油田地面站庫(kù)自控儀表的設(shè)計(jì)及選型探討

米常偉

（大慶油田設(shè)計(jì)院有限公司儀表電信室，黑龍江 大慶 163000）

在油田地面站和倉(cāng)庫(kù)的日常管理工作中，溫度、壓力、流量、液位等數(shù)據(jù)成為生產(chǎn)管理的關(guān)鍵信息依據(jù)。在油田地面站庫(kù)自動(dòng)管理系統(tǒng)中，自動(dòng)控制儀表是重要的原始數(shù)據(jù)參量的儀器。自動(dòng)控制儀表把收集的參數(shù)傳輸?shù)街行谋O(jiān)控裝置。管理人員可以通過(guò)控制參數(shù)的變動(dòng)確定整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際工作狀況，并提出了進(jìn)一步的調(diào)節(jié)方法。自動(dòng)控制儀表也為管理者提供了關(guān)鍵的信息數(shù)據(jù)。與常規(guī)的人工采集技術(shù)比較，該技術(shù)更精準(zhǔn)、更快捷，同時(shí)，還減輕了有毒危害生產(chǎn)地區(qū)的人員工作勞動(dòng)強(qiáng)度，在提高勞動(dòng)保障方面收到了很好的效果。

1 油田地面站庫(kù)自控儀表的意義

石油化工生產(chǎn)是一種較為復(fù)雜的流程。因工業(yè)原材料和成品往往存在易燃易爆的特性，所以容易產(chǎn)生更大的安全隱患。自控儀表設(shè)備在石化系統(tǒng)中的運(yùn)用能夠讓我們更直接、快速地了解各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，有效改善生產(chǎn)質(zhì)量管理。油田地面站庫(kù)管理的自動(dòng)化、智能控制措施，是為提升企業(yè)經(jīng)營(yíng)的效益與品質(zhì)，減少企業(yè)運(yùn)營(yíng)中的資源利用程度，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，并實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的即時(shí)監(jiān)測(cè)，達(dá)到了企業(yè)更有效的生產(chǎn)管理。

2 自控儀表設(shè)計(jì)時(shí)遵循的原則

油田地面站庫(kù)管理的自動(dòng)化、智能化管理方法，是為提升了企業(yè)管理的效能與品質(zhì)，通過(guò)減少了企業(yè)運(yùn)營(yíng)中的人力資源利用強(qiáng)度，以提高企業(yè)職工的勞動(dòng)水平，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品參數(shù)的即時(shí)監(jiān)測(cè)，從而達(dá)到了更加精確的企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理。所以，在自動(dòng)系統(tǒng)中，自動(dòng)儀表方案設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持方法合理化、技術(shù)先進(jìn)性、操作安全性、操作便利性的基本原則。首先，為提升控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)成本控制能力，首先，要求儀器裝置必須具備較高可靠性，才能夠在一定的環(huán)境下平穩(wěn)工作。其次，應(yīng)該按照裝置種類和實(shí)際的生產(chǎn)需要，合理選用相應(yīng)的控制器，才能達(dá)到預(yù)期用途；再次，由于智能化控制系統(tǒng)儀器設(shè)備更換得十分迅速，同時(shí)由于油田生產(chǎn)地面站庫(kù)逐漸實(shí)行了無(wú)人看守的生產(chǎn)管理模式，儀器設(shè)備也隨著生產(chǎn)技術(shù)水平提升而越來(lái)越多，所以智能化儀表系統(tǒng)應(yīng)該具備一定技術(shù)的前瞻性，才能夠和其他裝置產(chǎn)生良好的相容性，在保證技術(shù)先進(jìn)性的基礎(chǔ)上，也要充分考慮經(jīng)濟(jì)成本，對(duì)于可能太過(guò)多地追求高新型號(hào)的儀器裝置，也應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要綜合考慮；最后，針對(duì)必須在高溫、高壓、高黏度的特殊環(huán)境下工作的儀表裝置，還應(yīng)當(dāng)充分考慮其周圍環(huán)境的耐久性，以及其應(yīng)用可靠性，見圖1。

圖1 油田自動(dòng)化技術(shù)

3 不同類型儀表的設(shè)計(jì)思路

目前，應(yīng)用于我國(guó)各油田的自控儀器品種很多，但按作用可分成檢測(cè)儀表、指示儀器、監(jiān)控設(shè)備、執(zhí)行儀4 個(gè)系列。在檢測(cè)儀表中，根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)類型又包括電壓、電流、物位、組分等五種類型?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表一般分為溫度、壓力、流量、液位四大類，在型號(hào)選用上，首先，應(yīng)全面考慮其技術(shù)基本要求及其對(duì)儀器裝置的特性要求，選用精度、溫度壓力耐受性能和其他性能參數(shù)都滿足統(tǒng)一要求的儀器裝置。

3.1 溫度儀表

油田地面站庫(kù)內(nèi)所使用的溫度測(cè)量?jī)x器，大致有玻璃管溫度計(jì)、金屬溫度計(jì)、壓力溫度計(jì)等幾種形式，以因玻璃管溫度計(jì)的檢測(cè)準(zhǔn)確度大，受材料特點(diǎn)決定，且玻璃管型溫度計(jì)對(duì)應(yīng)用環(huán)境要求極高，僅適合在振動(dòng)范圍較小沒(méi)有機(jī)械破壞危險(xiǎn)的應(yīng)用環(huán)境中使用。雙金屬溫度計(jì)對(duì)應(yīng)用條件要求較低，能夠應(yīng)對(duì)相對(duì)嚴(yán)酷的條件，所以使用范圍比較廣。雙金屬溫度計(jì)選用時(shí)要注意量程的選取，而量程選用時(shí)應(yīng)全面考慮實(shí)際的應(yīng)用要求。使用環(huán)境使用時(shí)，工作溫度應(yīng)在量程的中央?yún)^(qū)域，且工作溫度的峰值應(yīng)小于儀表量程的90%，另外，還應(yīng)考慮溫度計(jì)的外觀和放置方法，與之應(yīng)有良好的相容性。對(duì)于含有腐蝕性介質(zhì)的管道或是其他必須在腐蝕性環(huán)境下工作的溫度計(jì)，盡量選擇與工藝管道、裝置相同或高于一個(gè)等級(jí)的材料，接入尺寸通常應(yīng)當(dāng)以將測(cè)溫器件接入在被測(cè)介質(zhì)中、介質(zhì)溫度變化敏感的地方為基礎(chǔ)，接線方法在腐蝕性場(chǎng)所選擇法蘭式接線方法。雙金屬溫度計(jì)精度通常為1.5 ～1.0。而遠(yuǎn)傳型溫度儀表的材料選用也一樣，根據(jù)具體的應(yīng)用要求及其運(yùn)行條件，決定了溫度計(jì)的外殼材料和量程。遠(yuǎn)傳型溫度計(jì)還必須兼顧溫度計(jì)分度號(hào)的熱電偶、熱阻值、熱敏電阻等型號(hào)的選用。而且熱電偶可靠性較高，可應(yīng)用于各種應(yīng)用環(huán)境，而熱阻值則適合環(huán)境溫度振動(dòng)范圍較小的應(yīng)用環(huán)境，而熱敏電阻則適合對(duì)溫度檢測(cè)實(shí)時(shí)性要求較大的應(yīng)用環(huán)境中，另外，對(duì)于遠(yuǎn)傳型溫度傳感器，必須配備適當(dāng)?shù)臏囟茸兯推鳌?/p>

3.2 壓力儀表

壓力儀表對(duì)應(yīng)用條件有著很大的需求，因此，壓力儀表的選用方式必須針對(duì)應(yīng)用條件和所使用介質(zhì)的特點(diǎn)加以全面評(píng)定。大致上可分成這樣的一些類型。其一，高腐蝕性、潮濕、粉塵的應(yīng)用條件，該場(chǎng)合下需要壓力儀表的全密封殼體，具有很好的防水、防塵等功能；其二，對(duì)于一般耐腐蝕介質(zhì)，可按照具體的一般耐腐蝕介質(zhì)類型，選用耐酸溫度表、氨壓力表或是不銹耐酸鋼隔膜壓力表；其三，對(duì)于遠(yuǎn)傳壓力變送器的選用方式，按照一般介質(zhì)特點(diǎn)，只能選擇通用型的壓力變送器。易燃易爆的高危場(chǎng)合時(shí)，應(yīng)選用氣動(dòng)變送器或防爆式變送器，以此保證儀器的工作安全性。當(dāng)介質(zhì)中存在易結(jié)晶、結(jié)巴、固體粒子濃度大、黏稠、腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)時(shí)，可考慮采用法蘭式變送器，或按照實(shí)際的材料種類而設(shè)置適當(dāng)?shù)哪て愋汀．?dāng)使用壓力較小的，選用微差壓力變送器。當(dāng)工作條件較好、對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確度要求較低的選用成本較為便宜的霍爾壓力變送器。見圖2。

圖2 壓力儀表結(jié)構(gòu)組成

3.3 流量?jī)x表

（1）流量?jī)x表的刻度選擇。流量?jī)x表的設(shè)計(jì)和選擇，首先，應(yīng)明確儀器的測(cè)量刻度及其量程限制?？潭韧ǔ９潭ǖ?，但在特定情況下，必須采用非整數(shù)的刻度讀數(shù)時(shí)，則應(yīng)該圓整到最近似的序列數(shù)。方根刻度適用范圍：最高流速不高于滿刻度的95%，通常流速約為滿刻度的70%～85%，最小流速不低于滿刻度的30%。

（2）流體、液體、蒸汽流量計(jì)。中國(guó)油田地面站庫(kù)內(nèi)流體、液態(tài)、蒸氣所采用的流量計(jì)。在對(duì)這些媒介實(shí)施溫度和壓力時(shí)，除了選用正確的測(cè)量方法外，還必須充分考慮各種狀態(tài)媒介在各種溫度和壓力條件下的流速波動(dòng)狀況，在必要時(shí)，還應(yīng)該實(shí)施溫度和壓力補(bǔ)償。如在測(cè)量蒸汽介質(zhì)溫度時(shí)，就必須階段性地給予溫度和壓力補(bǔ)償。另外，若媒介具有腐蝕性、導(dǎo)電性時(shí)也可采用抗干擾能力更強(qiáng)的電磁流量計(jì)，但電磁流量計(jì)型號(hào)選用時(shí)，在考慮系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，也必須充分考慮媒介的導(dǎo)電性效果。

3.4 物位儀表

料位測(cè)量?jī)x器是測(cè)定介質(zhì)位置的自動(dòng)化儀器，在油田的地面站庫(kù)內(nèi)一般用來(lái)對(duì)液體介質(zhì)、粉粒的液面及其裝載位置的測(cè)定，而測(cè)定塊狀、粒料狀、粉料狀的測(cè)量?jī)x器又被稱為料位計(jì)，而測(cè)定液體介質(zhì)位置的儀器又被稱之為液位儀。物位儀表的類型較多，從技術(shù)原理角度可分成懸浮性能型、回波輻射型、電容式、激光式等多種，在具體使用時(shí)，可針對(duì)系統(tǒng)特點(diǎn)和應(yīng)用要求加以選用。

3.5 分析儀表

中國(guó)在數(shù)據(jù)分析儀器設(shè)備的研究方面起步還是較晚，近年來(lái)，發(fā)展步伐持續(xù)加速，現(xiàn)已形成數(shù)據(jù)分析儀器設(shè)備的生產(chǎn)能力。但由于國(guó)產(chǎn)儀表與進(jìn)口儀表在特性方面仍具有很大差別，線性范圍和響應(yīng)能力都差于進(jìn)口儀表。而國(guó)產(chǎn)儀表價(jià)值也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于進(jìn)口儀表，在具體選型中若測(cè)量的準(zhǔn)確度要求較低，即可采用成本相對(duì)便宜的國(guó)產(chǎn)分析儀器設(shè)備。分析儀表在選型方面要重點(diǎn)考慮選用的分析儀表是否通過(guò)GBT 19001 或ISO9001 體系認(rèn)證企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品。并且滿足《SH/T 3005—2016 石油化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。要盡量選擇與實(shí)驗(yàn)室離線分析檢測(cè)儀表原理相同或相近的儀表，這樣便于后期進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)等工作，可以大幅降低企業(yè)實(shí)驗(yàn)室離線分析頻次，降低分析成本，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

4 選型項(xiàng)目設(shè)計(jì)分析

對(duì)自動(dòng)儀器選型項(xiàng)目的制定從效率、投資、質(zhì)量3個(gè)層次加以整體考慮，三者是一致與矛盾的問(wèn)題，怎樣協(xié)調(diào)好三者間的關(guān)系，是建立正確的選型計(jì)劃的基礎(chǔ)。

4.1 質(zhì)量管理

儀器的產(chǎn)品質(zhì)量、工作穩(wěn)定性決定了最終的應(yīng)用效益和使用成本，所以把好質(zhì)量關(guān)是儀器選擇設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。選擇時(shí)，應(yīng)防止單純地尋求產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)性，應(yīng)選用成熟、穩(wěn)定的可靠性產(chǎn)品，以保證產(chǎn)品的長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性。儀器選擇時(shí)，也要全面考慮產(chǎn)品的市場(chǎng)狀況，要保證在整個(gè)項(xiàng)目中儀器的統(tǒng)一性、互換性，并以此校核備品備件的總儲(chǔ)備量。

4.2 投資管理

投資管理工作同時(shí)也是儀器選型項(xiàng)目的關(guān)鍵工作，投資管理工作要與施工設(shè)計(jì)工作一起開展，投資管理質(zhì)量與合理性對(duì)項(xiàng)目最終的投資規(guī)模影響范圍約為5%～35%，投資儀器選型時(shí)不但必須充分考慮儀器性能及其適用范圍，還必須全面考慮投資儀器的成本價(jià)值，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)算、精細(xì)分析、準(zhǔn)確調(diào)整。

在投資儀器的選擇過(guò)程中，首先，要明確儀器特性與質(zhì)量要求，而后再在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)根據(jù)國(guó)產(chǎn)、合作、進(jìn)口等迅速做出選型。在滿足產(chǎn)品質(zhì)量與性能要求，同時(shí)，還要減少投資儀器的引進(jìn)成本，并進(jìn)行投資項(xiàng)目?jī)x器選擇過(guò)程中的資金管理。購(gòu)買過(guò)程中，應(yīng)一切以實(shí)際檢驗(yàn)為主，不過(guò)，過(guò)于迷信思想或進(jìn)出口商品優(yōu)于國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的扭曲論，投資控制并不代表著可以無(wú)條件地減少生產(chǎn)成本，因而降低商品質(zhì)量，而是應(yīng)該在品質(zhì)和價(jià)值之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)。

4.3 進(jìn)度管理

阻礙整個(gè)工程進(jìn)展的原因極多，包括人為因素、工藝原因、儀表設(shè)備額的設(shè)計(jì)原因，以及部分定制儀表設(shè)備，甚至需要關(guān)鍵、重要等設(shè)備的生產(chǎn)完成。而這些因素如果在控制上不當(dāng)時(shí)，都可能對(duì)整個(gè)工程進(jìn)展產(chǎn)生一定的干擾。所以，進(jìn)度控制從以下方面加強(qiáng)，企業(yè)成立了技術(shù)人員隊(duì)伍，由專家型的技術(shù)人員牽頭組織，提升了隊(duì)伍效率。在整個(gè)工程建設(shè)進(jìn)行中，按照確定選型程序來(lái)實(shí)施主動(dòng)的工程進(jìn)度管理。例如，提前了解工藝，在心中有一個(gè)全局觀念，熟悉土木的施工進(jìn)度，并事先對(duì)建筑施工過(guò)程中所使用的預(yù)埋件、預(yù)埋孔的儀器確定了規(guī)格，并將設(shè)計(jì)要求盡快上報(bào)到土建施工，對(duì)生產(chǎn)周期長(zhǎng)的儀器，如特定的閥門、成分分析儀等儀表設(shè)備提前確定了選型，并進(jìn)行訂貨。這就能夠?qū)⒉焕蛩氐母蓴_減至最低，以便加快速度，使工程可以早日完成，盡早實(shí)現(xiàn)建設(shè)效果。

5 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)油田地面站庫(kù)內(nèi)自控儀表的設(shè)計(jì)和選擇問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，在剖析儀器選型原則和現(xiàn)狀后，又詳盡介紹了自控儀器的主要功能及其設(shè)計(jì)選型方法，從資金管理、工作時(shí)間管理和品質(zhì)管理等三方面，給出了具體對(duì)策與建議。但就本文理論分析，目前仍沒(méi)有大面積的實(shí)際驗(yàn)證，仍需更深入的鉆研與完善。