁用硬物碰觸壓力傳感器膜片;
5)接線嚴格按照廠家提供的說明接線;
6)安裝過程如果出現(xiàn)異常,應立即停止安裝,并聯(lián)系廠家咨詢解決;
雷達液位計安裝注意事項:
1)雷達液位計安裝接管不能太長,否則會造成虛假反射;
2)雷達液位計不能安裝在半球形或拱形罐頂,否則傳感器接收的虛假回波會增強。最佳安裝位置在半徑的1/2處;
3)必須將雷達傳感器的軸線位置垂直對準被測介質表面,否則測量信號會減弱;
4)注意波導管是否安裝正確;
5)安裝前,被測介質表面如有泡沫需采取措施處理后再進行安裝;
超聲波液位計安裝注意事項:
1)超聲波液位計應水平置于容器頂部,安裝位置應避免強振動區(qū)域,堅固安裝;
2)超聲波收發(fā)傳感面應與液面平行;
3)超聲波收發(fā)傳感面應避免靠近容器側壁;
4)同一容器內不要安裝多臺超聲波液位計,超聲波互相干擾會導致測量誤差;
5)超聲波波束所輻射的范圍內,不能有障礙物,安裝時用盡量避免艙室內的設施;
6)安裝地點應盡可能遠離產生強電磁干擾的設備;
7)安裝位置應避免陽光直射,露天安裝應加防護罩。
目前,F(xiàn)PSO液位遙測系統(tǒng)主流實現(xiàn)方式為PROFIBUS-DP控制技術,即分布式主從站現(xiàn)場總線技術,一般由數據采集處理主站、信號采集從站、顯示終端(可為觸摸型)及現(xiàn)場傳感器組成,系統(tǒng)原理圖4如下:
圖4 液位遙測原理圖
系統(tǒng)各個主從站之間以PROFIBUS DP形式進行通訊,左右舷兩個顯示終端以PROFIBUS DP形式與系統(tǒng)主站進行通訊,中控室顯示終端(計算機)以及機艙值班室顯示終端則以以太網TCP/IP網絡與系統(tǒng)主站進行通訊[6]。系統(tǒng)從站由信號采集模塊和通訊模塊組成,各個從站將采集到的數據傳送到主站進行計算處理,同時接受主站傳來的數據。計算機作為一個顯示終端,可以顯示各艙的液位、重量、體積等現(xiàn)場參數,并可以進行傳感器標定以及系統(tǒng)參數設定工作。左右舷顯示屏可以顯示系統(tǒng)內所有艙室的液位及相關數據,它們顯示的內容以及操作權限與主站的計算機完全一致。
液位遙測系統(tǒng)功能特點如下:
1)可以對FPSO艙室、容器罐進行液位遙測,能夠遠程適時監(jiān)測介質液位等狀態(tài)數據;
2)能夠獨立測量液位,還可以配合其他控制系統(tǒng)檢測FPSO重心、吃水等狀態(tài)數據;
3)液位遙測系統(tǒng)具有自查功能,不僅僅能準確顯示每個監(jiān)控點的數據信息和報警信息,還能夠檢測系統(tǒng)運行過程中是否存在故障,并且發(fā)現(xiàn)故障后可以定位故障發(fā)生點,為船舶工作人員提供可靠的系統(tǒng)維護支持。
對FPSO液體艙的液位進行遙測是非常必要的,也是可行的,選取性能可靠、穩(wěn)定、量程合適的傳感器是進行液位遙測的基礎。對于連續(xù)液位,可以選用多種儀表進行測量,針對各種工況的特殊性,應采用不同原理的測量儀表以獲得最優(yōu)的測量效果。由于測量儀表的不斷革新,現(xiàn)場總線技術也不斷地應用到FPSO的液位遙測系統(tǒng)中,相信整個液位遙測系統(tǒng)可靠性、智能化將不斷提高。
[1] 劉喜元, 黎漢軍. FPSO液體艙液位遙測方法及數據分析[J]. 船海工程, 2005, 24(4): 10-12.
[2] 崔曉俊, 季建華. FPSO液位遙測系統(tǒng)中的新技術應用[J]. 船舶工程, 2007, 29(3): 72-74.
[3] 徐占峰, 張娟.雷達液位測量技術在海洋工程中的應用[J]. 船舶工程, 2007, 29(5): 83-85.
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[6] 甘輝兵, 張建, 張均東, 等. 基于PLC的船舶閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 大連海事大學學報, 2007, 33(S2): 149-151.
Analysis of level telemetry system of FPSO
Song Yongqiang, Zhou Hualiang, Wang Houwei, ZhuYuandong, Dong Jishui
( Offshore oil engineering (Qingdao) Co., Ltd., Qingdao 266555, Shandong, China)
U664.82
A
1003-4862(2022)08-0077-03
2021-12-14
宋永強(1981-),男,碩士研究生。研究方向:浮式生產儲油船工程設計。Email:songyq3@cooec.com.cn