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電磁流量計在油田地面工程中的選型和應用詳談

來源:作者:發表時間:2018-12-06 11:37:11

 [ ] 油田地面工程中,儀表專業的提資對管道專業配管設計、大宗材料采購和管道安裝有著重要影響,而管道設計和安裝對儀表檢測精度也有反饋作用,二者相輔相成。本文以國外某油田中心處理站為例,重點探討儀表專業和管道專業的分工界面以及需要注意的問題,為同行設計人員提供一些參考。

油田地面工程建設是一項系統工程。管道專業是項目詳細設計階段和施工階段的主導專業,貫穿于項目的全過程,起著承上啟下的作用[1]。詳細設計階段,儀表專業作為上游專業,需要給管道專業提供安裝要求等設計輸入。施工過程中,儀表工程一般在工藝管道完成70%的基礎上,才能全面開展安裝工作[2]。因此在整個項目周期中,儀表專業與管道專業需要不斷地銜接和協作,二者需要明確設計分工,協調好專業間的工作界面,以提高設計效率,保證工程質量[3]。筆者根據參與幾個油田地面工程建設項目中的經驗,探討分析儀表專業和管道專業的界面問題。

1 儀表專業和管道專業的界面流程對于海外油田地面建設項目,儀表工程雖然在項目中投資比重相對較小,但因采購、生產制造周期等因素,儀表工程的方案審訂及招投標準備工作都早已開展。詳細設計之初,儀表專業內容會體現在工藝流程圖中,下發至管道專業,同時儀表專業針對流程圖上儀表元件給管道專業進行書面提資安裝等設計要求,并編制儀表與管道

工作范圍的典型分工圖。需要強調的是,儀表專業不能認為書面提資之后就完成了對管道專業的信息傳遞,十分必要向管道專業進行詳細的提資交底,并針對提資內容做原理介紹。因為一般而言,儀表專業對管道專業并不具備深厚的管道專業背景,有些提資儀表專業做了寬泛要求,但從管道專業角度看這個要求并非合適或者達不到要求。

如儀表元件基本上都是不銹鋼材質,在異種鋼接觸時需要增加絕緣套件,提資時統一類型為“類型F”,實際上根據壓力等級差別,選用的墊片類型并不同。再如電磁流量計翻邊與接地環之間需要聚四氟乙烯PTFE墊片,而對于法蘭磅級≥600磅,PTFE墊片并非理想的高強非金屬墊片而應該采用加強柔性石墨墊片。因此儀表專業和管道專業的面對面技術交底是設計階段十分重要的一項工作。通過技術交底,將儀表和管道專業的任務分工、知識共享、專業互補傳達給每一個管道專業人員,避免管道建模時因專業知識受限和理解偏差造成錯誤。通常將管道上儀表元件稱為在線儀表件,這部分元件需要管道專業基于儀表專業提資進行三維建模。但是非在線儀表件如儀表主橋架、分支橋架、接線箱、探測器、引壓線等布置是否也需要管道專業人員建模,值得商榷。

國外主流工程設計院儀表專業一般配有專門的繪圖員,負責此部分設計建模工作和下游的結構土建專業提資,以及后期的施工圖工作。國內有大部分設計院因儀表專業技術人員人力緊張將此部分建模工作范圍劃歸管道專業。尺寸大小、布置要求等需要儀表專業給管道專業提資。對管道專業而言,建模水平和整體布置,他們具有專業功底,建模不成問題。但管道專業的施工用ISO單線圖并未經儀表專業會簽,儀表專業如何實現提資后跟進?因此,對儀表專業而言,需要定期對模型進行核查,確認管道專業按照提資要求進行了建模工作,并反饋儀表專業審查意見,這也是儀表專業自檢自查工作的一部分。此外,重要的模型審查會議如30%60%90%模型審查儀表專業必須參加,接受或解釋業主關于儀表件布置的相關意見。

儀表元件的廠家資料審查,一般會涉及到法蘭連接面、壓力等級、尺寸。儀表專業作為牽頭專業,需要將廠家文件發送管道專業審查,并要求管道專業獲取建模所需要的信息。管道專業根據廠家資料在模型中更新儀表件尺寸,進行空間占位并調整布局圖,按照實際大小體現在模型中,避免現場安裝時出現干涉。

2 儀表專業和管道專業的具體界面

2.1 儀表橋架

儀表橋架作為儀表專業電纜通道決定站場內管道的管廊或管墩布置方案,并且要求繁雜[4,5]。如儀表橋架與電力電纜橋架(500V以下)平行敷設的凈距至少為800mm,十字交叉時至少300mm。儀表電纜橋架與高壓電纜橋架(500V以上)間距至少為2500mm,十字交叉時至少300mm。儀表橋架與普通非高溫的工藝管線間距要≥200mm,與熱力管線(如導熱油管線)的間距至少為1000mm。儀表橋架均采用搭接板螺栓緊固,搭接處不是承力構件,因此橋架支撐要求≤3m。除此以外,橋架自身寬度及其與電纜重量也會影響管道的布置及后期的土建結構。因此,在30%模型審查時,儀表專業必須給管道專業提完此部分的詳細資料,以免后期改動影響項目進度。

2.2 流量計

油田地面工程中常用的流量計有孔板流量計、電磁流量計、渦輪流量計和熱質式流量計。

為獲得正常測量精度,流量計上下游都要有一定長度的直管段。通常,孔板流量計前10D5D,電磁流量計前5D3D,渦輪流量計前20D5DD指管道公稱直徑,以流量計尺寸計算而并非管道尺寸,因為經過計算并非所有的流量計尺寸與在線管道尺寸一樣,流量計尺寸小于等于管道尺寸。

對于孔板流量計當尺寸小于等于3”,孔板將采用300磅壓力等級,高于管道法蘭壓力等級,需要管道專業注意調整法蘭磅級。引孔板流量計需要在孔板法蘭上進行取壓且帶有切斷閥,取壓通常是向上45°或向下45°,管道布置時需要考慮此部分空間,防止碰撞。電磁流量計采用內襯PTFE,流量計與配對法蘭之間有接地環及其兩側各一墊片。關于此墊片材質:流量計側為非金屬墊片,配對法蘭側根據法蘭材質決定為金屬纏繞墊或非金屬墊片。該部分界面還會影響到螺栓長度,造成螺栓比實際規范的長度更長。渦輪流量計一般要求廠家供貨,包含了前后直管段。熱質式流量計安裝在豎直管線上,因其從管道徑向對稱內伸入管道,應考慮內伸后不至于兩個探測器碰撞。此外,需要注意的是:流量計傳感器本身不能作為荷重支撐點,它不能支撐比鄰的工藝管道,因此其前后管道承重需要有單獨支撐。

2.3 液位計及液位傳送器

油田地面工程中儲油罐、新鮮水罐、含油污水緩沖罐、撇油罐、凝液分離器等儲罐分離設備容器多,安裝的液位計樣式種類不同,有磁浮子液位計、差壓液位變送器、磁致伸縮側裝液位變送器、非接觸式導波雷達液位計、射頻導納液位計等。這些液位計通常帶有排空、放凈閥門,液位計本體與管道、設備的結構均為法蘭連接。儀表專業與管道專業界面原則:一般以儀表法蘭為界,管道專業提供配對法蘭、緊固件及絕緣套件。需特別強調:管道專業必須根據儀表專業的提資準確定位界面法蘭的高度,防止安裝時與液位計對接不上。對于需要同時安裝就地磁浮子液位計和差壓液位變送器之處,如低壓放空管道的積液包處,二者的界面法蘭高度必須一致,否則液位監測不準造成儀表閥門開關失效。對于安裝在儲蓄池上方的非接觸式導波雷達液位計,儀表專業必須與管道專業配合確定好池內高度及池子蓋板厚度,避免影響雷達探測傳送。

2.4 壓力表及壓力變送器

壓力儀表主要有壓力表、壓力變送器、差壓表和差壓變送器。一般分界原則:壓力儀表的根部閥、緊固件及絕緣套件為管道專業。儀表專業需要核查儀表閥門的公稱壓力是否滿足,如處于超出或接近法蘭溫壓曲線邊界,需要對此閥門提高磅級并反饋給管道專業。壓力儀表根據結構分為一體式和分體式,儲罐頂的壓力變送器為分體式壓力儀表。分體式壓力儀表需要在根部閥的盲法蘭上鉆螺紋孔,因此,此片開孔盲法蘭也歸屬管道專業,同時需要考慮法蘭材質與壓力表引壓線匹配。對于一體式壓力儀表,因其連接端為多__閥組法蘭,與管道法蘭的螺栓需要加長處理。筆者結合近幾個項目實際發現,壓力儀表廠家文件一般較晚審查,基本上在90%模型審查之后,該部分工作會制約管道專業建模關閉和出施工圖。因此在軸測圖施工版之前必須完成廠家資料的關閉,避免因廠家資料變化造成螺栓采購浪費以及現場圖紙改動工作。如有涉及到需要增加絕緣套件的,建議套筒長度不做細分,采購整條套筒現場按實際長度截取。對于差壓計和差壓變送器,需要強調的是其安裝方向及安裝位置,避免安裝經過壓降元件,造成差壓測量精度不準確。

2.5 溫度計及溫度變送器

溫度計和溫度變送器的界面為本體法蘭,配對法蘭、緊固件及絕緣套件為管道專業范圍。值得注意的是,溫度計和溫度變送器有探測器,為此對直管段有要求,通常以管道內1/22/3為宜[5]。當溫度儀表和壓力儀表安裝較近時,確保溫度儀表在壓力儀表下游,避免探測器對流體造成擾動影響壓力監測精度。

2.6 儀表閥門

儀表閥包括控制閥、開關閥、安全閥等,界面也是在閥門本體法蘭。控制閥的閥體通常是蝶閥、截止閥,開關閥的閥體通常有球閥。在國外工程公司,這些儀表閥門的評標或者廠家資料審查大多由儀表專業牽頭,儀表專業會對此閥門有特殊要求,比如關斷時間、密封等級等,閥體的類型一般參照管道專業技術規格書要求。值得管道專業注意的是,控制閥是有介質流向的,安裝過程中必須根據閥體的箭頭方向,沒有標注箭頭的控制閥需要與儀表專業人員確認后再進行安裝。控制調節類和關斷類儀表閥安裝都要求在水平管道上,盡可能接近被控對象或設備,開關閥考慮到執行機構等附屬設備的大小,一般需要管道專業預留出周圍2m空間,防止與管道件和儀表元件碰撞。氣動控制閥和開關閥需要管道專業提供儀表風動力源,與儀表側過程連接接口規格為1/2”美標外螺紋,儀表風管線延伸到閥門周圍1m范圍。

2.7 分析儀

油田地面工程中分析儀一般有含水分析儀、樣品分析儀等,儀表專業與管道專業的界面為儀表本體法蘭。儀表專業主要是對分析儀在管道上的安裝有要求,如分析儀安裝在水平管道,含水分析儀要求逆介質流向45°安裝,管道專業需要考慮分析儀的維護和操作空間。

3 施工注意

儀表設備大都是高精尖產品,對施工精度和要求較高,暴力等不文明施工對儀表閥門和設備影響很大。例如流量計儀表傳感器鄰近管道在進行焊接或火焰切割時,要采取隔離措施,防止襯里受熱,且必須確認儀表轉換器信號線未連接,防止損壞轉換器。水平安裝時要使電極軸線平行于地平線,不要使其垂直于地平線,因為處于底部的電極易被沉積物覆蓋,頂部電極易被液體中偶存氣泡擦過遮住電極表面,使輸出信號產生波動。通常,儀表設備不參與管道吹掃、試壓工序,一旦儀表安裝完好后,管道作業必須充分考慮到對儀表設備的保護,以免造成損壞。

4 總結

在油田地面工程項目中,儀表專業和管道專業相輔相成,相對獨立又不可分割。儀表專業需要給管道專業提資,涉及管道安裝部分如連接端信息、長度尺寸等廠家資料需要管道專業審查,以便在模型階段將信息進行反饋。二者的結合才能確保現場安裝、儀表功能完好的實現,以便減少現場修改、返廠等情況給施工造成經濟損失。