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某海上平臺(tái)隸屬于中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，2018年7月開(kāi)始試生產(chǎn)，至今1年多以來(lái)，接入中控系統(tǒng)的磁致伸縮液位變送器發(fā)生大范圍的顯示值跳變和故障，共導(dǎo)致5次以上生產(chǎn)關(guān)停，多次調(diào)節(jié)閥控制不穩(wěn)，嚴(yán)重影響了平臺(tái)的安全生產(chǎn)和生產(chǎn)時(shí)效，牽涉了大量的人力物力，甚至導(dǎo)致了一些次生問(wèn)題，對(duì)平臺(tái)設(shè)備的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅。

 

平臺(tái)磁致伸縮液位計(jì)共計(jì)有81臺(tái)，分屬3個(gè)品牌，其中一個(gè)品牌液位變送器有14臺(tái)，表現(xiàn)較好，但其余2個(gè)品牌總計(jì)產(chǎn)生過(guò)跳變或故障的涉及到其中的 24 臺(tái)，故障率高達(dá)36.2%，參與ESD 邏輯關(guān)斷的共有10臺(tái)，不參與關(guān)斷的其他14臺(tái)異常的液位跳變導(dǎo)致發(fā)出的虛假控制指令也會(huì)間接造成關(guān)斷。各品牌液位變送器都為同一批次、同一工程建造階段安裝和調(diào)試。

 

 1 磁致伸縮液位變送器簡(jiǎn)介

磁致伸縮液位變送器利用的是磁致伸縮原理設(shè)計(jì)而成，利用傳感管內(nèi)磁致伸縮線上脈沖電流向下傳送產(chǎn)生的環(huán)形磁場(chǎng)，與磁性浮球的磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生扭力波，通過(guò)檢測(cè)扭力波傳輸?shù)臅r(shí)間從而判斷浮球的位置，進(jìn)而準(zhǔn)確判斷出液面位置[1]。 2 故障現(xiàn)象從投產(chǎn)伊始，磁致伸縮液位變送器開(kāi)始出現(xiàn)大范圍顯示值跳變，典型的故障現(xiàn)象主要有： （1）周期性跳變：一直不穩(wěn)定，始終處于跳變狀態(tài)，跳變幅度范圍較大，但未達(dá)到關(guān)停設(shè)點(diǎn)值。 （2）尖峰跳變：大部分時(shí)間運(yùn)行較穩(wěn)定，但偶爾出現(xiàn)向上或向下的尖峰跳變，超過(guò)高高/低低設(shè)定值，引起關(guān)停。 （3）液位變化時(shí)輸出不變，液位顯示逐漸從正常值降低至#低液位等。 

 

3 故障原因排查

 

3.1 中控系統(tǒng)排查

（1）中控系統(tǒng)卡件故障。在線檢查中控系統(tǒng)，確認(rèn)硬件組態(tài)、程序、參數(shù)設(shè)置正確，所有卡件運(yùn)行正常，排除了卡件的問(wèn)題。（2）中控系統(tǒng)軟件問(wèn)題。在組態(tài)軟件中，手動(dòng)給定模擬量值，畫(huà)面顯示正常，排除了監(jiān)控軟件的問(wèn)題。 （3）接線問(wèn)題。檢查中控控制柜、中間接線箱、液位變送器等接線都正確，各點(diǎn)接觸良好；分別從接線柜端子排上和現(xiàn)場(chǎng)變送器處用毫安信號(hào)發(fā)生器模擬輸人4-20mA電流信號(hào)，中控都顯示正常，未出現(xiàn)異常跳變的情況，排除了接線問(wèn)題。 

 

3.2 環(huán)境因素排查

 

（1）振動(dòng)

查找液位變送器設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表，對(duì)壓縮機(jī)橇內(nèi)的液位變送器提出增加隔振環(huán)的要求，而對(duì)其他區(qū)域沒(méi)有這一要求。但實(shí)際上，離壓縮機(jī)近的區(qū)域振動(dòng)也很大，這些區(qū)域與壓縮機(jī)區(qū)域內(nèi)安裝的液位變送器跳變情況差別非常明顯，要頻繁得多。因此振動(dòng)是導(dǎo)致變送器跳變的主因之一。 

 

（2）電磁干擾

平臺(tái)共7臺(tái)天然氣壓縮機(jī)，其中有6臺(tái)由變頻器和變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，此外，其他區(qū)域也有使用變頻驅(qū)動(dòng)設(shè)備。變頻設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾明顯表現(xiàn)在壓縮機(jī)本體的熱電阻溫度跳變上，導(dǎo)致熱電阻溫度在變頻電機(jī)不啟動(dòng)時(shí)正常，但在變頻電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)必然發(fā)生±10℃的跳變。由此推斷出現(xiàn)場(chǎng)確實(shí)存在電磁干擾，而通過(guò)示波器連接液位變送器接線板，觀察曲線圖也檢測(cè)到了這種干擾，是導(dǎo)致液位變送器跳變的主因之一。 

 

3.3 液位變送器自身因素排查

（1）門(mén)檻電壓

出現(xiàn)無(wú)序跳變后，適當(dāng)調(diào)高門(mén)檻電壓，部分液位變送器跳變情況得到明顯好轉(zhuǎn)，但部分跳變問(wèn)題無(wú)法解決，仍時(shí)有發(fā)生。較多液位變送器需調(diào)整門(mén)檻電壓，設(shè)置不合適是導(dǎo)致液位變送器跳變的主要原因之一。 

 

（2）剩磁影響

實(shí)際液位變化時(shí)輸出不變，使用磁鐵靠近探桿時(shí)輸出有變化。此時(shí)探桿上應(yīng)殘余有剩磁，需用磁棒或浮子自底到頂?shù)幕�探桿來(lái)消除。此類情況出現(xiàn)較少，非主因。 

（3）變送模塊、探桿、浮子故障

跳變始終無(wú)法解決的液位變送器，部分經(jīng)更換變送模塊后顯示正常，部分需更換探桿才能解決問(wèn)題。浮子存在幾種情況：浮子在壓力作用下被嚴(yán)重壓扁、開(kāi)裂進(jìn)液、磁性減弱，這些問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致變送器故障，需要更換。產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題缺陷較明顯，是主因之一。

 

 4 問(wèn)題原因分析

（1）門(mén)檻電壓

分析磁致伸縮信號(hào)曲線圖發(fā)現(xiàn)，起始電流脈沖波發(fā)出開(kāi)始計(jì)時(shí)，一直到扭應(yīng)力波值超過(guò)預(yù)先設(shè)定的門(mén)檻電壓值時(shí)停止計(jì)時(shí)，由這個(gè)時(shí)間間隔換算出液位高度；若門(mén)檻電壓設(shè)置過(guò)高，超過(guò)扭應(yīng)力波峰值，則會(huì)始終檢測(cè)不到扭應(yīng)力波，變送器無(wú)輸出；若門(mén)檻電壓設(shè)置過(guò)低，則會(huì)先檢測(cè)到一些雜波，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)，而且雜波的產(chǎn)生無(wú)規(guī)律，會(huì)出現(xiàn)液位跳變的情況。 

（2）電磁干擾

變頻電機(jī)對(duì)電網(wǎng)而言是非線性負(fù)載，當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓呈非線性關(guān)系，或者輸出的電流本身不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，從而產(chǎn)生諧波，進(jìn)而對(duì)其他電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。干擾途徑與一般電磁干擾途徑一致，主要分電磁輻射、傳 導(dǎo)、感應(yīng)耦合。這些干擾會(huì)影響液位變送器電子元器件的正常運(yùn)行及液位變送器本身磁場(chǎng)的穩(wěn)定性，或在信號(hào)電纜中因感應(yīng)耦合而產(chǎn)生信號(hào)傳輸波動(dòng)，從而導(dǎo)致跳變。 

（3）振動(dòng)

一般液位變送器都有抗振的要求，但當(dāng)振動(dòng)過(guò)大時(shí)，超過(guò)了儀表安裝環(huán)境的要求，而液位變送器掛扣在測(cè)量筒上沒(méi)有緩沖墊，加劇了振動(dòng)的影響，直接體現(xiàn)在幾個(gè)方面：加速元器件的老化；影響電子元器件工作穩(wěn)定性；受振動(dòng)的影響，浮子與探桿之間的間距突變，影響磁場(chǎng)的穩(wěn)定性等，從而影響到液位顯示的穩(wěn)定。人為對(duì)液位變送器探桿進(jìn)行小幅度的擊打?qū)嶒?yàn)，明顯觀察到液位顯示值的跳變。 

（4）自身特性

磁致伸縮液位變送器本身的工作原理決定了其電氣回路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)元器件工作穩(wěn)定性、精que度要求很高，但現(xiàn)場(chǎng)跳變的液位變送器，國(guó)外品牌國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造，并非一體式安裝制造，制造工藝或精度要求不一定達(dá)標(biāo)；產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不足，未在海上平臺(tái)環(huán)境大范圍使用過(guò)，未針對(duì)特殊的環(huán)境進(jìn)行過(guò)軟硬件升級(jí)改造；選型時(shí)也未針對(duì)高電磁干擾、高振動(dòng)的情況提出更高的招標(biāo)要求。這些因素綜合作用下，導(dǎo)致了目前液位變送器穩(wěn)定性不足的現(xiàn)狀。

 

 5 解決方法分析

5.1 環(huán)境因素

（1）振動(dòng)。降低振動(dòng)，在探桿與測(cè)量筒之間增加隔振環(huán)，重新調(diào)整設(shè)置探桿與浮子之間的間距。 

（2）電磁干擾。采用增加屏蔽等措施降低電磁輻射；嚴(yán)格按照規(guī)范要求做好各項(xiàng)屏蔽接地；在變送器與中控卡件之間增加模擬信號(hào)隔離器，過(guò)濾降低跳變信號(hào)的干擾，提高穩(wěn)定性；中控程序中增加延時(shí)濾波程序，降低電磁干擾的影響。

 

 5.2 自身因素

（1）調(diào)節(jié)門(mén)檻電壓。門(mén)檻電壓不能過(guò)高或過(guò)低，#好在連接示波器后，根據(jù)其顯示的曲線圖調(diào)整門(mén)檻電壓至扭力波峰值范圍內(nèi)1/2處。若沒(méi)有示波器，順時(shí)針或逆時(shí)針調(diào)整門(mén)檻電壓一次2～3圈至表頭輸出正常為止。 

（2）元器件故障。掌握磁致伸縮液位工作原理及日常維護(hù)處理方法，當(dāng)變送模塊、探桿、浮子等出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)鎖定故障根源，維修或替換備件。 

（3）選型問(wèn)題。選型時(shí)必須充分考慮現(xiàn)場(chǎng)高振動(dòng)、高電磁干擾的特殊情況，對(duì)液位變送器本身提出更高的要求；同時(shí)，可選擇電氣回路更簡(jiǎn)單的干簧電阻式液位變送器，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，其在抗振和抗電磁干擾方面表現(xiàn)遠(yuǎn)優(yōu)于磁致伸縮液位變送器。

（4）穩(wěn)定性問(wèn)題。某品牌磁致液位變送器在之前的實(shí)際應(yīng)用中也經(jīng)歷過(guò)大范圍跳變的情況，但在深入分析故障現(xiàn)象和原因后，針對(duì)液位計(jì)硬件與軟件設(shè)施的電磁兼容的多項(xiàng)要求進(jìn)行了大量的升級(jí)改造工作，在承受射頻電磁場(chǎng)輻射、射頻場(chǎng)磁感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾、電快速瞬變沖群、浪涌沖擊等方面有了改觀，大大提升了液位變送器的穩(wěn)定性。

 

 6 結(jié)語(yǔ)

文章從海上平臺(tái)案例出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)排查，從理論上分析得出磁致伸縮液位變送器跳變的具體原因，并從環(huán)境和本身兩個(gè)方面提出了解決方案。但受現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況所限及時(shí)間和成本等因素影響，某些解決措施還需經(jīng)長(zhǎng)期的觀察，確定是否從根源真正解決了問(wèn)題。同時(shí)，液位變送器本身存在的一些缺陷需現(xiàn)場(chǎng)人員和廠家共同努力，從各個(gè)方面深入研究解決，保障現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行。