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 电磁流量计在海上油田应用与故障
发布时间:2017-12-14

  埕岛油田于2000年7月开始注水,截止目前,采油二分公司已有注水井33口,日注水量已达3400m 3。井口注水量的测量所用仪表为电磁流量计,共有电磁流量计33台,全部为德国科隆IFM 4080型电磁流量计。其质量可靠、性能稳定、测量精度高、零点稳定性好,在海上获得了广泛的应用,但流量计为进口产品,维护难度较大,出现问题不易处理,造成流量计故障较多。
1 流量计出现故障的几种原因 
(1)内壁附着层
  由于电磁流量计测量含有悬浮固体或污脏体的机会远比其他流量仪表多,出现内壁附着层产生的故障概率也就相对较高。若附着层电导率与液体电导率相近,仪表还能正常输出信号,只是改变流通面积,形成测量误差的隐性故障;若是高电导率附着层,电极间电动势将被短路;若是绝缘性附着层,电极表面被绝缘而断开测量电路。后两种现象均会使仪表无法工作。
(2)雷电击
  雷电击在线路中感应瞬时高电压和浪涌电流,进入仪表就会损坏仪表。雷电击损仪表有3条引入途径:电源线、传感器与转换器间的流量信号线和激磁线。从控制室电源线路引入感应高电压和浪涌电流的几率最大,其他两条途径较少。
(3)环境条件
  如安装不善,流量计安装在容易滞留气体的高点;截流截止阀截流作用过大致使水流产生噪音、脉冲;接地系统不完善,加之海上管道为阴极保护管道,容易产生大的保护电流,使流量计易受到管道杂散电流的影响。
(4)转换器放大电路故障
  流体所产生的感应电动势非常微弱,有时甚至低到毫伏级,主要通过放大电路将信号放大后再进行信号处理,若放大电路故障,电磁流量计将无法正常工作。
(5)流体方面
  液体含有均匀分布细小气泡通常不影响正常测量,所测得的体积流量是液体和气体两者之和;气泡增大则会使输出信号波动,若气泡大到流过电极遮盖整个电极表面,使电极信号回路瞬时断开,输出信号将产生更大波动。
2 故障检查及解决措施
2.1 检查方法及检查内容
  通常检查环节包括电磁流量计本身的传感器和转换器以及连接两者的电缆,电磁流量计上位的工艺管道,下(后)位显示仪表连接电缆。
经常采用的检查手段或方法及其检查内容有以下几种:
(1)常规检查法: ①电阻法; ②电流法; ③电压法; ④波形法。
(2)替代法
  利用转换器和传感器间以及转换器内部线路板部件间的互换性,以替代法判别故障所在位置。
(3)信号踪迹法
  用模拟信号器替代传感器,在液体未流动条件下提供流量信号,以测试电磁流量转换器。
  检查首先从显示仪表工作是否正常开始,逆流量信号传送的方向进行。用模拟信号器测试转换器,以判断故障发生在转换器及其后位仪表还是在转换器的上位传感器发生的。若是转换器故障,如有条件可方便地借用转换器或转换器线路板作替代法调试;若是传感器故障需要试调换时,则必须停止运行,关闭管道系统,工作量较大,通常只有在作完其它各项检查时,最后卸下管道检查传感器测量管内部状况或调换。
2.2 故障检查原则
  先按流程全面考虑作初步调查和判断,然后再逐项细致检查和试排除故障。流程所列检查顺序的先后原则是:①可经观察或询问了解毋须较大操作的在前,即先易后难; ②按过去现场检修经验故障出现频度较高的零部件; ③检查本身的先后要求较高者在前。若经初步调查确认是后几项故障原因,亦可提前作细致检查。以下故障检查均按上述原则进行排序。
2.3 输出晃动故障检查及解决措施
输出晃动大体上可归纳为以下几方面故障原因:
(1)流动本身是波动或脉动的,实质上不是电磁流量计的故障,仅如实反映流动状况;
(2)管道末充满液体或液体中含有气泡;
(3)外界杂散电流等电、磁干扰;
(4)转换器放大电路故障。
以下分别讨论上述几个方面故障原因的检查方法和采取措施:
(1)检查安装流量计传感器的管系有否脉动扰动源。若流动本身波动,仪表输出晃动则是如实反映波动状况。可检查管线是否有波动源,包括仪表下游的控制阀流动特性和尺寸选用是否妥当,若选用不妥,可致使阀门产生振动;其他扰动源使流量波动,例如:传感器进口端垫圈伸入流通通道,垫圈条片状碎块悬在液流中摆动等。检查完毕可有针对性地采取措施。
(2)调查管道液体是否充满、液体中是否含有气泡。本类故障主要是管网工程设计不良使传感器的测量管未充满液体或传感器安装不妥所致。液体中含有气泡状气体,有从外界吸入和液体中溶解气体(空气)转变成游离状气泡两种途径。液体中含有气泡数量不多且气泡球径远小于电极直径,虽然减少了部分液体体积,但不会使电磁流量计输出晃动;较大气泡则因擦过电极能遮盖整个电极,使流量信号回路瞬间开路,则输出信号晃动更大。
(3)检查传感器是否良好接地。平台注水管线都为阴极保护管线,有时会产生较大阴极保护电流,若流量计接地不完善,则会对流量计产生电干扰。海上电磁流量计安装时都要求加装接地环,与管道牢固接地,接地电阻不大于10Ψ。检查流量计接地是否完善,接地电阻是否大于10Ψ,并有针对性改之。
(4)检查放大电路。将转换器两信号端子与接地端子短接,若转换器显示值能正常归零,说明放大电路正常,否则,放大电路故障,必须更换放大电路板或掉换转换器。
2.4 零点不稳定故障检查及解决措施
(1)检查管道是否充满、液体中是否含有气泡。管道未充满液体或液体中含有气泡主要是管网工程设计不良使传感器的测量管未充满液体或传感器安装不妥所致,可参考“输出晃动故障检查及解决措施”中的“管道末充满液体或液体中含有气泡”。
(2)检查流量计上下游截止阀、调节阀是否能够关严,若阀门关不严,则需维修或更换阀门。有时,现场判断微小的流动非常困难,可将流程改进为图1形式来判断。在流量传感器2前后的截止阀1、 4间设置小口径泄漏监视阀3,观察是否有泄漏量。
电磁流量计双阀关闭泄露监视流程图
3)检查传感器接地是否完善,接地电位是否变动。接地不完善使流量计受管道杂散电流影响使得零点不稳,检查方法可按照“输出晃动故障检查及解决措施”中的“外界杂散电流等电、磁干扰”进行检查。
接地电位的检查可将转换器工作接地端子与保护接地端子短路,以零点变动判断有否接地电位。若零点变动超过容许值时,说明接地电位发生变化,需与制造商联系解决。
(4)调查信号线路绝缘。信号回路绝缘下降会形成零点不稳。信号回路绝缘下降的原因包括包电极部位绝缘下降、信号电缆及其接线端子绝缘下降或破坏所致。信号回路绝缘电阻检查分别按电缆侧和流量传感器侧两部分进行,用兆欧表测试。找出下降原因,并有针对性改之。
(5)检查电极接触电阻和电极绝缘电阻。充满液体测量电极表面与液体接触电阻:流量传感器卸下信号电缆接线,用万用表分别测量每电极的接地电阻,两电极对地电阻值之差应在10%~20%之间。空管测量电极绝缘:放空测量管,用干布擦干内表面,待完全干燥后,用H 500V DC兆欧表测量各电极与地间的电阻值,阻值必须在100MΨ以上。若不符合要求,则需送制造厂进行修理。
2.5 流量测量值与实际值不符
(1)复核转换器设定值和检查零点、满度值。首先检查相配套传感器和转换器的GK值是否正确,因为这类失配的事件经常发生,还需复核口径、量程和计量单位等设定值,并检查转换器零点和量程。设定错误,更改设置即可。
(2)查管道充液状况和是否含有气泡。可参考“输出晃动故障检查及解决措施”中的“管道末充满液体或液体中含有气泡”。
(3)检查信号电缆系统。查连接电缆匹配是否适当,连接是否正确,绝缘是否下降。可详细检查是否存在以下5方面的问题。将所附整根电缆割断后重新连接,使用一阶段后连接处吸入潮气,绝缘下降;信号线末端未处理好,内屏蔽层、外屏蔽层和信号芯相互间有短接,或与外壳短接;不用规定型号(或所附)的电缆;传感器和转换器相距较远,未按规定用驱动屏蔽电缆;信号电缆需用2芯双重屏蔽的驱动屏蔽层。
(4)调查传感器上游流动状况,检查传感器测量道道内壁状况。传感器上游流动状况常因受安装空间限制,偏离规定要求,如靠近产生扰流的阻流件而无足够长度的直管段,这些会引入影响测量准确的因素。需改动传感器的安装位置,增加直管段长度。检查内壁附着层,若测量管内壁有附着层,则改变流通面积,使测量值与实际值不符。
(5)检测电极与液体间接触电阻和电极绝缘。方法可参考“零点不稳定故障检查及解决措施”中的“检查电极接触电阻和电极绝缘电阻”。
2.6 流量输出信号超满度值
(1)判别故障原因在转换器之前还是在转换器。先在管系和流量传感器内通水,静止无流动状态下将转换器两信号端子和功能地或保护地端子短路,观察转换器输出信号是否到零。若能到零,则可初步判断故障在转换之前而不在转换器本身,下一步可先重点检查连接电缆和传感器;若不能到零,则检查重心应在转换器,根据检查结果判断更换电路板或转换器。
(2)确认信号电缆完好性和两电极场与液体充分接触。若信号回路断开,输出信号将超满度值,因此本检查项目主要是核实流量信号回路完整通畅。信号回路包括电缆及其连接端子,流量传感器一对电极和电极间液体。除检查电路通断外,还应核实电缆型号,各接点的连接正确性,绝缘是否达到要求等。流量传感器电极末接触到液体,两电极均末接触到液体或一只电极末接触到,同样也断开了信号电缆,必须将流量传感器改装到能充满液体位置等排除电极与液体末接触的原因。
(3)复核转换器设定值的正确性,核查零点和满点。分离型电磁流量计出厂时,转换器和传感器口径、流量及设定参数进行实流校准,传感器和转换器必须一一对应。因此,先检查配套是否正确, GK值是否一致,再检查转换器仪表常数和各参数是否符合,然后再用模拟信号器复查零点。
(4)检查是否从液体引入电干扰。在无激磁电流情况下,用万用电表在两电极检测干扰电势。这一故障现象常出现于阴极保护管线上,可采取将电磁流量传感器与管线绝缘的措施,使电极与液体处于同电位。
(5)查转换器本身。转换器本身故障引起输出信号超满度值的原因较为复杂,它可由转换器内各单元线路中某一环节引起的。可利用当代电磁流量计线路板分成可互换相互独立的单元,采取试换备用线路板以替代法检查判别。
2.7 无流量信号
(1)查电源方面故障。首先确认己接入电源,再检查电源各部分。查主电源和激磁电流熔丝,若接入符合规定电流值新熔丝再通电而又熔断,必须找出故障所在点。查电源线路板输出各路电压是否正常,或试置换整个电源线路板。
(2)查连接电缆系统方面故障。分别查连接激磁系统和信号系统的电缆是否通,连接是否正确。
(3)查液体流动方向和管内液体充满性。液体流动方向必须与传感器壳体上箭头方向一致。对于能正反向测量的电磁流量计,若方向不一致虽仍可测量,但设定的显示流动正反方向不符,必须改正。
(4)查传感器完好性和测量管内壁状况。传感器常见故障有激磁线圈回路绝缘下降、内壁附着层两种。因海上的特殊环境,使得传感器电缆密封圈或端子盒盖密封垫片有时达不到密封要求而浸入水或潮气致使激磁线圈回路绝缘下降。接线端子受潮引起的绝缘下降,可采用热风吹扫,使之恢复绝缘。线圈受潮可拆卸外壳盖置于烘箱,以适当温度烘干。测量管内壁状况附着绝缘层或导电层的最可靠检查判断是卸下传感器离线直接观察,但工作量较大;亦可用在线间接检查方法,即测量电极接触电阻和电极极化电压估计附着层状况。若内壁有附着层,则必须用弱酸清洗测量管。
(5)查转换器本身障,采用以线路板备件和替代法试排除故障。
3 建议
1)安装手段的改进
  目前流量计的安装工艺是将管道法兰与流量计预先连接紧固,再与注水井口、注水干线焊接,该方法的弊端是焊接产生的高温通过阀门、法兰传递到流量计,若温度过高流量计传感器衬里有被熔蚀的危险,甚至将电极熔化,造成信号输出大幅波动。建议在保证良好密封的前提下,先将阀门、管线分别与井口、阀门焊接,流量计安装作为最后一道工序来安装,以避免衬里、电熔蚀。
(2)安装流程的改进
  受海况影响,中心二号注水站水质时常出现水质不合格的情况,同时,由于注水罐油帽流失,容易使传感器内壁出现附着层,甚至使覆盖电极,致使流量计无法正常工作。输出信号晃动是埕岛油田电磁流量计出现次数最多的,因此,建议将流程作如下改进,如图2,在流量计之前加装精细过滤器,过滤杂质,定期清除;安装传感器清洗流程,利用刮刀清除装置或弱酸清除传感器附着层。
电磁流量计在海水过滤、传感器清洗流程图
(3)管理机制的改进
  目前公司计量管理机制不健全,无专职计量管理人员,且人员变动大,不稳定,不利于计量管理。建议设立专职流量计管理岗位,专门负责流量计的日常维护、故障维修等,且岗位力求稳定,人员变动少,使管理人员尽快成才。
(4)检测仪器的配备
  电磁流量计专项检查项目繁琐、使用仪器多,目前公司普遍缺乏检测仪器,需配备多套模拟信号器、示波器、惠斯登电桥等测量仪器,提高故障检查成功率。
(5)职工培训
   电磁流量计为进口产品,使用方便、精度高、日常维护简单,由于职工从未进行专项培训,故障检查比较困难,出现故障只能更换,造成资金的大量浪费,建议组织进行专项培训,提高职工故障检查能力。

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