磁致伸縮液位變送器跳變原因研究與處理方案與處理方案

作者：徐從成

 

 

 

 

 

1 前言

       2015年，中海油深圳分公司進行了電儀關停專項調查，調查統計顯示2010年~2015年分公司由于液位計故障引起的生產關停共計57例，磁致伸縮液位變送器故障跳變導致的生產關斷15次。在設備臺件數量多、故障發生頻繁的實際情況面前，怎樣分類識別故障原因和最終消除風險，成為急需要解決的難題。

2 磁致伸縮液位變送器工作原理

       磁致伸縮液位變送器采用磁致伸縮測量原理，在非磁性探桿內安裝磁致伸縮線，由變送器表頭內的晶振沿磁致伸縮線發出電流脈沖，電流脈沖產生的磁場與磁浮子恒定磁場相互作用，在磁致伸縮線與浮子的交點產生一個扭力矩波，并以固定的速度沿磁致伸縮線兩端傳送至壓磁傳感器，而壓磁傳感器、晶振均與底板相連，底板與模塊相連，經模塊上面CPU處理，得知發射電流脈沖時間為T1時刻，壓磁傳感器接收力矩波的時間為T2時刻，那么每一次發送接收的時間有一個時間差△T=T2—T1，根據物理公式H=V×△T，高度與時間成線性關系，從而確定浮子的位置，浮子的位置也就是實際液位的位置，從而測出液位。

3 故障現象

       二級分離器液位變送器 LIT2012 測量值由正常液位1600mm左右忽然跳變至2625mm，觸發ESD系統LAHH2012高高關斷信號，導致生產關停。火炬分液罐液位變送器LIT3422也有同樣現象發生并造成了生產關停。

4 故障原因分析及檢查方法

（1）浮子受介質腐蝕或劇烈碰撞發生破損，導致浮子位置處于變送器探桿量程范圍外，液位變送器沒有檢測到浮子，輸出20.96mA。

檢查方法：拆檢浮子，使用清洗劑及百潔布對浮子進行清潔，通過外觀檢查和浮力測試，檢查浮子受損或腐蝕情況。

（2）磁致伸縮液位變送器設備質量存在問題，處理模塊、內部晶振或壓電傳感器等電子元器件容易受溫度、振動等外部因素影響，存在元件損壞、接線脫落的可能。

檢查方法：測量晶振和壓電傳感器線間電阻和絕緣電阻，可以判斷設備內部電路設備連接情況。對地電阻值應在30M以上或是無窮大；晶振線間電阻阻值一般在4Ω~6Ω左右。

通過測量晶振和壓電傳感器線間電阻和絕緣電阻，可以判斷設備內部電路設備連接情況。對地電阻值應在30MΩ以上或是無窮大；晶振線間電阻阻值一般在4Ω~6Ω左右。

原因分析：2014年某設施投產前，閉排罐和污油罐液位變送器通過以上方法測量得知內部晶振線路斷開；在檢查化學藥劑撬液位變送器LIT-3605A跳變故障時，檢測到晶振電阻值無窮大，可以判斷設備本身質量問題是導致液位跳變誤關斷的重要原因。

（3）液位計選型錯誤：平臺使用的液位變送器傳感器使用316不銹鋼材料，過程溫度-320℃~121℃，現場原油處理系統浮筒內介質在電伴熱加熱下溫度高于設備允許值。例如一級分離器液位變送器LIT-2002跳變故障檢查時，發現變送器溫度等級為H1（耐溫80℃），而測量浮筒內實際溫度在160℃左右，液位計無法正常工作，更換為H2等級（耐溫134℃）備件后，液位變送器恢復正常工作。

         原因分析：通過對現場液位變送器進行排查，一級分離器油相液位變送器LIT2002液位變送器選用等級為H1級，不符合現場實際使用需求，液位計在運行過程中發生多次跳變故障。可以確定液位計選型錯誤，可能導致液位變送器測量值在高溫下發生故障跳變，是液位跳變的重要原因。

（4）門檻電壓設置不合適。

       門檻電壓是一個可調的控制范圍，處于門檻電壓范圍內的信號將被屏蔽，若壓電傳感器測量脈沖電壓低于門檻電壓值，液位變送器CPU模塊判斷為信號丟失，輸出故障狀態信號20.96mA或3.61mA。

        原因分析：設備在高溫狀態下導致的扭力波衰減不可測，但通過調整門檻電壓可以短暫恢復液位變送器的正常工作。

        在2016年5月將LIT2012液位變送器電伴熱整改后，浮筒內介質溫度穩定在90℃以下，經過3個月的觀察，LIT2012液位變送器沒有發生過一次故障跳變，而在改造前，LIT2012故障跳變次數有10次以上，從而可以確定高溫也是造成液位變送器測量值跳變的原因之一。

5 解決措施

針對磁致伸縮液位變送器跳變的故障現象，采取了以下兩種方式方法。

一是從液位變送器維護、安裝、選型和環境溫度等方面著手，消除液位變送器產生故障跳變的潛在因素。二是優化變送器故障報警開關設置和ESD系統邏輯功能，達到即使液位變送器發生故障跳變，也不會發生ESD3級生產誤關斷事故的目的。

（1）從液位變送器安裝、維護和選型等方面著手，消除液位變送器產生故障跳變的潛在因素。

①將液位變送器安裝在無振動的區域，或者加固以減少震動。

②測量晶振和壓電傳感器線間電阻和絕緣電阻，變送器對地電阻值應在30M以上或是無窮大，晶振線間電阻阻值在4~6歐姆左右。

③確認現場選型合理，低溫型的不能用于高溫場所。

④確認門檻電壓設置合理。

（2）采取措施防止故障跳變時觸發ESD3級生產關斷①磁致伸縮液位變送器故障輸出可以通過改變跳線位置的方法，選擇故障狀態下輸出信號20.96mA或3.61mA。此方法適用于部分H/LL關斷等級不同的液位變送器，可以降低關斷損失。

對于部分HH/LL存在相同關斷等級的液位變送器，故障狀態下輸出信號20.96mA或3.61mA都會產生生產關斷，通過跳線設置無法滿足降低關斷損失需要，必須通過另外的方法進行解決。

②針對跳線設置無法避免生產關斷的液位變送器，通過優化中控ESD系統邏輯程序，設置液位測量信號大于或等于20.50mA并且持續延時時間超過1S，則邏輯結果判斷為液位變送器故障，不產生關斷，只發出故障報警；當低于20.50mA的測量值且滿足1S延時條件的HH報警值，將被允許正常參與ESD 邏輯關斷表決，增加故障判斷功能來進行徹底解決。

正常功能驗證：使用Fluke754過程校準儀并聯連接液位變送器，模擬輸出20.00mA進行1S延時驗證，分別測試低于和高于1S時間的兩種邏輯狀況。驗證結果為當延時低于1S時，系統產生報警但未輸出關斷；高于1S時，系統報警并發出關斷信號。延時功能測試成功。故障功能驗證：使用信號發生器并聯連接液位變送器，模擬輸出20.60mA信號并延時1S以上，系統報警但未輸出關斷信號，故障功能驗證符合要求。兩個方案同時實施，可以實現液位變送器發生故障跳變時，應急關斷系統不會因故障而觸發ESD3級誤關停事故。

6 效果評價

        磁致伸縮液位變送器故障跳變導致了多起生產關斷，每次關斷將造成平臺至少1個小時的生產關停，給平臺生產造成巨大經濟損失。以某日產4200m3采油平臺為例，按照當前匯率和國際油價，可以計算出一次誤關停將至少造成經濟損失：1×4200/24×6.29×6.80×60=449106元通過對液位變送器改變跳線設置和優化ESD邏輯程序，消除了液位變送器跳變故障對平臺正常生產的危險隱患。同時此方案沒有產生額外費用，可操作性強，可應用推廣到其他平臺相同類型儀表設備中。

 

 

 

 

 

 

 

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