高壓流量自控儀的故障分析

趙瑞娟

（勝利油田黨校（培訓(xùn)中心），山東 東營(yíng) 257000）

勝利油田信息化建設(shè)以來(lái)所有的配水間全部安裝了高壓流量自控儀，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將采集的各種數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴a(chǎn)指揮中心的SCADA 系統(tǒng)，在SCADA 系統(tǒng)中可以遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)配水量，該裝置即可自動(dòng)也可手動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了流量信號(hào)24 小時(shí)穩(wěn)流控制，在無(wú)人值守時(shí)自動(dòng)計(jì)量各種參數(shù)，高壓流量自控儀的使用使精確注水成為現(xiàn)實(shí)[1]。目前，勝利油田安裝使用的高壓流量自控儀來(lái)自三個(gè)生產(chǎn)廠家，他們的產(chǎn)品都遵循勝利油田信息化建設(shè)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，只是裝置的外形及調(diào)試界面有所不同。下面以勝利油田使用較多的廠家上海一諾生產(chǎn)的GLZ 型高壓流量自控儀為例，簡(jiǎn)述高壓流量自控儀的常見故障分析。

1 工作原理

在量程范圍內(nèi)任意設(shè)置期望的流量值，設(shè)備自動(dòng)比較實(shí)測(cè)值與設(shè)定值之間的偏差，設(shè)備自動(dòng)調(diào)節(jié)流量偏差，使管線內(nèi)的流量始終保持在設(shè)定值附近[2]。

GLZ 型渦街磁電式高壓流量自控儀，由渦街磁電式流量計(jì)、電動(dòng)閥、程序控制器、流體管段四部分組成。

渦街磁電式流量計(jì)利用卡門渦銜與電磁感應(yīng)原理相結(jié)合研制而成，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)流過(guò)自控儀的漩渦發(fā)生體時(shí)，在其下游兩側(cè)交替產(chǎn)生漩渦。在漩渦發(fā)生體的下游裝有磁鐵，當(dāng)漩渦切割磁場(chǎng)磁力線時(shí)，產(chǎn)生的電頻率信號(hào)被電極檢測(cè)出，漩渦的分離頻率與流量成正比。該信號(hào)經(jīng)電路處理后，轉(zhuǎn)換成流量信號(hào)傳送給控制器，并可由液晶顯示瞬時(shí)流量和累積流量[3]。

電動(dòng)閥即經(jīng)過(guò)減速裝置的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，包括電機(jī)和閥門組件（蝸桿減速-閥芯閥套和密封件）。它具有機(jī)械限位功能、電子限位功能以及電子顯示功能。（1）控制器根據(jù)流量大小向電機(jī)發(fā)出指令，電機(jī)接到指令后，按預(yù)設(shè)值調(diào)整步幅進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)蝸輪、蝸桿達(dá)到減速目的；（2）閥芯在蝸輪的帶動(dòng)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，改變閥的出口重合度，從而調(diào)節(jié)流量的大小。當(dāng)閥的橢圓口不重合時(shí)流量最小，反之重合度越大流量就越大[4]。

程序控制器在外部供電時(shí)進(jìn)行流量顯示和控制。用戶根據(jù)需要可以任意設(shè)定流量值，控制器比較設(shè)定的流量值和瞬時(shí)流量值。若兩者的差值大于瞬時(shí)流量穩(wěn)定度時(shí)，控制器發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)閥門，使瞬時(shí)流量值靠近或等于設(shè)定的流量值。當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度達(dá)到百分之百時(shí)，注水流量依舊不滿足要求時(shí)，控制器發(fā)出連鎖保護(hù)指令，閥門不會(huì)繼續(xù)執(zhí)行開啟指令。

高壓流量自控儀現(xiàn)場(chǎng)閥組間大部分采用的是多臺(tái)自控儀連接RTU（Remote Terminal Unit，數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)程終端單元）有線通訊方式，采用RS485 通訊，遵循勝利油田的Modbus RTU 標(biāo)準(zhǔn)四化協(xié)議[5]。表頭電路板按照安裝層次有如下幾種電路板：按鍵板、顯示板、驅(qū)動(dòng)板、電源板、接線板、放大板。

2 故障分析

2.1 485 通訊故障

高壓流量自控儀滿足Modbus RTU 四化協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程讀取儀表流量數(shù)據(jù)、儀表參數(shù)、遠(yuǎn)程配注流量、遠(yuǎn)程配置參數(shù)等功能。485 通訊不上的可能原因有：（1）儀表通訊參數(shù)顯示錯(cuò)誤；（2）485AB 信號(hào)線接觸不良；（3）485AB 兩根信號(hào)線之間電壓為零；（4）485AB 信號(hào)線是否和24V 電源有漏電接觸問(wèn)題。

解決辦法：首先查看儀表通訊參數(shù)是否正確（地址、波特率、奇偶校驗(yàn)）、485 通訊線接線插頭重新插拔確保接觸良好。其次查看儀表485A、485B 端之間是否有一個(gè)3V～5V 的電壓值，如果沒(méi)有電壓值，應(yīng)該要檢查電源線路是否有問(wèn)題。再次可以用電腦單獨(dú)連接高壓流量自控儀485AB進(jìn)行通訊測(cè)試，如果通訊有問(wèn)題，確認(rèn)是儀表故障問(wèn)題，更換顯示板即可解決。此外應(yīng)該盡量避免現(xiàn)場(chǎng)存在大的電磁干擾問(wèn)題，以及電源電壓盡量穩(wěn)定。

2.2 自控儀和壓力表接入出現(xiàn)問(wèn)題

現(xiàn)場(chǎng)壓力表在接入高壓流量自控儀時(shí)，壓力表輸出的是直流4mA～20mA 模擬信號(hào)，按照說(shuō)明書的接線圖接線，壓力表直接接入，不需要再接一個(gè)直流24V 電源。

解決辦法：首先檢查儀表壓力線是否和壓力表I+、I-連接正確、檢查儀表壓力參數(shù)是否正確；其次將高壓流量自控儀的I-與壓力表的I-斷開，用萬(wàn)用表紅、黑表筆分別接壓力表的I-和自控儀的I-，觀察萬(wàn)用表讀數(shù)值，核對(duì)顯示的電流值是否對(duì)應(yīng)壓力值。如果萬(wàn)用表顯示數(shù)字正確，則是自控儀表頭問(wèn)題，更換自控儀接線板即可解決問(wèn)題。

2.3 閥門調(diào)節(jié)不穩(wěn)

現(xiàn)場(chǎng)自控儀顯示的流量頻繁跳動(dòng)，閥門頻繁調(diào)節(jié)，需要區(qū)分具體故障是什么。一是表頭放大板本身計(jì)量波動(dòng)導(dǎo)致閥門頻繁調(diào)節(jié)；二是表頭計(jì)量不存在問(wèn)題，閥門還是頻繁調(diào)節(jié)。

解決辦法：首先不調(diào)節(jié)閥門,看現(xiàn)場(chǎng)流量本身是否頻繁跳動(dòng)，如果是頻繁跳動(dòng)且跳動(dòng)幅度不大并且是有規(guī)律性的，則表頭計(jì)量沒(méi)有問(wèn)題，應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況盡量減小流量跳動(dòng)。可以采取的措施有：調(diào)節(jié)后面的截止閥使閥開度變小，調(diào)大流量的濾波時(shí)間，控制幅度調(diào)小，控制的間隔時(shí)間增大等。

如果流量跳動(dòng)幅度過(guò)大且沒(méi)有規(guī)律，則是流量計(jì)量出現(xiàn)了問(wèn)題；如果是顯示的問(wèn)題需要更換顯示板；如果是放大板的問(wèn)題需要更換放大板。

2.4 計(jì)量自動(dòng)走字

導(dǎo)致高壓流量自控儀計(jì)量自動(dòng)走字的原因可能是：導(dǎo)流管兩側(cè)的磁鐵，吸附過(guò)多的含鐵雜質(zhì)導(dǎo)致自動(dòng)產(chǎn)生漩渦弱電信號(hào)，設(shè)備屏蔽不好引入電磁干擾，管線強(qiáng)烈振動(dòng)會(huì)使流體波動(dòng)產(chǎn)生電信號(hào)。

高壓流量自控儀自動(dòng)走字的解決方案：在表頭中做小信號(hào)切除；定期將漩渦發(fā)生體拿出來(lái)清洗雜質(zhì)；做好儀表24V 電源線及485AB 信號(hào)線的屏蔽處理；設(shè)備不工作時(shí)讓表體內(nèi)的水放空或者注滿管道。

如果現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行在小流量情況下，且無(wú)法解決介質(zhì)中含雜質(zhì)情況下，建議安裝葉輪式自控儀徹底解決自動(dòng)走字現(xiàn)象，這是葉輪式自控儀最大優(yōu)點(diǎn)。葉輪式自控儀安裝尺寸和漩渦式自控儀安裝尺寸是一樣的，在試驗(yàn)通過(guò)甲方同意的情況下，建議用戶使用。

2.5 限位一直有觸發(fā)

限位一直觸發(fā)，一般是顯示板接收到的限位信號(hào)一直存在，需要判斷是線路短路問(wèn)題還是限位傳感器問(wèn)題。

解決辦法：首先拔掉限位航控插頭，如果限位顯示沒(méi)有消除，表示表頭上的限位航空插頭短路，需要更換表頭這邊的限位航空插頭。如果限位顯示消除，則需要拆除限位蓋，將限位蓋處的限位傳感器插頭拔掉，如果限位顯示消除，則是限位蓋連接表頭這段限位線短路，更換限位線即可。如果沒(méi)有消除則是限位傳感器燒壞，更換限位傳感器即可。

2.6 限位不觸發(fā)

限位不觸發(fā)，需要檢查是限位傳感器的問(wèn)題還是磁鋼的問(wèn)題。

解決辦法：首先檢查限位是否連接好，然后拆除限位蓋，用磁筆或磁鐵放到大限位或者小限位處看液晶左上角是否顯示1 或者0。如果不顯示說(shuō)明限位傳感器壞，需要更換限位傳感器。如果左上角顯示1 或者0，檢查限位磁鋼是否完好，如果限位磁鋼損壞，更換限位磁鋼即可。

2.7 電機(jī)一直轉(zhuǎn)

當(dāng)表頭設(shè)定值和瞬時(shí)流量值超出設(shè)定精度范圍時(shí)，電機(jī)就會(huì)按照控制器發(fā)出的指令調(diào)節(jié)閥門開啟度。電機(jī)手輪一直轉(zhuǎn)動(dòng)，出現(xiàn)這種情況一般是表頭或者電機(jī)出現(xiàn)故障需要檢查判斷。

解決方法：首先檢查直流24V 電源、控制電機(jī)接線，當(dāng)這些確認(rèn)正確之后，可以將電機(jī)的控制信號(hào)端口中間的黃綠2 根線斷開，如果電機(jī)還是一直轉(zhuǎn)動(dòng)說(shuō)明是電機(jī)壞了，更換電機(jī)即可。如果電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，說(shuō)明是表頭問(wèn)題，表頭一直在執(zhí)行控制指令。

如果是表頭問(wèn)題需要按照下面步驟操作：首先將設(shè)定的流量值調(diào)整到0.5 立方米每小時(shí)以上，觀察驅(qū)動(dòng)板上的燈（紅色）是否每隔6 秒左右閃爍一次，如果正常閃爍說(shuō)明顯示板發(fā)出的控制指令是正確的，說(shuō)明是驅(qū)動(dòng)板的問(wèn)題，需要更換驅(qū)動(dòng)板。如果驅(qū)動(dòng)板上的燈不能間隔6 秒左右閃爍一次，說(shuō)明顯示板控制模塊損壞，需要更換顯示板。

2.8 顯示板常見問(wèn)題

1.將電旋傳感器3P 接頭接到顯示板右下角3P 頭上，給個(gè)流量值，若有正常流量顯示且頻率穩(wěn)定，判斷顯示板流量計(jì)量沒(méi)有問(wèn)題。

2.觀察驅(qū)動(dòng)板上的控制燈（紅色）顯示，如果每隔6秒左右閃爍一次，即可判斷顯示板的控制部分正常。

3.斷掉24V 電源，間隔10 秒左右重新插上，如果液晶的累計(jì)流量保存，即可檢測(cè)顯示板鐵電存儲(chǔ)器無(wú)損壞。

4.儀表正常連接RTU，按鍵板左邊的綠色通訊燈正常閃動(dòng)，檢測(cè)顯示板通訊部分正常。

2.9 驅(qū)動(dòng)板常見問(wèn)題

通過(guò)驅(qū)動(dòng)板的開、關(guān)指示燈判斷電機(jī)的開關(guān)狀態(tài)，如紅燈亮代表閥門開，如果閥門開關(guān)狀態(tài)和紅燈亮的狀態(tài)不符，檢查接線板的電機(jī)4P 插頭是否接插牢靠，如接插牢靠，則驅(qū)動(dòng)板的功率端芯片損壞，需要更換驅(qū)動(dòng)板。

2.10 電源板常見問(wèn)題

在24V 外供電狀態(tài)下，如表頭按鍵板右側(cè)的電源指示燈不亮，檢查顯示板、驅(qū)動(dòng)板、電源板接插是否牢靠，如接插牢靠，則可能是電源板損壞，更換即可。

2.11 顯示瞬時(shí)流量比實(shí)際流量大很多

此故障產(chǎn)生的原因可能是：管線震動(dòng)強(qiáng)烈對(duì)流量計(jì)造成干擾，顯示儀表系數(shù)錯(cuò)誤，信號(hào)連接插頭與探針座連接不良。

解決辦法：緊固現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，重設(shè)設(shè)定系數(shù)，拆下信號(hào)連接插頭重新連接。

2.12 流量計(jì)瞬時(shí)流量為零（有水流動(dòng)）

此故障產(chǎn)生的原因可能是：實(shí)際水流量小于流量計(jì)的顯示下限值；流量計(jì)堵塞，漩渦發(fā)生體油污；表頭出現(xiàn)故障。

解決辦法：檢查管線進(jìn)水端水流的大??；清理流量計(jì)漩渦發(fā)生體；更換表頭。

3 實(shí)例分析

3.1 高壓流量自控儀無(wú)數(shù)據(jù)

問(wèn)題描述：某配水間內(nèi)所有儀表校驗(yàn)后，原樣裝回，全配水間自控儀都不上線。

現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)象：24V 開關(guān)電源輸出燈不亮。

處置過(guò)程：初步判斷開關(guān)電源壞，更換后仍不亮；最后檢查是其中一口水井的電源線與485 端子接錯(cuò)所致。

3.2 瞬時(shí)流量下降，油壓正常，達(dá)不到配注要求

問(wèn)題描述：某水井一直注水正常，通過(guò)PCS（Produ ction control systems,油氣生產(chǎn)指揮系統(tǒng)）發(fā)現(xiàn)，該井瞬時(shí)流量下降，油壓正常，達(dá)不到配注要求。

現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)象：該井現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)和測(cè)控裝置均正常。

處置過(guò)程：（1）初步判斷由于水質(zhì)原因?qū)е滤P芯子有堵塞，安排注采人員現(xiàn)場(chǎng)清洗水表，拆開表芯發(fā)現(xiàn)沒(méi)有堵塞，側(cè)面磁鐵腐蝕爆裂；（2）聯(lián)系廠家維修，更換磁剛后恢復(fù)正常。

3.3 流量計(jì)瞬時(shí)流量上下波動(dòng)較大

問(wèn)題描述：某水井于2018 年6 月投產(chǎn)后流量計(jì)瞬時(shí)流量上下限波動(dòng)較大，導(dǎo)致采集的水量數(shù)據(jù)誤差大。

現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)象：該井現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)和測(cè)控裝置均正常。

處置過(guò)程：（1）懷疑流量計(jì)表芯被異物堵塞，安排班組人員多次清洗水表芯子未解決；（2）懷疑清洗后流量計(jì)表頭的固定螺栓松動(dòng)或流量計(jì)表頭和表芯之間的連接處接觸不好，運(yùn)維人員未發(fā)現(xiàn)表頭與表芯連接松動(dòng)；（3）聯(lián)系儀表廠家售后，排查出是現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)線干擾引起，維修后恢復(fù)。

4 結(jié)論

高壓流量自控儀在使用過(guò)程中盡量不要手動(dòng)操作調(diào)配注，只有個(gè)別井遠(yuǎn)程調(diào)控失敗時(shí)，再手動(dòng)控制。不要把自控儀的手動(dòng)閥擰到全開和全關(guān)狀態(tài)，否則無(wú)法感應(yīng)到閥門開關(guān)狀態(tài)。高壓流量自控儀內(nèi)設(shè)置有序號(hào)，各水井之間更換時(shí)需重新設(shè)置，并在RTU 內(nèi)做調(diào)整，且需要在SCADA 服務(wù)器上重新設(shè)置對(duì)應(yīng)井號(hào)，不建議頻繁更換各水井的流量自控儀。油田儀表運(yùn)維人員只要在維修實(shí)踐中認(rèn)真分析總結(jié)，相信高壓流量自控儀在生產(chǎn)過(guò)程中的故障會(huì)很快排除，從而能夠保證油田配水間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和穩(wěn)流注水。