埕島油田于2000年7月開始注水,截止目前,采油二分公司已有注水井33口,日注水量已達3400m3。井口注水量的測量所用儀表為電磁流量計,共有電磁流量計33臺,全部為德國科隆IFM 4080型電磁流量計。其質量可靠、性能穩定、測量精度高、零點穩定性好,在海上獲得了廣泛的應用,但流量計為進口產品,維護難度較大,出現問題不易處理,造成流量計故障較多。
1 流量計出現故障的幾種原因
(1)內壁附著層
由于電磁流量計測量含有懸浮固體或污臟體的機會遠比其他流量儀表多,出現內壁附著層產生的故障概率也就相對較高。若附著層電導率與液體電導率相近,儀表還能正常輸出信號,只是改變流通面積,形成測量誤差的隱性故障;若是高電導率附著層,電極間電動勢將被短路;若是絕緣性附著層,電極表面被絕緣而斷開測量電路。后兩種現象均會使儀表無法工作。
(2)雷電擊
雷電擊在線路中感應瞬時高電壓和浪涌電流,進入儀表就會損壞儀表。雷電擊損儀表有3條引入途徑:電源線、傳感器與轉換器間的流量信號線和激磁線。從控制室電源線路引入感應高電壓和浪涌電流的幾率最大,其他兩條途徑較少。
(3)環境條件
如安裝不善,流量計安裝在容易滯留氣體的高點;截流截止閥截流作用過大致使水流產生噪音、脈沖;接地系統不完善,加之海上管道為陰極保護管道,容易產生大的保護電流,使流量計易受到管道雜散電流的影響。
(4)轉換器放大電路故障
流體所產生的感應電動勢非常微弱,有時甚至低到毫伏級,主要通過放大電路將信號放大后再進行信號處理,若放大電路故障,電磁流量計將無法正常工作。
(5)流體方面
液體含有均勻分布細小氣泡通常不影響正常測量,所測得的體積流量是液體和氣體兩者之和;氣泡增大則會使輸出信號波動,若氣泡大到流過電極遮蓋整個電極表面,使電極信號回路瞬時斷開,輸出信號將產生更大波動。
2 故障檢查及解決措施
2.1 檢查方法及檢查內容
通常檢查環節包括電磁流量計本身的傳感器和轉換器以及連接兩者的電纜,電磁流量計上位的工藝管道,下(后)位顯示儀表連接電纜。
經常采用的檢查手段或方法及其檢查內容有以下幾種:
(1)常規檢查法: ①電阻法; ②電流法; ③電壓法; ④波形法。
(2)替代法
利用轉換器和傳感器間以及轉換器內部線路板部件間的互換性,以替代法判別故障所在位置。
(3)信號蹤跡法
用模擬信號器替代傳感器,在液體未流動條件下提供流量信號,以測試電磁流量轉換器。
檢查首先從顯示儀表工作是否正常開始,逆流量信號傳送的方向進行。用模擬信號器測試轉換器,以判斷故障發生在轉換器及其后位儀表還是在轉換器的上位傳感器發生的。若是轉換器故障,如有條件可方便地借用轉換器或轉換器線路板作替代法調試;若是傳感器故障需要試調換時,則必須停止運行,關閉管道系統,工作量較大,通常只有在作完其它各項檢查時,最后卸下管道檢查傳感器測量管內部狀況或調換。
2.2 故障檢查原則
先按流程全面考慮作初步調查和判斷,然后再逐項細致檢查和試排除故障。流程所列檢查順序的先后原則是:①可經觀察或詢問了解毋須較大操作的在前,即先易后難; ②按過去現場檢修經驗故障出現頻度較高的零部件; ③檢查本身的先后要求較高者在前。若經初步調查確認是后幾項故障原因,亦可提前作細致檢查。以下故障檢查均按上述原則進行排序。
2.3 輸出晃動故障檢查及解決措施
輸出晃動大體上可歸納為以下幾方面故障原因:
(1)流動本身是波動或脈動的,實質上不是電磁流量計的故障,僅如實反映流動狀況;
(2)管道末充滿液體或液體中含有氣泡;
(3)外界雜散電流等電、磁干擾;
(4)轉換器放大電路故障。
以下分別討論上述幾個方面故障原因的檢查方法和采取措施:
(1)檢查安裝流量計傳感器的管系有否脈動擾動源。若流動本身波動,儀表輸出晃動則是如實反映波動狀況。可檢查管線是否有波動源,包括儀表下游的控制閥流動特性和尺寸選用是否妥當,若選用不妥,可致使閥門產生振動;其他擾動源使流量波動,例如:傳感器進口端墊圈伸入流通通道,墊圈條片狀碎塊懸在液流中擺動等。檢查完畢可有針對性地采取措施。
(2)調查管道液體是否充滿、液體中是否含有氣泡。本類故障主要是管網工程設計不良使傳感器的測量管未充滿液體或傳感器安裝不妥所致。液體中含有氣泡狀氣體,有從外界吸入和液體中溶解氣體(空氣)轉變成游離狀氣泡兩種途徑。液體中含有氣泡數量不多且氣泡球徑遠小于電極直徑,雖然減少了部分液體體積,但不會使電磁流量計輸出晃動;較大氣泡則因擦過電極能遮蓋整個電極,使流量信號回路瞬間開路,則輸出信號晃動更大。
(3)檢查傳感器是否良好接地。平臺注水管線都為陰極保護管線,有時會產生較大陰極保護電流,若流量計接地不完善,則會對流量計產生電干擾。海上電磁流量計安裝時都要求加裝接地環,與管道牢固接地,接地電阻不大于10Ψ。檢查流量計接地是否完善,接地電阻是否大于10Ψ,并有針對性改之。
(4)檢查放大電路。將轉換器兩信號端子與接地端子短接,若轉換器顯示值能正常歸零,說明放大電路正常,否則,放大電路故障,必須更換放大電路板或掉換轉換器。
2.4 零點不穩定故障檢查及解決措施
(1)檢查管道是否充滿、液體中是否含有氣泡。管道未充滿液體或液體中含有氣泡主要是管網工程設計不良使傳感器的測量管未充滿液體或傳感器安裝不妥所致,可參考“輸出晃動故障檢查及解決措施”中的“管道末充滿液體或液體中含有氣泡”。
(2)檢查流量計上下游截止閥、調節閥是否能夠關嚴,若閥門關不嚴,則需維修或更換閥門。有時,現場判斷微小的流動非常困難,可將流程改進為圖1形式來判斷。在流量傳感器2前后的截止閥1、 4間設置小口徑泄漏監視閥3,觀察是否有泄漏量。
3)檢查傳感器接地是否完善,接地電位是否變動。接地不完善使流量計受管道雜散電流影響使得零點不穩,檢查方法可按照“輸出晃動故障檢查及解決措施”中的“外界雜散電流等電、磁干擾”進行檢查。
接地電位的檢查可將轉換器工作接地端子與保護接地端子短路,以零點變動判斷有否接地電位。若零點變動超過容許值時,說明接地電位發生變化,需與制造商聯系解決。
(4)調查信號線路絕緣。信號回路絕緣下降會形成零點不穩。信號回路絕緣下降的原因包括包電極部位絕緣下降、信號電纜及其接線端子絕緣下降或破壞所致。信號回路絕緣電阻檢查分別按電纜側和流量傳感器側兩部分進行,用兆歐表測試。找出下降原因,并有針對性改之。
(5)檢查電極接觸電阻和電極絕緣電阻。充滿液體測量電極表面與液體接觸電阻:流量傳感器卸下信號電纜接線,用萬用表分別測量每電極的接地電阻,兩電極對地電阻值之差應在10%～20%之間。空管測量電極絕緣:放空測量管,用干布擦干內表面,待完全干燥后,用H 500V DC兆歐表測量各電極與地間的電阻值,阻值必須在100MΨ以上。若不符合要求,則需送制造廠進行修理。
2.5 流量測量值與實際值不符
(1)復核轉換器設定值和檢查零點、滿度值。首先檢查相配套傳感器和轉換器的GK值是否正確,因為這類失配的事件經常發生,還需復核口徑、量程和計量單位等設定值,并檢查轉換器零點和量程。設定錯誤,更改設置即可。
(2)查管道充液狀況和是否含有氣泡。可參考“輸出晃動故障檢查及解決措施”中的“管道末充滿液體或液體中含有氣泡”。
(3)檢查信號電纜系統。查連接電纜匹配是否適當,連接是否正確,絕緣是否下降。可詳細檢查是否存在以下5方面的問題。將所附整根電纜割斷后重新連接,使用一階段后連接處吸入潮氣,絕緣下降;信號線末端未處理好,內屏蔽層、外屏蔽層和信號芯相互間有短接,或與外殼短接;不用規定型號(或所附)的電纜;傳感器和轉換器相距較遠,未按規定用驅動屏蔽電纜;信號電纜需用2芯雙重屏蔽的驅動屏蔽層。
(4)調查傳感器上游流動狀況,檢查傳感器測量道道內壁狀況。傳感器上游流動狀況常因受安裝空間限制,偏離規定要求,如靠近產生擾流的阻流件而無足夠長度的直管段,這些會引入影響測量準確的因素。需改動傳感器的安裝位置,增加直管段長度。檢查內壁附著層,若測量管內壁有附著層,則改變流通面積,使測量值與實際值不符。
(5)檢測電極與液體間接觸電阻和電極絕緣。方法可參考“零點不穩定故障檢查及解決措施”中的“檢查電極接觸電阻和電極絕緣電阻”。
2.6 流量輸出信號超滿度值
(1)判別故障原因在轉換器之前還是在轉換器。先在管系和流量傳感器內通水,靜止無流動狀態下將轉換器兩信號端子和功能地或保護地端子短路,觀察轉換器輸出信號是否到零。若能到零,則可初步判斷故障在轉換之前而不在轉換器本身,下一步可先重點檢查連接電纜和傳感器;若不能到零,則檢查重心應在轉換器,根據檢查結果判斷更換電路板或轉換器。
(2)確認信號電纜完好性和兩電極場與液體充分接觸。若信號回路斷開,輸出信號將超滿度值,因此本檢查項目主要是核實流量信號回路完整通暢。信號回路包括電纜及其連接端子,流量傳感器一對電極和電極間液體。除檢查電路通斷外,還應核實電纜型號,各接點的連接正確性,絕緣是否達到要求等。流量傳感器電極末接觸到液體,兩電極均末接觸到液體或一只電極末接觸到,同樣也斷開了信號電纜,必須將流量傳感器改裝到能充滿液體位置等排除電極與液體末接觸的原因。
(3)復核轉換器設定值的正確性,核查零點和滿點。分離型電磁流量計出廠時,轉換器和傳感器口徑、流量及設定參數進行實流校準,傳感器和轉換器必須一一對應。因此,先檢查配套是否正確, GK值是否一致,再檢查轉換器儀表常數和各參數是否符合,然后再用模擬信號器復查零點。
(4)檢查是否從液體引入電干擾。在無激磁電流情況下,用萬用電表在兩電極檢測干擾電勢。這一故障現象常出現于陰極保護管線上,可采取將電磁流量傳感器與管線絕緣的措施,使電極與液體處于同電位。
(5)查轉換器本身。轉換器本身故障引起輸出信號超滿度值的原因較為復雜,它可由轉換器內各單元線路中某一環節引起的。可利用當代電磁流量計線路板分成可互換相互獨立的單元,采取試換備用線路板以替代法檢查判別。
2.7 無流量信號
(1)查電源方面故障。首先確認己接入電源,再檢查電源各部分。查主電源和激磁電流熔絲,若接入符合規定電流值新熔絲再通電而又熔斷,必須找出故障所在點。查電源線路板輸出各路電壓是否正常,或試置換整個電源線路板。
(2)查連接電纜系統方面故障。分別查連接激磁系統和信號系統的電纜是否通,連接是否正確。
(3)查液體流動方向和管內液體充滿性。液體流動方向必須與傳感器殼體上箭頭方向一致。對于能正反向測量的電磁流量計,若方向不一致雖仍可測量,但設定的顯示流動正反方向不符,必須改正。
(4)查傳感器完好性和測量管內壁狀況。傳感器常見故障有激磁線圈回路絕緣下降、內壁附著層兩種。因海上的特殊環境,使得傳感器電纜密封圈或端子盒蓋密封墊片有時達不到密封要求而浸入水或潮氣致使激磁線圈回路絕緣下降。接線端子受潮引起的絕緣下降,可采用熱風吹掃,使之恢復絕緣。線圈受潮可拆卸外殼蓋置于烘箱,以適當溫度烘干。測量管內壁狀況附著絕緣層或導電層的最可靠檢查判斷是卸下傳感器離線直接觀察,但工作量較大;亦可用在線間接檢查方法,即測量電極接觸電阻和電極極化電壓估計附著層狀況。若內壁有附著層,則必須用弱酸清洗測量管。
(5)查轉換器本身障,采用以線路板備件和替代法試排除故障。
3 建議
1)安裝手段的改進
目前流量計的安裝工藝是將管道法蘭與流量計預先連接緊固,再與注水井口、注水干線焊接,該方法的弊端是焊接產生的高溫通過閥門、法蘭傳遞到流量計,若溫度過高流量計傳感器襯里有被熔蝕的危險,甚至將電極熔化,造成信號輸出大幅波動。建議在保證良好密封的前提下,先將閥門、管線分別與井口、閥門焊接,流量計安裝作為最后一道工序來安裝,以避免襯里、電熔蝕。
(2)安裝流程的改進
受海況影響,中心二號注水站水質時常出現水質不合格的情況,同時,由于注水罐油帽流失,容易使傳感器內壁出現附著層,甚至使覆蓋電極,致使流量計無法正常工作。輸出信號晃動是埕島油田電磁流量計出現次數最多的,因此,建議將流程作如下改進,如圖2,在流量計之前加裝精細過濾器,過濾雜質,定期清除;安裝傳感器清洗流程,利用刮刀清除裝置或弱酸清除傳感器附著層。
(3)管理機制的改進
目前公司計量管理機制不健全,無專職計量管理人員,且人員變動大,不穩定,不利于計量管理。建議設立專職流量計管理崗位,專門負責流量計的日常維護、故障維修等,且崗位力求穩定,人員變動少,使管理人員盡快成才。
(4)檢測儀器的配備
電磁流量計專項檢查項目繁瑣、使用儀器多,目前公司普遍缺乏檢測儀器,需配備多套模擬信號器、示波器、惠斯登電橋等測量儀器,提高故障檢查成功率。
(5)職工培訓
電磁流量計為進口產品,使用方便、精度高、日常維護簡單,由于職工從未進行專項培訓,故障檢查比較困難,出現故障只能更換,造成資金的大量浪費,建議組織進行專項培訓,提高職工故障檢查能力。
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