海洋石油儀表的精確度選型原則

李瑞偉,雷 力,孟慶生

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300456)

海洋石油儀表的精確度選型原則

李瑞偉,雷 力,孟慶生

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300456)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)石油的需求量越來越大。石油行業(yè)關(guān)系到我國的經(jīng)濟(jì)命脈，其健康可持續(xù)發(fā)展關(guān)系到我國經(jīng)濟(jì)的未來。在石油行業(yè)中，石油儀表用于石油工況的測量比較常見。用于石油工況測量的儀表在石油的輸送，開采和提煉過程中起到了非常重要的作用。石油儀表在實(shí)際的選擇運(yùn)用時(shí)，不同工況條件下，精確度要求不同。文章以海洋石油平臺(tái)的儀表為研究對(duì)象簡要的探討了各種石油儀表的精確度選型原則。

石油儀表;海洋平臺(tái);精確度;選型原則

石油無論是在使用過程中，還是在開采過程中，都離不開儀表的使用，高精確度的石油儀表在石油的測量中會(huì)起到積極的作用，可以促進(jìn)石油工業(yè)的發(fā)展。因此，石油儀表的選擇過程應(yīng)該要慎重，在不同的使用情況下，選擇精確度合適的儀表是非常關(guān)鍵的。

1 儀表精確度簡介和選擇

1.1 儀表精確度簡介

儀表精確度簡言之就是儀表測量值接近真實(shí)值的準(zhǔn)確程度，通常用相對(duì)百分誤差(也稱相對(duì)折合誤差)表示。相對(duì)百分誤差公式如下：

δ= Δζ/ 儀表量程 × 100%，

(1)

式中：δ為檢測過程相對(duì)百分誤差；Δζ為絕對(duì)誤差，是被測參數(shù)值與被測參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值之差；儀表量程為標(biāo)尺上限值減去標(biāo)尺下限值。

從公式(1)中可以看出，儀表精確度不僅和絕對(duì)誤差有關(guān)，而且和儀表的測量范圍有關(guān)。絕對(duì)誤差大，相對(duì)百分誤差就大，儀表精確度就低。如果絕對(duì)誤差相同的2臺(tái)儀表，其測量范圍不同，那么測量范圍大的儀表相對(duì)百分誤差就小，儀表精確度就高。精確度是儀表很重要的一個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，常用精確度等級(jí)來規(guī)范和表示。精確度等級(jí)就是最大相對(duì)百分誤差去掉正負(fù)號(hào)和%。我國儀表精確度等級(jí)有：0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。數(shù)值越小，說明儀表精確度越高。

1.2 應(yīng)用精確度的選擇

在實(shí)際應(yīng)用過程中，要根據(jù)測量的實(shí)際情況來選擇儀器的量程和精確度，精確度等級(jí)小的儀器并不一定有最好的測量效果。例如：有1個(gè)10 kPa的標(biāo)準(zhǔn)壓力，用1塊100 kPa、0.5級(jí)和15 kPa、2.5級(jí)的各1塊壓力表進(jìn)行測量。

第一塊表測：最大絕對(duì)允許誤差：

第二塊表測：最大絕對(duì)允許誤差：

2 各種石油儀表精確度選型的原則

海洋石油儀表的選型原則是要根據(jù)工藝的要求、生產(chǎn)規(guī)模和工藝的參數(shù)的要求，來確定測量和調(diào)節(jié)的儀表；在爆炸、火災(zāi)的危險(xiǎn)現(xiàn)場也要選擇合適的儀表，這時(shí)候要按照儀表的使用場所來進(jìn)行選擇，一定要先確定儀表的防爆要求。根據(jù)海洋平臺(tái)的環(huán)境以及海域的環(huán)境特點(diǎn)比如溫度、濕度、空氣中的鹽堿度，來確定儀表的防腐蝕要求。在海洋上的原油一般都比較黏稠，在選擇現(xiàn)場儀表時(shí)特別是液位儀表和流量儀表時(shí)，一定要充分考慮到石油高黏度特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的儀表，在選用儀表時(shí)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品，這樣更加便于維修和維護(hù)。

2.1 記錄機(jī)構(gòu)類儀表的選用

記錄機(jī)構(gòu)有2種形式，一種是鐘表機(jī)構(gòu),另一種是同步電動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)。在易燃易爆的場所應(yīng)該安裝記錄機(jī)構(gòu)儀表。其精確度的要求是，速度要求20 mm/h、40 mm/h、80 mm/h，但是在實(shí)際的選用中一般選用20 mm/h，但是也可以根據(jù)現(xiàn)場的情況，選擇精確度適合的儀表。

2.2 溫度測量儀表的選用

在海洋平臺(tái)上選擇的石油溫度儀表要有很強(qiáng)的抗腐蝕性，對(duì)儀表的表面材料要求比較高，一般就地溫度測量采用的都是不銹鋼雙金屬的溫度計(jì)，同時(shí)還要配上相應(yīng)的套管。在具體的選用過程中，要選用一體化的PT100鉑電阻智能溫度變送器，也要配上相應(yīng)的套管。一般溫度參數(shù)關(guān)系著工藝處理效果，在有熱介質(zhì)鍋爐的平臺(tái)同時(shí)也關(guān)系到熱介質(zhì)油的溫度控制，并和節(jié)能減排息息相關(guān)。

溫度表建議根據(jù)情況選用1.5級(jí)或1級(jí)；溫度變送器建議根據(jù)情況選用0.35級(jí)或0.2級(jí)。

2.3 壓力儀表的選用

在海上平臺(tái)，對(duì)于壓力指示一定要采用全不銹鋼表面，分別有壓力表和壓力變送器，其安裝位置在管線的取壓管上，其中安裝的智能壓力變送器需帶有顯示功能；對(duì)于壓差的檢測要選用智能壓差的變送器，還要配上一體式的5個(gè)閥組。對(duì)于精確度的要求是壓力式的工作儀表指示作用測量的范圍可以達(dá)到-80～+400 ℃，而記錄式的只能達(dá)到0～300 ℃，他們的精確度要求要達(dá)到1.5級(jí)～2.5級(jí)的級(jí)別(壓力變送器)[1]。

壓力儀表選用的最大量程應(yīng)該接近但是又要大于測量值的1.5倍，但是在測量交變壓力值時(shí)其最大的測量范圍要接近于測量值的2倍；精確度的選擇如果僅僅從經(jīng)濟(jì)適用方面選擇1.5級(jí)或者是2.5級(jí)其它的精確度就可以了，但是要用于科研或者是精密測量時(shí)應(yīng)該選用0.4級(jí)或者是0.25級(jí)別以上的，在校驗(yàn)測量中一般選用0.16級(jí)、0.25級(jí)別以上的標(biāo)準(zhǔn)壓力表(壓力表)。選用的原則是要在防腐和防爆的場合使用，它可以測量黏性和沉淀性的介質(zhì)壓力。

壓力參數(shù)同樣關(guān)系到工藝處理效果，并和安全有密切聯(lián)系，所以建議根據(jù)情況選用，壓力表建議根據(jù)情況選用1.5級(jí)～2.5級(jí)，壓力變送器建議根據(jù)情況選用0.35級(jí)～0.5級(jí)。

2.4 流量類儀表的選用

流量儀表的種類非常多，在海洋平臺(tái)上一般使用電磁、超聲波、質(zhì)量、渦輪、轉(zhuǎn)子、孔板流量計(jì)等等。對(duì)于向外輸出的天然氣計(jì)量要采取多聲道超聲波的流量計(jì)，同時(shí)還要配上壓力和溫度的變送器和信號(hào)遠(yuǎn)傳到流量計(jì)算機(jī)，也可以采用高級(jí)別的孔板閥流量計(jì)同時(shí)配上溫度變速器、壓力變送器和差壓變送器還要配上信號(hào)遠(yuǎn)傳到流量計(jì)算機(jī)。這里的渦輪流量計(jì)主要用于潔凈的液體和氣體測量，分氣體渦輪和液體渦輪2種，也可測純凈水；對(duì)于水流量計(jì)要選擇電磁流量計(jì)。其精確度一般都在2.5級(jí)以上，其主要的應(yīng)用場合是有空氣氮?dú)夂退沫h(huán)境當(dāng)中，其測量的比值為10∶1。

在海洋平臺(tái)，流量儀表涉及范圍較廣，但大多數(shù)僅僅是作為監(jiān)測參考使用。所以一般是0.5級(jí)的基本夠用，但外輸計(jì)量流量計(jì)精確度按國家規(guī)定需不大于0.2級(jí)[2]。

2.5 液位類儀表的選用

液位類儀表的種類非常繁多，我們?cè)谶@里只分析較為常用的儀表，如直讀式的玻璃液位計(jì)、磁翻柱液位計(jì)等。玻璃液位計(jì)其精確度要求要達(dá)到1.5級(jí)以上，使用的場合為操作要求不高、液體的沸點(diǎn)較低的容器上。對(duì)于常壓容器的設(shè)備液體測量儀要采用法蘭液位變送器和浮筒式的變送器，其中的油水界面測量儀表要采用頻射導(dǎo)納的界面變送器和浮筒變送器。這里的液位開關(guān)也要有相應(yīng)的變化，一般選用浮球式的液位控制器也可以選擇浮筒式的液位控制器。

海洋平臺(tái)因?yàn)楣に嚵鞒虒?duì)液位參數(shù)的精確度并不敏感，基本上只是用于控制容器液位高度，所以精確度在1.5級(jí)～2.5級(jí)完全夠用。

2.6 過程分析儀表的選用

選用過程分析儀表時(shí)，應(yīng)詳盡了解被分析對(duì)象工藝過程介質(zhì)特性、儀表的技術(shù)性能及其它限制條件。應(yīng)對(duì)分析儀表的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效果作充分評(píng)估，使之能在保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全、減輕環(huán)境污染等方面起到應(yīng)有的效果。選用的分析儀表的技術(shù)指標(biāo)，應(yīng)能滿足被分析介質(zhì)操作溫度、壓力和物料性質(zhì)。儀表的選擇性、適用范圍、精確度、測量范圍、最小檢測量和穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)，應(yīng)滿足工藝流程性能可靠，操作、維修簡便等方面要求。用于腐蝕性介質(zhì)測量或安裝在易燃、易爆、危險(xiǎn)場所的分析儀表，應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定。用于控制系統(tǒng)的分析儀表，其線性范圍和響應(yīng)時(shí)間應(yīng)滿足控制系統(tǒng)的要求。分析儀表需要與分散型控制系統(tǒng)(DCS)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，應(yīng)選用通用的通信接口，其通信協(xié)議、通信速率應(yīng)相同。

海洋平臺(tái)過程分析儀表根據(jù)使用工況和介質(zhì)的不同，精確度的選用范圍很大，一般精確度在1級(jí)～10級(jí)之間。

2.7 顯示調(diào)節(jié)儀表的選用

關(guān)于海洋平臺(tái)氣動(dòng)與電動(dòng)顯示、調(diào)節(jié)儀表的選用，應(yīng)符合工藝裝置儀表選型原則，并應(yīng)符合當(dāng)信號(hào)傳送距離較遠(yuǎn)，要求響應(yīng)速度快、運(yùn)算比較復(fù)雜或與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)用時(shí)，宜選用電動(dòng)儀表。當(dāng)控制系統(tǒng)較簡單，氣動(dòng)儀表能滿足控制要求時(shí)，可選用氣動(dòng)儀表。

顯示調(diào)節(jié)儀表的功能，應(yīng)根據(jù)工藝過程的要求確定，對(duì)工藝過程需經(jīng)常監(jiān)視的各種工藝變量，應(yīng)設(shè)指示功能。對(duì)需了解其變化趨勢(shì)或歷史情況的重要工藝變量，宜設(shè)記錄功能。對(duì)工藝過程影響較大，必須嚴(yán)格控制變量，應(yīng)設(shè)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。某些變量需進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，但不頻繁時(shí)，宜增設(shè)遙控功能。某些主要工藝變量，當(dāng)超過正常值范圍時(shí)需操作人員處理的，應(yīng)設(shè)信號(hào)報(bào)警功能。要求計(jì)量或經(jīng)濟(jì)核算的流量，宜設(shè)積算功能。需與智能儀表、可編程序控制系統(tǒng)(PLC)、分散型控制系統(tǒng)(DCS)和數(shù)據(jù)處理等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)表，應(yīng)設(shè)通信接口。

儀表的精確度應(yīng)按工藝要求確定，一般指示的精確度不應(yīng)低于1級(jí)，記錄的精確度不應(yīng)低于1.5級(jí)。

儀表刻度或量程示值的使用范圍，應(yīng)符合下述規(guī)定。

1)對(duì)于0～100%線性刻度，變量的正常值宜為50%～70%，最大值可為90%,10%以下不宜使用，液位正常值宜為50%左右。

2)對(duì)0～10方根刻度，流量的正常值宜為6.5級(jí)～8.5級(jí)，最大值可為9.5級(jí)，當(dāng)在3級(jí)以下時(shí)，不宜使用。

3)對(duì)于數(shù)字顯示儀表，變量的最大示值、最小示值必須在量程示值范圍之內(nèi)。

3 結(jié)束語

海洋石油儀表在石油行業(yè)中起到很大的作用，由于其使用數(shù)量大，種類多在選擇時(shí)應(yīng)該根據(jù)不同的場合選用合適量程和精確度的儀表。不同的工作儀表其具體的工作原理和使用范圍都有很大的不同，所以在使用中一定要注意其精確度的選擇，要適合使用的環(huán)境。

[1] 郭文斌. 海洋油氣生產(chǎn)設(shè)施中壓力儀表選用原則[C]// 第六屆全國石油和化學(xué)工業(yè)儀表及自動(dòng)化技術(shù)交流研討會(huì).重慶：2007.

[2] 李俊, 吳朝暉, 倪學(xué)莉. 流量儀表在石油行業(yè)中的合理選型和應(yīng)用[C]// 中國石油和化工自動(dòng)化第八屆技術(shù)年會(huì). 鄭州：2009.

With the rapid development of our economy,the demand for oil is increasing.The oil industry is related to the economic lifeline of our country,and its healthy and sustainable development is related to the future of our economy.The use of oil meter is more common in the oil industry,which plays a very important role in the process of oil transportation,mining and refining.In the practical application of oil meter,the different accuracy requirements are chosen for the different working conditions.In this paper,the principle of the accuracy of various oil meters is discussed.

oil meter;offshore platform;accuracy;selection principle

李瑞偉(1970-)，男，山東煙臺(tái)人，工程師，大學(xué)本科，主要從事海洋石油平臺(tái)設(shè)計(jì)工作。

P75

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.02.015

2015-12-18