1 “假液位”的形成機(jī)理 響導(dǎo)致的。通過(guò)對(duì)煤層氣的地質(zhì)排采、集輸設(shè)備、管道運(yùn) 行、材料等生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行梳理，認(rèn) 為“假液位”的形成是由多方面因素疊加以及影 “假液位”的形成主要受三方面因素影響:

 

( 1) 受煤 層 氣 特 有 的 儲(chǔ) 層 條 件 和 排 水 采 氣、水力壓裂等工藝的影響，采出的煤層氣往往會(huì)攜帶一定含量的水分和粉煤灰等微小顆粒。

( 2) 煤層氣在集輸過(guò)程中多采用往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行增壓運(yùn)輸。由于多數(shù)往復(fù)式壓縮機(jī)在露天環(huán)境下現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，這就很容易為高置油箱和強(qiáng)制潤(rùn)滑油泵帶來(lái)加油口密封失效問(wèn)題，潤(rùn)滑油將會(huì)隨著煤層氣而進(jìn)入下游流程，同時(shí)煤層氣中往往會(huì)含有一定量水分，所以經(jīng)過(guò)壓縮處理后的煤層氣里總會(huì)摻雜進(jìn)一定量的乳化油。

 

圖 2 磁翻板液位計(jì)形成假液位示意圖

 

( 3) 受集輸系統(tǒng)管壓波動(dòng)的影響，為了提高煤層氣集輸效率，保障管線安全平穩(wěn)運(yùn)行，通常會(huì)定期進(jìn)行清管作業(yè)。清管作業(yè)會(huì)將水、粉煤灰和乳

化油的混合液帶入氣液分離器內(nèi)，其充分混合后會(huì)形成一種具有粘性糊狀的黑色液體。該糊狀液體進(jìn)入液位計(jì)內(nèi)會(huì)粘連在管壁上，形成 “假液位”。

 

2 “假液位”對(duì)常用液位計(jì)的影響

2. 1 “假液位”對(duì)玻璃管式液位計(jì)的影響

玻璃管液位計(jì)是根據(jù)連通器原理制作而成，儀表上下閥門(mén)均裝有連接法蘭，與被測(cè)容器連接在一起而構(gòu)成連通器，從而在玻璃管上可直接顯示容器內(nèi)介質(zhì)液位的高度。由于煤層氣在集輸過(guò)程中往往會(huì)將黑色粘性糊狀混合液帶入氣液分離器液位計(jì)內(nèi)，所以在液位升高又降低后，黑色粘性糊狀混合液還是會(huì)粘連在玻璃管上，從而造成觀測(cè)液位出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確，如圖 1 所示。

磁翻板液位計(jì)形成假液位示意圖

2. 2 “假液位”對(duì)磁翻板液位計(jì)的影響

磁翻板液位計(jì)根據(jù)連通器原理、浮力原理和磁性作用制作而成。當(dāng)被測(cè)容器中的液位升降時(shí)，液位計(jì)本體管中的磁性浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鋼通過(guò)磁耦合傳遞到磁翻柱指示器，驅(qū)動(dòng)紅、白翻柱翻轉(zhuǎn) 180°，當(dāng)液位上升時(shí)翻柱由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，當(dāng)液位下降時(shí)翻柱由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，指示器的紅白交界處為容器內(nèi)部液位的實(shí)際高度，從而實(shí)現(xiàn)液位清晰的指示。然而在實(shí)際生產(chǎn)中，浮子一旦與進(jìn)入到液位計(jì)的黑色糊狀粘性混合液粘連

后，就不會(huì)隨著液面的上升下降而上下移動(dòng)，因此造成液位不準(zhǔn)確。如圖 2 所示。

3 液位計(jì)前置過(guò)濾裝置

3. 1 過(guò)濾液設(shè)計(jì)思路

無(wú)論是玻璃管式液位計(jì)還是磁翻板式液位計(jì)都會(huì)出現(xiàn) “假液位”的問(wèn)題，造成計(jì)量不準(zhǔn)確。為解決該問(wèn)題，嘗試在氣液分離器與液位計(jì)下部連通處 ( 液位計(jì)進(jìn)口處) 加裝前置過(guò)濾裝置，該裝置里面充填著食鹽水。采用食鹽水作為過(guò)濾溶液主要是基于四方面考慮:

( 1) “假液位”往往是受含有粉煤灰以及乳化油黑色糊狀粘稠的混合液所致，根據(jù)相似相溶性原理，只能選擇無(wú)機(jī)溶劑進(jìn)行分層;

( 2) 常見(jiàn)的無(wú)機(jī)鹽溶液諸如氯化鉀、硫酸鉀、硫酸鈉等溶液雖然具有一定的破乳性，也具備易分層的特性，但是成本過(guò)高;

( 3) 食鹽水具有破乳性，易分層的特性;

( 4) 對(duì)比其他無(wú)機(jī)鹽溶液，食鹽溶液 ( 氯化鈉) 更常見(jiàn)，易購(gòu)置，性價(jià)比高。

 

除此之外，還需要慎重考慮食鹽水過(guò)濾液的密度。如果食鹽水的密度過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致黑色糊狀粘稠的混合液與食鹽水過(guò)濾液混合共同進(jìn)入液位計(jì)中，會(huì)直接影響液位計(jì)的前置過(guò)濾裝置的過(guò)濾效果。

 

3. 2 前置過(guò)濾裝置總體結(jié)構(gòu)

前置過(guò)濾裝置由罐體、進(jìn)液管、排污管、沖洗管、液位計(jì)連接管、伴熱帶、保溫層組成。罐體下端有傾斜面，排污管位于罐體底部，并連接有排污閥門(mén); 沖洗管位于罐體頂端，并連接有沖洗閥門(mén);進(jìn)液管位于罐體上部，一端有法蘭與氣液分離器連接，另一端伸入罐體內(nèi)，上部有小通孔; 液位計(jì)連接管上有連接管閥門(mén)，通過(guò)法蘭與液位計(jì)連接; 伴熱帶和保溫層包裹在罐體外面，如圖 3 所示。

3. 3 液位計(jì)前置過(guò)濾裝置工作原理

該裝置通過(guò)沖洗管向罐體內(nèi)加入食鹽水過(guò)濾液，因?yàn)檫^(guò)濾液的密度大于氣液分離器內(nèi)混合液( 水、乳化油、煤粉) 的密度，所以灌入的過(guò)濾液會(huì)沉入罐體的下部并通過(guò)液位計(jì)連接管進(jìn)入液位計(jì)內(nèi)，從而隔絕了液位計(jì)與氣液分離器內(nèi)混合液的接觸，避免了水、粉狀煤灰和乳化油的混合液對(duì)氣液分離器液位計(jì)的不良影響，這樣，利用 U 型管原理就可以等量準(zhǔn)確讀出被測(cè)介質(zhì)的液位。

 

4 前置過(guò)濾裝置現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐

4. 1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用區(qū)域概況

華北油田山西煤層氣中央處理廠是我國(guó)第一個(gè)整裝規(guī)模煤層氣田建設(shè)核心工程。該廠區(qū)處于我國(guó)北方高原 地 區(qū)，位 于 沁 水 縣 金 峰 村，占 地 127. 3畝，設(shè)有脫水區(qū)、集配氣區(qū)、增壓區(qū)三個(gè)主生產(chǎn)區(qū)及其配 套 設(shè) 施，一 期 工 程 設(shè) 計(jì) 年 產(chǎn) 煤 層 氣 10 億m3 ，整體工程建成后，總處理規(guī)模達(dá)到 30 億 m3 。自 2009 年 8 月投入運(yùn)行以來(lái)，該廠區(qū)氣液分離器液位計(jì)一直飽受 “假液位”問(wèn)題的困擾。以 1 號(hào)氣液分離器和 4 號(hào)氣液分離器為例，1 號(hào)氣液分離器采用玻璃管式液位計(jì)計(jì)量液面，4 號(hào)氣液分離器采用磁翻板式液位計(jì)計(jì)量液面。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2016年全年，1 號(hào)和 4 號(hào)氣液分離器出現(xiàn)假液位造成計(jì)量誤差的天數(shù)分別達(dá)到 146 天和 138 天。這不僅影響了煤層氣集輸系統(tǒng)的集輸效率，也給集輸系統(tǒng)帶來(lái)巨大安全隱患。

 

4. 2 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

2017 年 2 月，在華北油田中央處理廠 1 號(hào)氣液分離器和 4 號(hào)氣液分離器嘗試加裝前置過(guò)濾裝置( 如圖 4 所示) ，對(duì)其效果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)一年的持續(xù)觀察，華北油田煤層氣中央處理廠 1 號(hào)和4 號(hào)氣液分離器液位計(jì)，均能真實(shí)地反映液位升降情況，出現(xiàn)計(jì)量誤差的天數(shù)由 140 天左右分別降至8 天和 6 天左右，計(jì)量誤差率也由措施前 40% 下降為措施后 2% 。目前該裝置已在華北油田山西煤層氣分公司全面推廣應(yīng)用。

 

4. 3 見(jiàn)效原因分析

( 1) 前置過(guò)濾裝置內(nèi)食鹽水過(guò)濾液的密度大于氣液分離器內(nèi)混合液的密度，從而會(huì)沉入裝置內(nèi)下部進(jìn)入液位計(jì)內(nèi)，隔絕了液位計(jì)與氣液分離器內(nèi)混合液的接觸，這就為準(zhǔn)確讀出液位數(shù)值提供了重要基礎(chǔ)。

( 2) 由于是在氣液分離器與液位計(jì)下部連通處 ( 液位 計(jì) 進(jìn) 口 處) 加 裝 前 置 過(guò) 濾 裝 置，所 以，無(wú)論是玻璃管式液位計(jì)還是磁翻板式液位計(jì)，都可以加裝該裝置，而且也不會(huì)因?yàn)橐何挥?jì)的工作原理不同而影響現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果。

( 3) 該裝置通過(guò)沖洗管可以定期補(bǔ)充罐體內(nèi)的高密度鹽水，避免了由于后期鹽水過(guò)濾液不足所導(dǎo)致的氣液分離器內(nèi)混合液進(jìn)入液位計(jì)從而影響液位數(shù)值準(zhǔn)確的隱患。

( 4) 該裝置進(jìn)液管設(shè)計(jì)在罐體的上部，并通過(guò)小通孔與罐體內(nèi)部聯(lián)通，這樣可以在保證氣液分離器內(nèi)的混合液與高密度食鹽水過(guò)濾液壓力聯(lián)通的前提下盡可能減少兩者的融合。

( 5) 該裝置底部設(shè)計(jì)為斜面，又加裝排污閥門(mén)，這樣就可以定期排出底部沉積物，避免其堆積過(guò)多，堵塞液位計(jì)連接管造成液位計(jì)失效。

( 6) 該裝置充分考慮到冬季低溫對(duì)該裝置食鹽水過(guò)濾液的影響，在罐體的外面纏繞伴熱帶，并包裹保溫層。當(dāng)氣溫低于零度時(shí)，可以通電使伴熱帶發(fā)熱，加熱罐體內(nèi)的高密度鹽水，同時(shí)也通過(guò)傳導(dǎo)和對(duì)流的方式，傳遞熱量給液位計(jì)里面的高密度鹽水，保證其不會(huì)凝固。保溫層能降低罐體熱量散失，節(jié)約能源。

 

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

( 1) 煤層氣氣液分離器 “假液位”問(wèn)題往往

是受含有粉煤灰以及乳化油形成的黑色糊狀粘稠的混合液所致。采用食鹽水作為過(guò)濾液不僅能給氣液分離器內(nèi)混合液進(jìn)行有效破乳和分層，而且對(duì)比其他無(wú)機(jī)鹽溶液，性價(jià)比更高。

( 2) 前置過(guò)濾裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精巧，便于后期維護(hù)。不僅通過(guò)食鹽水過(guò)濾液可以將粘稠黑色糊狀混合液與液位計(jì)隔離開(kāi)來(lái)，為準(zhǔn)確讀出液面數(shù)值提供重要基礎(chǔ)，而且通過(guò)給裝置外面設(shè)計(jì)保溫層以及加裝電熱帶等設(shè)計(jì)解決了北方地區(qū)冬季低溫影響前置過(guò)濾裝置正常工作的難題。

( 3) 前置過(guò)濾裝置需選擇合適的食鹽水密度。如果食鹽水的密度過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致氣液分離器內(nèi)黑色糊狀粘稠的混合液與食鹽水過(guò)濾液混合共同進(jìn)入液位計(jì)中，會(huì)直接影響液位計(jì)的前置過(guò)濾裝置的過(guò)濾效果。

( 4) 前置過(guò)濾裝置不僅極大地提高了液位計(jì)示數(shù)的準(zhǔn)確性，而且也大幅提高了煤層氣集輸系統(tǒng)的安全系數(shù)，同時(shí)也給其他行業(yè)和企業(yè)解決同類(lèi)問(wèn)題提供了一個(gè)全新的思路，具有一定的借鑒和指導(dǎo)作用。