流量計(jì)算機(jī)溫度補(bǔ)償淺析

李偉

(中石油中亞天然氣管道有限公司，北京 100007)

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流量計(jì)算機(jī)溫度補(bǔ)償淺析

李偉

(中石油中亞天然氣管道有限公司，北京 100007)

通過對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道上用于計(jì)量的流量計(jì)算機(jī)中參與溫度補(bǔ)償?shù)臏囟裙收辖y(tǒng)計(jì)和分析，找出了事故的根源及產(chǎn)生的原因。結(jié)合三線制鉑電阻的基本工作原理和相應(yīng)設(shè)備的工作特點(diǎn)，提出了完善的處理方法，很好地解決了相關(guān)問題，并推廣到多條管線上應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果。

溫度補(bǔ)償 流量計(jì)算機(jī) 管道 鉑電阻

1 概 述

某油氣管道分公司首站、中間站和分輸閥室的流量計(jì)采用了超聲波流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)，通過流量計(jì)把工況瞬時(shí)流量傳遞到流量計(jì)算機(jī)中，然后在流量計(jì)算機(jī)中進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償，得到標(biāo)準(zhǔn)狀況流量，最后輸出到數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)。其中，溫度通過信號(hào)分配器分成2路，1路傳送到流量計(jì)算機(jī)中，另1路直接到SCADA并在人機(jī)界面(HMI)上進(jìn)行溫度顯示。

使用過程中，筆者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了下列溫度故障：

1) 首站出站溫度就地儀表與流量計(jì)算機(jī)、SCADA的HMI顯示的溫度相差8℃。

2) 中間站SCADA的HMI顯示的溫度經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)跳變，而流量計(jì)算機(jī)中的溫度卻非常穩(wěn)定，并且與現(xiàn)場(chǎng)就地溫度表顯示的溫度相同。

3) 16號(hào)閥室流量計(jì)算機(jī)中顯示的溫度與現(xiàn)場(chǎng)不符，SCADA的HMI顯示的溫度與現(xiàn)場(chǎng)一致。

針對(duì)上述情況，筆者進(jìn)行了仔細(xì)分析、查看。首站、中間站和分輸閥室均采用的是三線制鉑電阻，如圖1，圖2所示，不同之處在于首站相對(duì)于中間站和分輸閥室沒有使用專門的信號(hào)分配器。

圖1 首站溫度測(cè)量接線示意

圖2 中間站和分輸閥室溫度測(cè)量接線示意

三線制鉑電阻的基本工作原理[1-3]如圖3所示，根據(jù)公式(1)可知，若想完全消除線路的電阻Rr，需要R2=R3，使得電橋自動(dòng)平衡時(shí)與Rr無關(guān)。三線制信號(hào)變送器內(nèi)部的集成電路相當(dāng)于滿足R2=R3的動(dòng)態(tài)平衡電橋，并在內(nèi)部增加了穩(wěn)壓和濾波等功能。

如果電橋平衡，則：

(R1+Rr)×R3=R2×(Rpt+Rr)

(1)

如果

R3=R2

則：

Rpt=R1

式中：Rpt——鉑電阻；Rr——三線制引出線的線阻。

圖3 三線制鉑電阻的工作原理示意

2 分析與處理

針對(duì)這些現(xiàn)象，筆者提出了如下不同的解決方案：

1) 對(duì)同時(shí)具有變送和分配功能的信號(hào)變送分配器，進(jìn)行重新的設(shè)定和接線[4-10]。首站的現(xiàn)場(chǎng)溫度與流量計(jì)算機(jī)、HMI的溫度相差8℃，Pt100的1℃相當(dāng)于0.385Ω，8℃相當(dāng)于3.08Ω。

經(jīng)過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)Pt三線制鉑電阻到信號(hào)變送器之間的3根導(dǎo)線的線阻Ra達(dá)到了6.25Ω，而Rb和Rc為3Ω左右，并且線阻為6.25Ω的導(dǎo)線正好在Pt三線制鉑電阻單根線阻上，所以就相當(dāng)于把鉑電阻的阻值增大了3.25Ω。由于理論上必須保證3根導(dǎo)線線阻相同，因而需要更換導(dǎo)線，同時(shí)對(duì)零點(diǎn)和量程進(jìn)行重新的標(biāo)定。首站從現(xiàn)場(chǎng)到機(jī)柜進(jìn)線處的阻值見表1所列。

表1 三線制鉑電阻從現(xiàn)場(chǎng)到機(jī)柜導(dǎo)線測(cè)試情況

2) 更換信號(hào)分配器。中間站HMI顯示的溫度經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)跳變，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的觀察，發(fā)現(xiàn)流量計(jì)算機(jī)中的溫度并無此現(xiàn)象，說明信號(hào)分配器有問題，更換該信號(hào)分配器后，溫度恢復(fù)正常。

3) 對(duì)流量計(jì)算機(jī)的量程進(jìn)行修改。分輸閥室流量計(jì)算機(jī)中溫度與現(xiàn)場(chǎng)不符，現(xiàn)場(chǎng)溫度與HMI中顯示的溫度一致。經(jīng)過查看發(fā)現(xiàn)是流量計(jì)算機(jī)中溫度的量程設(shè)定不正確導(dǎo)致。

3 結(jié)束語

1) 油氣管道進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)臏囟戎担ǔＪ墙?jīng)過站控機(jī)柜中的變送器、信號(hào)分配器，1路到流量計(jì)算機(jī)中顯示，另1路到HMI上顯示。在整個(gè)自動(dòng)控制回路中，出故障的地方除了回路本身導(dǎo)線和接線頭外，還有鉑電阻、變送器、信號(hào)分配器、流量計(jì)算機(jī)、PLC和SCADA，任何一部分有問題都會(huì)導(dǎo)致溫度顯示異常，判斷故障時(shí)可以用排除法。

2) 故障處理過程中涉及鉑電阻故障的排查。根據(jù)當(dāng)前環(huán)境的溫度，估算鉑電阻的阻值，然后測(cè)量3根導(dǎo)線間的阻值，看阻值是否相等并與當(dāng)前溫度下鉑電阻估計(jì)值進(jìn)行比較。實(shí)際應(yīng)用中鉑電阻本身出故障的可能性很小。

3) 可以通過在現(xiàn)場(chǎng)加變送器，然后在機(jī)柜中

加上模擬量浪涌，再經(jīng)信號(hào)分配器的方式來進(jìn)行溫度、壓力的補(bǔ)償和顯示。這樣做的好處在于減少鉑電阻到信號(hào)變送器的導(dǎo)線長(zhǎng)度，從現(xiàn)場(chǎng)到機(jī)柜使用毫安信號(hào)，毫安信號(hào)對(duì)線阻要求較低。

[1] 王樹青，樂嘉謙.自動(dòng)化與儀表工程師手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[2] 厲玉鳴.化工儀表及自動(dòng)化[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[3] 石油化工儀表自動(dòng)化培訓(xùn)教材編寫組.自動(dòng)化儀表[M].北京：中國(guó)石化出版社，2009.

[4] 候鎮(zhèn)冰.固體熱傳導(dǎo)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1999.

[5] VARENNE M, BATSALE J C, GOBBE C. Estimation of Local Thermophysical Properties of a One-dimensional Periodic Heterogeneous Medium by Infrared Image Processing and Volume Averaging Method [J]. ASME J Heat Transfer, 2000(12)：21-26.

[6] 伊薩琴科(俄).傳熱學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1993.

[7] 陳瑞陽.工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[8] 姚福來.自動(dòng)化設(shè)備和工程的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、故障診斷[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[9] 潘永湘.過程控制與自動(dòng)化儀表[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[10] 徐科軍.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

李偉，畢業(yè)于大連理工大學(xué)機(jī)械自動(dòng)化專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于中石油中亞天然氣管道有限公司，從事油氣管道儀表自動(dòng)化工作，任工程師。

TH811

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1007-7324(2016)05-0069-02

稿件收到日期：2016-06-19，修改稿收到日期：2016-07-26。