油田地面站庫自控儀表的設(shè)計(jì)及選型探討

張楠

（大慶油田第四采油廠工藝研究所，黑龍江 大慶 163000）

在油田地面站庫的日常管理中，壓力、溫度、流量、液位等參數(shù)是日常管理工作重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在油田地面站庫的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，自控儀表是重要的原始數(shù)據(jù)參數(shù)收集設(shè)備，自控儀表將采集參數(shù)傳輸?shù)街锌卦O(shè)備中，由管理人員根據(jù)參數(shù)變化判斷系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，制定進(jìn)一步的下一步調(diào)節(jié)方案、自控儀表為管理人員提供了重要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，相比傳統(tǒng)的人工獲取方式，更加精準(zhǔn)高效，同時(shí)，也降低了有毒有害生產(chǎn)區(qū)域的人力使用強(qiáng)度，在改善勞動(dòng)條件上發(fā)揮了重要的作用。

1 自控儀表的方案設(shè)計(jì)原則

油田地面站庫管理的自動(dòng)化、智能化管理方案，是為了提高日常管理的效率和質(zhì)量，降低日常運(yùn)行中的人力資源使用強(qiáng)度，改善員工的勞動(dòng)條件，也實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了更精準(zhǔn)的運(yùn)行控制。因此，自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，自動(dòng)儀表方案設(shè)計(jì)應(yīng)遵循方案合理性、技術(shù)先進(jìn)性、運(yùn)行可靠性、操作方便性的基本原則。首先，為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性以及成本控制，需要儀表設(shè)備具有較高可靠性，可以在相應(yīng)的環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。其次，應(yīng)根據(jù)設(shè)備類型以及實(shí)際的生產(chǎn)需求，選擇適當(dāng)?shù)目刂葡到y(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能；再次，自動(dòng)化控制設(shè)備更新十分迅速，我國油田地面站庫逐步實(shí)現(xiàn)無人值守的生產(chǎn)模式，儀器設(shè)備伴隨技術(shù)升級(jí)不斷更新，因此自動(dòng)化儀表應(yīng)具有技術(shù)的先進(jìn)性，才可以與其他設(shè)備有著良好的兼容性，在保障技術(shù)先進(jìn)性的基礎(chǔ)上也要充分考慮經(jīng)濟(jì)成本，可能過多額追求高新型號(hào)的儀表設(shè)備，應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際需求綜合考量；最后，針對(duì)需要在高溫、高壓、高黏度的特殊環(huán)境下工作的儀表設(shè)備，應(yīng)充分考慮其環(huán)境的耐受性，以及使用安全性。

2 各類檢測儀表的選型設(shè)計(jì)思路

目前，我國油田地面站庫中應(yīng)用的自控儀表種類繁多，但從功能角度可以分為檢測儀表、顯示儀表、控制儀表、執(zhí)行器四大類。其中檢測儀表中根據(jù)檢測的參數(shù)類型又分為壓力、流量、物位、組分等五個(gè)類別。在型號(hào)選擇時(shí)，首先，要充分考量系統(tǒng)工藝基礎(chǔ)條件以及系統(tǒng)對(duì)儀表設(shè)備的功能需求，選擇精度、溫度壓力難受性以及其他性能參數(shù)均符合系統(tǒng)需求的儀表設(shè)備。

2.1 溫度儀表

油田地面站庫中應(yīng)用的溫度計(jì)量儀表主要有玻璃管溫度計(jì)、金屬溫度計(jì)、壓力溫度計(jì)等幾個(gè)類型，其中玻璃管溫度計(jì)的測量精度最高，但受材質(zhì)特性決定，玻璃管類溫度計(jì)對(duì)使用環(huán)境要求極高，僅適用于震動(dòng)較小無機(jī)械損傷可能的使用環(huán)境中。雙金屬溫度計(jì)對(duì)使用環(huán)境要求較小，可以適應(yīng)較為惡劣的環(huán)境，因此應(yīng)用范圍最廣泛。雙金屬溫度計(jì)在選擇時(shí)應(yīng)注意量程的選擇，量程選擇要充分考量實(shí)際的使用需求。測量溫度應(yīng)在量程的中間位置，溫度最大峰值應(yīng)低于量程的90%，同時(shí)，要注意溫度計(jì)的形狀以及安裝方式與系統(tǒng)有良好的兼容性。在存在腐蝕介質(zhì)的管道或者其他需要在腐蝕環(huán)境下工作的溫度計(jì)，最好選用和工藝管道、設(shè)備一致或高一個(gè)級(jí)別的材質(zhì)，插入長度一般應(yīng)以測量元件插至被測介質(zhì)溫度變化靈敏具有代表性的位置為原則，連接方式在腐蝕場合首選法蘭式連接方式。精度一般是1.5級(jí)或1級(jí)。

遠(yuǎn)傳類溫度計(jì)的選擇也同樣如此，基于實(shí)際的使用需求和使用環(huán)境，確定溫度計(jì)的外殼材質(zhì)以及量程。遠(yuǎn)傳類溫度計(jì)還需要考慮溫度計(jì)分度號(hào)的熱電偶、熱電阻、熱敏電阻等類型的選擇。其中熱電偶兼容性較高，可以應(yīng)用于多種使用環(huán)境，熱電阻適用于震動(dòng)較小的使用環(huán)境，熱敏電阻則適用于對(duì)溫度測量實(shí)時(shí)性要求較高的環(huán)境中，此外，遠(yuǎn)傳類溫度及需要安裝相應(yīng)的溫度變送器。

2.2 壓力儀表

壓力儀表對(duì)使用環(huán)境有較高的要求，壓力儀表的選擇需要根據(jù)使用環(huán)境以及測量介質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)定。主要可以分為以下幾個(gè)類別。其一，強(qiáng)腐蝕、潮濕、粉塵使用環(huán)境，該環(huán)境要求壓力儀表具備全密封外殼具備較強(qiáng)的防水、防塵能力；其二，一般腐蝕性介質(zhì)，可以根據(jù)實(shí)際的腐蝕介質(zhì)種類，選擇耐酸壓力表、氨壓力表或者不銹鋼膜片壓力表；其三，強(qiáng)腐蝕機(jī)制、黏稠介質(zhì)使用環(huán)境，該環(huán)境需要使用膜片壓力表，膜片的選擇要根據(jù)介質(zhì)特性進(jìn)行選擇。

遠(yuǎn)傳壓力變送器的選擇方法，普通介質(zhì)可以使用通用型的壓力變送器。易燃易爆的高危環(huán)境中應(yīng)選擇氣動(dòng)變送器或防爆型變送器以此確保設(shè)備的使用安全。介質(zhì)具有易結(jié)晶、結(jié)巴、固體顆粒物含量高、黏稠、腐蝕等性質(zhì)時(shí)，應(yīng)選擇使用法蘭式變送器，并根據(jù)實(shí)際的介質(zhì)類型安裝接觸膜片。在測量壓力較低時(shí)應(yīng)，選擇微差壓變送器。使用環(huán)境較好、測量精準(zhǔn)度要求較低可以選擇成本相對(duì)低廉的霍爾壓力變送器。

2.3 流量儀表

2.3.1 流量儀表的刻度選擇

流量儀表的設(shè)計(jì)與選型首先要確定儀表的計(jì)量刻度以及量程范圍?？潭纫话愠Ｒ?guī)系列，在特殊條件下需要使用非整數(shù)的刻度讀數(shù)時(shí)，應(yīng)可以圓整到最接近的序列數(shù)。方根刻度范圍：最大流量不超過滿刻度的95%，正常流量為滿刻度的70%～85%，最小流量不小于滿刻度的30%。

2.3.2 流體、液體、蒸汽流量計(jì)

我國油田地面站庫中流體、液體、蒸汽使用的流量計(jì)多數(shù)選擇差壓式流量計(jì)。在對(duì)此類介質(zhì)進(jìn)行流量時(shí)，出了選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)量方案外，還需要充分考慮不同狀態(tài)介質(zhì)在不同溫度以及壓力下的流量波動(dòng)情況，必要時(shí)，應(yīng)進(jìn)行溫度以及壓力補(bǔ)償。如在計(jì)量蒸汽介質(zhì)時(shí)，需要階段性的給與溫度和壓力補(bǔ)償。此外，如果介質(zhì)存在腐蝕性、導(dǎo)電性也可以使用抗干擾能力更強(qiáng)的電磁流量計(jì)，電磁流量計(jì)型號(hào)選擇在考慮系統(tǒng)兼容性的同時(shí)，還要充分考慮介質(zhì)的導(dǎo)電效率。

2.4 物位儀表

物位測量儀表是測量介質(zhì)位置的自動(dòng)化儀表，在油田地面站庫中主要用于對(duì)液態(tài)介質(zhì)、粉粒的液面以及裝載高度進(jìn)行測量，其中測量塊狀、顆粒狀、粉料狀的計(jì)量儀表也被稱為料位計(jì)，而測量液體介質(zhì)高度的儀表也被稱為液位計(jì)。物位儀表的種類較多，從結(jié)構(gòu)原理角度可以分為浮力式、回波發(fā)射式、電容式、激光式等多種類型，在實(shí)際而應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)情況和使用需求進(jìn)行選擇。

2.5 分析儀表

我國在分析儀表的研究上起步較晚，雖然近年來研究速度有所加快，已經(jīng)具備分析儀表的生產(chǎn)能力。但國產(chǎn)儀表和進(jìn)口儀表在性能上仍存在巨大額差異，線性范圍和相應(yīng)時(shí)間均弱于進(jìn)口儀表。但國產(chǎn)儀表價(jià)格遠(yuǎn)低于進(jìn)口儀表，在實(shí)際選型中如果測量精度需求較低，可以使用成本更低廉的國產(chǎn)分析儀表設(shè)備。

3 選型項(xiàng)目設(shè)計(jì)

對(duì)自動(dòng)儀表選型項(xiàng)目的設(shè)計(jì)應(yīng)從質(zhì)量、投資、進(jìn)度三個(gè)維度進(jìn)行全面設(shè)計(jì)，三者是統(tǒng)一又對(duì)立的關(guān)系，如何平衡好三者之間的關(guān)系，是制定科學(xué)完善選型方案的核心。

3.1 質(zhì)量管理

儀表的質(zhì)量、運(yùn)行穩(wěn)定性決定最終的使用效果以及應(yīng)用成本，因此把好質(zhì)量關(guān)是儀表選型設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。選型時(shí)，應(yīng)避免一味地追求技術(shù)先進(jìn)性，應(yīng)選擇成熟、穩(wěn)定的可靠產(chǎn)品，確保產(chǎn)品的運(yùn)行穩(wěn)定性。儀表購買也要充分考量產(chǎn)品的市場情況，要確保整個(gè)項(xiàng)目中儀表的一致性、互換性，以此較少備品備件的儲(chǔ)備數(shù)量。

3.2 投資管理

投資管理也是儀表選型項(xiàng)目的重要工作，投資管理要和施工設(shè)計(jì)工作同時(shí)進(jìn)行，投資管理工作質(zhì)量和合理性對(duì)最終的投資規(guī)模影響范圍為5%～35%，儀表選型不僅需要考慮儀表性能以及適用性，還需要充分考量儀表的成本價(jià)格，做到精確計(jì)量、精確分析、精確調(diào)節(jié)。在儀表的選型過程中，首先，要確定儀表性能和質(zhì)量需求，然后再限定范圍內(nèi)按照國產(chǎn)、合資、進(jìn)口迅速進(jìn)行選擇。在滿足質(zhì)量和性能需求時(shí)，盡可能降低儀表的引進(jìn)成本，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目儀表選型過程中的投資控制。選購過程應(yīng)一切以實(shí)踐檢驗(yàn)為主，不過過于迷信進(jìn)口產(chǎn)品優(yōu)于國產(chǎn)產(chǎn)品的扭曲理論，投資控制也不代表著無條件的縮減成本，從而減低產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)在質(zhì)量與價(jià)格之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)。

3.3 進(jìn)度管理

影響整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)度的因素極多，如人為因素、技術(shù)因素、儀表設(shè)備額引進(jìn)安裝因素，部分定制儀表設(shè)備，還需要等待儀表制造完成。上述內(nèi)容在管理不當(dāng)時(shí)，均會(huì)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度帶來一定影響。因此，進(jìn)度管理應(yīng)從以下方面加強(qiáng)，企業(yè)組建技術(shù)小組，由專家級(jí)人員帶頭組建，提高隊(duì)伍速度。在施工開始前，確定選型順序來進(jìn)行主動(dòng)的設(shè)計(jì)進(jìn)度控制。比如，提前熟悉工藝流程，心中有個(gè)全局觀，了解土建施工進(jìn)度，先把安裝時(shí)要用到的預(yù)埋件、預(yù)埋孔的儀表定下型號(hào)，并將條件及時(shí)提交給土建施工，制造周期長的儀表如特殊的閥門、成分分析儀等儀表先設(shè)計(jì)選型，以便先行訂貨。這樣就可以把不利因素的影響降到最低，從而提高進(jìn)度，使工程項(xiàng)目能夠盡快完工，及早發(fā)揮投資效益。

4 結(jié)語

本文對(duì)油田地面站庫中自控儀表的設(shè)計(jì)與選型展開了研究，在分析儀表選擇原則與現(xiàn)狀后，詳細(xì)闡述了自控儀表的功能以及設(shè)計(jì)選擇方案，從投資管理、進(jìn)度管理和質(zhì)量管理三個(gè)方面提出了相應(yīng)策略和建議。但本文基礎(chǔ)理論分析，目前仍缺少大面積的實(shí)踐驗(yàn)證，仍需要進(jìn)一步的研究和完善。