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鍋爐磁翻板液位計(jì)結(jié)構(gòu)原理與浮子發(fā)生卡阻的原因及對(duì)策
摘要:針對(duì)鍋爐磁翻板液位計(jì)在使用過(guò)程中浮子發(fā)生卡阻導(dǎo)致顯示失準(zhǔn)的現(xiàn)象,通過(guò)分析查找出存在問(wèn)題的原因,并從現(xiàn)場(chǎng)管理和設(shè)備本身的改進(jìn)上提出了解決問(wèn)題的方法及改進(jìn)建議,取得了良好效果。可對(duì)類(lèi)似工況條件下使用的鍋爐磁翻板液位計(jì)在故障處理和液位計(jì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)上提供參考。
GST 氣田燈四氣藏于 2014 年正式投入開(kāi)采,至2018 年底共投產(chǎn)氣井 25 口,集氣站 5 座。生產(chǎn)過(guò)程中,當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度較低的季節(jié),單井和集氣站分離器上使用鍋爐磁翻板液位計(jì)多次發(fā)生卡阻導(dǎo)致顯示失準(zhǔn)的故障。經(jīng)對(duì)液位計(jì)筒體、浮子等進(jìn)行清洗,能短暫恢復(fù)正常,但有效時(shí)間均較為短暫,一般長(zhǎng)則半月短則三兩天又會(huì)再次發(fā)生,嚴(yán)重地干擾到對(duì)氣井產(chǎn)水量的有效監(jiān)控及自控排液系統(tǒng)的運(yùn)行。
本文通過(guò)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)發(fā)生卡阻現(xiàn)象的多列鍋爐磁翻板液位計(jì)進(jìn)行故障的查找和原因分析,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況采取了相應(yīng)的解決措施,取得了較好的效果。對(duì)確保氣井正常生產(chǎn)具有重要意義。
1 鍋爐磁翻板液位計(jì)結(jié)構(gòu)原理
1.1 鍋爐磁翻板液位計(jì)結(jié)構(gòu)
磁性浮子式主要由主導(dǎo)管、磁浮子、上下引流管、排污閥、帶刻度尺的磁翻板、檢測(cè)桿等構(gòu)成。磁浮子安裝于主導(dǎo)管內(nèi),主導(dǎo)管內(nèi)下部有緩沖彈簧,上部有泄壓堵頭。
1.2 鍋爐磁翻板液位計(jì)工作原理
鍋爐磁翻板液位計(jì)是根據(jù)連通器原理和磁性耦合作用原理工作的。鍋爐磁翻板液位計(jì)通過(guò)上下引流管連接法蘭、上下控制閥與被檢測(cè)的分離器相連接,與分離器形成一個(gè)互通結(jié)構(gòu)。當(dāng)分離器內(nèi)液位高于液位計(jì)下引流管口時(shí),分離器內(nèi)液體進(jìn)入鍋爐磁翻板液位計(jì)主導(dǎo)管,主導(dǎo)管內(nèi)浮子隨分離器液位升降而升降,浮子內(nèi)的磁鋼通過(guò)磁耦合作用驅(qū)動(dòng)磁翻板上的紅、白翻柱翻轉(zhuǎn) 180°,當(dāng)液位上升時(shí),翻柱由白色轉(zhuǎn)為紅色,當(dāng)液位下降時(shí),翻柱由紅色轉(zhuǎn)為白色,磁翻板上的紅、白界位處為容器內(nèi)介質(zhì)液位的實(shí)際高度,從而實(shí)現(xiàn)分離器液位的就地顯示。
同理,安裝有檢測(cè)桿的液位計(jì),檢測(cè)桿內(nèi)部電器元件在浮子磁鋼作用下,產(chǎn)生電流的變化,這種變化被轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),可實(shí)現(xiàn)液位信息的就地顯示和遠(yuǎn)程傳送,用于液位監(jiān)控、報(bào)警或?qū)ε乓貉b置的自動(dòng)控制。
2 卡阻原因分析
分離器液位計(jì)浮子發(fā)生卡阻后,主要表現(xiàn)為磁翻板顯示停頓在某一示值,不論分離器內(nèi)液位如何變化,顯示值始終保持不變或變化較小,不能真實(shí)反映分離器內(nèi)液位的變化情況。
在實(shí)際處理時(shí),一般情況下,通過(guò)關(guān)閉液位計(jì)上下引流管控制閥后,開(kāi)啟主導(dǎo)筒下端排污閥進(jìn)行排污,觀察浮子位置變化情況。當(dāng)浮子能隨主導(dǎo)筒內(nèi)液位下降而下降,且開(kāi)啟控制閥后浮子能隨分離器液位變化而變化,表明故障處置成功。但對(duì)于該氣田上使用的鍋爐磁翻板液位計(jì)而言,這種處置方式經(jīng)常失效,主要表現(xiàn)為以下兩種情況 :一是磁浮子顯示不變,即磁浮子仍停留在原卡阻位置 ;二是磁浮子隨主導(dǎo)管內(nèi)液位下降而下降,但開(kāi)啟控制閥后磁浮子不會(huì)隨主導(dǎo)管內(nèi)液位上升而上升,故障問(wèn)題不能得到解決。此時(shí),需關(guān)閉控制閥,拆卸主導(dǎo)管下部法蘭,取出磁浮子,對(duì)磁浮子和管內(nèi)進(jìn)行清洗后才能恢復(fù)正常。由于清洗期間只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)分離器液位進(jìn)行監(jiān)控,以及清洗后故障仍可能**發(fā)生,對(duì)氣井產(chǎn)液情況的監(jiān)控造成了較大影響。
2.1 故障發(fā)生的主要原因
2.1.1 主要卡阻物分析
從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)鍋爐磁翻板液位計(jì)的安裝位置分析,固體物質(zhì)一般難于進(jìn)入液位計(jì)主導(dǎo)管內(nèi),清洗時(shí)發(fā)現(xiàn)磁浮子表面及主導(dǎo)管內(nèi)壁粘附有大量稠狀物,未發(fā)現(xiàn)表面結(jié)垢及水合物存在現(xiàn)象,故排除結(jié)垢或水合物凍堵導(dǎo)致磁浮子卡阻的原因。進(jìn)入主導(dǎo)管內(nèi)的物質(zhì)應(yīng)為氣井所產(chǎn)液體中的懸浮物,或因溫度變化而發(fā)生凝結(jié)的稠狀物。故導(dǎo)致磁浮子卡阻的主要物質(zhì)應(yīng)為該類(lèi)似黃油狀灰黑色粘稠物,其附著力較強(qiáng),采用常溫(在發(fā)生卡阻季節(jié)時(shí)環(huán)境溫度一般在 10 ℃左右)水洗方式很難將其清洗干凈,當(dāng)采用 40 ℃以上的溫?zé)崴逑磿r(shí),能比較容易清洗。經(jīng)化驗(yàn)分析,該粘稠物為氣井試油酸化時(shí)未排盡的殘酸及酸與地層巖石反應(yīng)生成物。當(dāng)溫度較高時(shí),其粘度較低。當(dāng)溫度較低時(shí),其粘度隨之增加,導(dǎo)致分離器液位計(jì)在環(huán)境溫度較低的季節(jié)發(fā)生卡阻的故障頻率上升。
2.1.2 采用常規(guī)排液沖洗不能排除故障的原因
在一般情況下,鍋爐磁翻板液位計(jì)發(fā)生卡阻現(xiàn)象,只需要反復(fù)開(kāi)關(guān)幾次主導(dǎo)管下部的排污閥進(jìn)行短暫的排污沖洗,使磁浮子在主導(dǎo)管內(nèi)產(chǎn)生反復(fù)位移,卡阻介質(zhì)隨氣流被排出后即可消除故障。但在 GST 氣田上使用的液位計(jì),采用該方法時(shí),經(jīng)常發(fā)生排污通道被堵塞的現(xiàn)象。通過(guò)拆卸主導(dǎo)管下部法蘭,發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致排污通道堵塞的原因主要是由卡阻介質(zhì)與液位計(jì)結(jié)構(gòu)缺陷共同作用所導(dǎo)致。
發(fā)卡阻時(shí),當(dāng)磁浮子外壁及主導(dǎo)管內(nèi)壁均附有粘稠狀物物質(zhì),磁浮子外徑僅比主導(dǎo)管內(nèi)徑小約 5~10 mm,在粘稠狀卡阻介質(zhì)作用下,浮子被粘附與管壁。在排污操作中,主導(dǎo)管內(nèi)液體下降速度過(guò)小,磁浮子的重力不足以克服磁浮子與管壁的粘附力時(shí),磁浮子仍被粘接于管壁位置,卡阻故障不能得到解除。
當(dāng)磁浮子重力大于其與管壁的粘附力時(shí),磁浮子隨排污液下沉至緩沖彈簧。在實(shí)際拆卸檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn),由于個(gè)別廠家緩沖彈簧彈力過(guò)小或圓柱形彈簧直徑較大,在壓差作用下,磁浮子下降壓縮彈簧,其下端面直接降至排污出口處。由于磁浮子兩端為半圓形結(jié)構(gòu),法蘭內(nèi)部排污口為圓形,兩者接觸處形成較為嚴(yán)密的接觸,加之沉降于主導(dǎo)管底部的粘稠物的密封作用,磁浮子下端面對(duì)排污口形成了堵塞,磁浮子本身被主導(dǎo)管內(nèi)部剩余壓力壓緊在排污口上。在重新啟用液位計(jì)時(shí),分離器內(nèi)的液體進(jìn)入主導(dǎo)管,在主導(dǎo)管內(nèi)外壓差作用下,此時(shí)即便磁浮子被完全浸泡在液體中,其所產(chǎn)生的浮力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能克服壓差對(duì)磁浮子的下壓力,磁浮子被壓緊在液位計(jì)主導(dǎo)管底端不能上浮,故故障不能得到排除。
3 解決措施
該氣田所產(chǎn)液體主要為反排的酸化作業(yè)液,作業(yè)液中的膠凝酸及反應(yīng)生成物等在進(jìn)入地面工藝流程后,由于氣流溫度較高且流速較快,不會(huì)對(duì)主要生產(chǎn)通道形成堵塞,但在液位計(jì)等流速較慢且受環(huán)境溫度變化影響較大的部位,形成的稠狀物會(huì)對(duì)磁浮子位移造成影響。因此,在現(xiàn)場(chǎng)采取對(duì)鍋爐磁翻板液位計(jì)進(jìn)行恒溫電伴熱加熱措施,在環(huán)境溫度< 15 ℃時(shí),電伴熱帶自動(dòng)啟用,解決了鍋爐磁翻板液位計(jì)卡阻故障問(wèn)題,取得了較好效果。
4 結(jié)論及建議
(1)對(duì)于不同的氣田,氣井所產(chǎn)液體性質(zhì)不盡相同,導(dǎo)致鍋爐磁翻板液位計(jì)發(fā)生卡阻故障的原因也可能有多種,對(duì)于因環(huán)境溫度下降導(dǎo)致液體內(nèi)某些物質(zhì)物性變化所引起的卡阻現(xiàn)象,可采用上述局部電伴熱的方式加以解決。
(2)對(duì)于采用圓柱形緩沖彈簧的液位計(jì),安裝前建議更換為塔型彈簧,以免在排污時(shí)磁浮子底端面與法蘭出口形成密封影響解卡措施。
(3)對(duì)于已安裝使用的鍋爐磁翻板液位計(jì),在無(wú)合適的塔型彈簧更換時(shí),可對(duì)圓柱形彈簧頂端一圈形狀進(jìn)行永久性變形處理,使之在被壓縮后,變形處彈簧絲位于液位計(jì)主導(dǎo)管底法蘭排污口中間位置。這樣,在磁浮子下降時(shí),其底端半圓形結(jié)構(gòu)不會(huì)與排污出口形成密封,可解決排污出口被堵塞的問(wèn)題。