油田自动化与数字远传培训班.pptx

油田自动化与监控仪表 -王克华主讲主讲 王克华王克华油田自动化与监控仪表 -王克华第一节第一节 油田自动化概述油田自动化概述 一、油气田自动化的含义 油气田自动化具有很宽泛的内容。从勘探开发的物探、钻井、录井、油气田自动化具有很宽泛的内容。从勘探开发的物探、钻井、录井、测井、采油数据采集形成的地质综合研究系统，到采油、集输、储运、供测井、采油数据采集形成的地质综合研究系统，到采油、集输、储运、供配电、油建等生产运行数据的采集、监控形成的生产运行管理系统，乃至配电、油建等生产运行数据的采集、监控形成的生产运行管理系统，乃至生产下游的石化生产、油气销售、服务供应等经营管理系统都属于油田自生产下游的石化生产、油气销售、服务供应等经营管理系统都属于油田自动化的范畴。动化的范畴。第二章 油田自动化与测控仪表油田自动化与监控仪表 -王克华 但是狭义的油田自动化，一般是指油气开采的油、气、水井状态及参但是狭义的油田自动化，一般是指油气开采的油、气、水井状态及参数监测，油气集输、管道输送、石油化工生产过程的自动检测与控制。数监测，油气集输、管道输送、石油化工生产过程的自动检测与控制。目前，生产过程的自动化已成为油田开发、油气储运、石油化工、燃目前，生产过程的自动化已成为油田开发、油气储运、石油化工、燃气输配等生产过程中必不可少的一个重要组成部分，为数字油田源数据层气输配等生产过程中必不可少的一个重要组成部分，为数字油田源数据层提供基础数据。提供基础数据。油田生产过程的自动化实油田生产过程的自动化实现了运行参数的自动采集、显现了运行参数的自动采集、显示、调节和异常报警，使生产示、调节和异常报警，使生产设备在最佳状态下自动地运行。设备在最佳状态下自动地运行。能够正确地监控设备运行，确能够正确地监控设备运行，确保安全生产，提高生产效率、保安全生产，提高生产效率、改善劳动条件，具有良好的经改善劳动条件，具有良好的经济和社会效益。济和社会效益。油田自动化与监控仪表 -王克华二、油气田自动化的主要内容 1 1、油、气、注水井生产状态监控与参数检测、油、气、注水井生产状态监控与参数检测 包括油气井油、套管压力、温度、流量检测、抽油井功图测量、电机包括油气井油、套管压力、温度、流量检测、抽油井功图测量、电机电流电压监测与启停控制；注水井干压、回压检测与注水流量调控；边远电流电压监测与启停控制；注水井干压、回压检测与注水流量调控；边远井、海山采油平台综合参数监控、井场视频监控、可燃气体检测、防盗报井、海山采油平台综合参数监控、井场视频监控、可燃气体检测、防盗报警等。警等。油田自动化与监控仪表 -王克华 2 2、油气集输处理生产测控、油气集输处理生产测控 包括计量转油站、集输联合站、轻烃处理站、注水站工艺参数的自动包括计量转油站、集输联合站、轻烃处理站、注水站工艺参数的自动检测与控制。检测与控制。如油气水气分离器、脱水器、加热炉的监测控制、外输泵、如油气水气分离器、脱水器、加热炉的监测控制、外输泵、破乳药剂加药泵流量控制、分队产量计量、油罐监测与自动盘库、污水处破乳药剂加药泵流量控制、分队产量计量、油罐监测与自动盘库、污水处理系统、原油稳定与轻烃处理系统、长输管线实时控制与泄漏报警等。理系统、原油稳定与轻烃处理系统、长输管线实时控制与泄漏报警等。油田自动化与监控仪表 -王克华.自动检测系统：自动检测系统：自动测量、变送生产工艺参数，并进行指示或记录。自动测量、变送生产工艺参数，并进行指示或记录。.自动控制系统：自动控制系统：自动调节工艺参数克服干扰因素的影响，保持恒定。自动调节工艺参数克服干扰因素的影响，保持恒定。.自动保护系统：自动保护系统：参数在超超限报警，并采取停机等保护措施。参数在超超限报警，并采取停机等保护措施。.自动操纵系统：自动操纵系统：实现状态切换的自动操作。实现状态切换的自动操作。（如设备起停、切换、周期操作、程序控制）。（如设备起停、切换、周期操作、程序控制）。干扰因素对象对象自动检测系统自动检测系统自动控制系统自动控制系统自动信号自动信号连锁保护系统连锁保护系统自动操纵自动操纵自动启停系统自动启停系统被调参数测量信号一、自动控制系统的组成第二节 自动控制系统的组成及特性 1 1、自动化系统的类型、自动化系统的类型油田自动化与监控仪表 -王克华变送器：变送器：测量水位，并转换为测量信号。测量水位，并转换为测量信号。控制器控制器：比较测量值、给定值间的偏差，：比较测量值、给定值间的偏差，按控制规律输出控制信号。按控制规律输出控制信号。执行器执行器：根据控制信号，：根据控制信号，改变改变阀门开度、阀门开度、以改变水位。以改变水位。2 2、自动控制系统组成（例）、自动控制系统组成（例）自动控制过程：自动控制过程：“检测偏差检测偏差”“”“纠正偏差纠正偏差”控制器执行器被控对象显示仪表变送器油田自动化与监控仪表 -王克华油气集输系统站库自动化主要由油气集输系统站库自动化主要由自动检测系统、自动控制系统自动检测系统、自动控制系统组成。自组成。自动调节仪表是指动调节仪表是指变送器变送器、控制器控制器、执行器执行器等自动化装置。等自动化装置。显示显示仪表仪表油气生产过程油气生产过程控制器或控制器或计算机控制系统计算机控制系统压力压力流量流量液位液位温度温度执行器执行器检测仪表及检测仪表及变送器变送器四、自动化仪表作用及类型自动调节仪表主要有自动调节仪表主要有模拟模拟调节器、调节器、数字数字调节器两种。调节器两种。油田自动化与监控仪表 -王克华n自动化仪表可分为模拟式和数字式两类。自动化仪表可分为模拟式和数字式两类。n模拟式仪表：信号形式为连续变化的模拟量（模拟式仪表：信号形式为连续变化的模拟量（420mA420mA、15V15V等）；等）；n数字式仪表：信号形式为数字编码信号（数字式仪表：信号形式为数字编码信号（HARTHART、MORDbusMORDbus、FFFF等）。等）。n在实际应用中，采用模拟式信号的变送器、执行器等仪表占多数。在实际应用中，采用模拟式信号的变送器、执行器等仪表占多数。n目前模拟仪表，采用国际标准信号制式：目前模拟仪表，采用国际标准信号制式：n24V.DC24V.DC集中供电电源，传输信号为集中供电电源，传输信号为4-20mA DC4-20mA DC；控制室信号为；控制室信号为1-5V.DC1-5V.DC。n现场变送器可以采用两线制传输，有利于安全防爆。现场变送器可以采用两线制传输，有利于安全防爆。4-20mA.DC4-20mA.DC24V.DC24V.DC电源电源变送器变送器25025015V15V安全栅安全栅显示控制仪表显示控制仪表油田自动化与监控仪表 -王克华安全火花型防爆系统安全火花型防爆系统V420 mA15 V420 mA420 mA操作端安全栅I显示仪表危险场所（现场）非危险场所（控制室）检测端安全栅24V DC24V DC24V DC控制器油田自动化与监控仪表 -王克华危险场所（现场）危险场所（现场）非危险场所（控制室）非危险场所（控制室）24V DC24V DC15 V15 V420 mA420 mA检测端安全栅检测端安全栅420 mA420 mA420 mA420 mA操作端安全栅操作端安全栅24V DC24V DC模拟式仪表一般是通过安全栅与控制器或工控计算机的输入模拟式仪表一般是通过安全栅与控制器或工控计算机的输入/输出卡输出卡（AI/AOAI/AO）连接，）连接，24V24V电源可由电流信号输入卡或配电安全栅提供。构成电源可由电流信号输入卡或配电安全栅提供。构成安全火花防爆系统。特别适用于石油工业站场控制系统。安全火花防爆系统。特别适用于石油工业站场控制系统。油田自动化与监控仪表 -王克华核心器件核心器件“硅杯硅杯”承压膜片为单晶硅片。承压膜片为单晶硅片。在硅膜片背面扩散制出在硅膜片背面扩散制出 4 个压敏电阻。个压敏电阻。2、原理单晶硅膜片受压变形时，其上各处应力不同。单晶硅膜片受压变形时，其上各处应力不同。1、结构R2、R3受拉应力，电阻增加；受拉应力，电阻增加；R1、R4受压应力，电阻减小受压应力，电阻减小。R1、R2、R3、R4组成电桥，组成电桥，输出电压输出电压Vab正比于压力。正比于压力。由表头的放大转换电路转换为由表头的放大转换电路转换为4-20mA标准信号输出。标准信号输出。VadVbdVabR1R2R3R4a ab bc cd d一、扩散硅压力变送器第四节 压力检测仪表油田自动化与监控仪表 -王克华3、放大转换电路由测量桥路、恒流源、输出放大、由测量桥路、恒流源、输出放大、V-I V-I 转换电路等组成转换电路等组成 测量桥路测量桥路放大器放大器V-IV-I转换电路转换电路电源电源-指示指示P=0P=0时，时，R R1 1=R=R2 2=R=R3 3=R=R4 4 I Ia a=I=Ib b=0.5mA,I=0.5mA,I2 2=3mA=3mA 输出输出 I I0 0=I=I1 1+I+I2 2=4mA=4mAP0P0时，时，R R1 1R R3 3R R2 2R R4 4 V Vad ad V Vbd bd,U,Uabab0 0 放大放大I I2 2 I I2 2=319mA=319mA 输出输出 I I0 0=I=I1 1+I+I2 2=4-20mA=4-20mA油田自动化与监控仪表 -王克华特点：特点：硅膜片变形微小，弹性特性良好，灵敏度高，频率响应好；结构简单，可以小型化、集成化；精度高：0.2土0.02，测量范围宽：0.5kPa210MPa。接线接线油田自动化与监控仪表 -王克华类型类型油田自动化与监控仪表 -王克华电容式差压变送器，由测量、转换部分组成。电容式差压变送器，由测量、转换部分组成。转换部分：转换部分：测量电容测量电容C转换为转换为4-20mA.输出输出检测部分：检测部分：P 电容膜盒膜片位移电容膜盒膜片位移电容电容C测量范围宽广：测量范围宽广：0.01kPa0.01kPa至至70MPa70MPa。精度高（可达精度高（可达 0.250.25），灵敏度高；），灵敏度高；结构坚实，稳定可靠，耐震动、耐冲击，抗过载；结构坚实，稳定可靠，耐震动、耐冲击，抗过载；二、电容式差压变送器油田自动化与监控仪表 -王克华结构结构油田自动化与监控仪表 -王克华引线引线玻璃体玻璃体镀金电极镀金电极测量膜片测量膜片隔离膜片隔离膜片基座基座P1P2C1C2感压元件：电容膜盒。感压元件：电容膜盒。1、检测部分P1-P20 时时隔离膜片隔离膜片硅油传压硅油传压中心膜片向右侧凸起中心膜片向右侧凸起 C1C2两玻璃体内侧凹球面镀膜作固定电极；中间膜片作可动电极，组成两个电容两玻璃体内侧凹球面镀膜作固定电极；中间膜片作可动电极，组成两个电容C1、C2。初始状态，。初始状态，P1-P2=0时，时，两电容对称：两电容对称：C2=C1=C0 C2+C1=2C0，C2-C1与与 P成线性关系；经转换放大成线性关系；经转换放大标准信号标准信号4-20mA输出。输出。油田自动化与监控仪表 -王克华2、转换部分C1、C2由振荡器供电由振荡器供电 转换为电流转换为电流i1、i2相敏整流相敏整流 Ii、ICMIi=i2-i1 PIcm=i2+i1 2C0放大转换放大转换 4-20mAIcm与基准与基准源比较源比较Ii If+I0 零点量程调整零点量程调整放大放大 反反馈馈控制控制振荡器振荡器 维持维持 Icm油田自动化与监控仪表 -王克华三、智能型压力/差压变送器 1、典型结构传感器传感器ROM存储存储CPU主程序主程序;PROM存储传感器补偿特性、用户设定存储传感器补偿特性、用户设定;EEPROM存储备份参数。存储备份参数。A/D模模-数转换；数转换；CPU控制及数据处理；控制及数据处理；D/A数数-模转换。模转换。内部总线内部总线数字信号数字信号调制调制-解调解调智能变送器：利用微处理器、数字通信技术，使变送器具备分析、计算和通智能变送器：利用微处理器、数字通信技术，使变送器具备分析、计算和通信能力。功能增加，性能提高，使用方便灵活。信能力。功能增加，性能提高，使用方便灵活。油田自动化与监控仪表 -王克华2、特点(1).硬件：传感器件先进、集成度高，可靠性高、体积小。硬件：传感器件先进、集成度高，可靠性高、体积小。（扩散硅式、浮动电容膜盒器、硅微电容式、硅谐振梁式）。（扩散硅式、浮动电容膜盒器、硅微电容式、硅谐振梁式）。(2).技术性能：微处理器实现非线性校正、温度补偿，性能较高。技术性能：微处理器实现非线性校正、温度补偿，性能较高。(3).远程组态：可对仪表零点、量程、显示方式远方设定。远程组态：可对仪表零点、量程、显示方式远方设定。(4).通讯：实现仪表间数字通讯。通讯：实现仪表间数字通讯。3、3051C差压变送器(1).工作原理：工作原理：压差、温度检测信号压差、温度检测信号 A/D转换转换 微处理器微处理器 传感器修正传感器修正+线性化线性化+温度补偿温度补偿+零点量程设置零点量程设置+自诊断处自诊断处理理 D/A转换转换+数字通信数字通信 420mA+HART输出。输出。(2).组态：用组态：用“手操器手操器”远程设定变送器参数。远程设定变送器参数。（测量范围、零点和量程调整、线性或平方根输出、阻尼（测量范围、零点和量程调整、线性或平方根输出、阻尼时间、工程单位选择、指定工位号等）。时间、工程单位选择、指定工位号等）。油田自动化与监控仪表 -王克华结构：连通管、磁性浮子、磁性翻板结构：连通管、磁性浮子、磁性翻板(球球)特点：结构牢固、工作可靠、显示直观；精度特点：结构牢固、工作可靠、显示直观；精度 较低，可测高温、高压、不透明液体。较低，可测高温、高压、不透明液体。原理：原理：磁性浮子磁性浮子 随液位升降随液位升降 吸引磁板吸引磁板 翻转翻转 液面以下液面以下 红面向外翻；红面向外翻；液面以上液面以上 白面向外翻白面向外翻 红红(液液)-白白(气气)分界处表示液位。分界处表示液位。一、磁翻转液位计注意：磁性浮子的极性有所不同，上下也有方注意：磁性浮子的极性有所不同，上下也有方 向性，更换浮子时不要装反。向性，更换浮子时不要装反。第五节 液位检测仪表油田自动化与监控仪表 -王克华二、静压式液位计二、静压式液位计 1、测量原理静压原理：静压原理：p=PB-PA=Hg H=p/g 静压差静压差p 与液位与液位H成线性关系：成线性关系：问题：由于仪表安装位置、引压管内液柱影响，使问题：由于仪表安装位置、引压管内液柱影响，使H0 时，时，P0 需进行零点迁移需进行零点迁移H HP PB BP PA A液体液体P P气体气体油田自动化与监控仪表 -王克华如果被测介质易凝、易结晶或有腐蚀性，为避免导压管阻塞与腐蚀，可如果被测介质易凝、易结晶或有腐蚀性，为避免导压管阻塞与腐蚀，可采用法兰式差压采用法兰式差压变送器变送器。2、应用油田自动化与监控仪表 -王克华四、雷达式物位计1、基本原理C C 微波传播速度（光速）微波传播速度（光速）回波测距法：雷达波（微波）的往返时间回波测距法：雷达波（微波）的往返时间 t 正比于天线到液面的距离正比于天线到液面的距离 dt 极其微小，直接测量极其微小，直接测量t非常困难非常困难用连续调频法（用连续调频法（FMCW）天线天线 发射线性调频波发射线性调频波 液面液面 反射波（延迟反射波（延迟t t 的线性调频波）的线性调频波）天线天线。发射发射/反射信号在同一时刻上的频率差反射信号在同一时刻上的频率差fd 正比于正比于t 正比于正比于d。差频信号经过数据处理，可计算出得液位值差频信号经过数据处理，可计算出得液位值h h。油田自动化与监控仪表 -王克华3特点及应用非接触测量、无活动部件，可靠性高，寿命长，安装方便。非接触测量、无活动部件，可靠性高，寿命长，安装方便。适用于高粘度、易结晶、强腐蚀及易爆易燃介质。适用于高粘度、易结晶、强腐蚀及易爆易燃介质。油田自动化与监控仪表 -王克华五、磁致伸缩液位计1、磁致伸缩传感器的组成信号检测线圈外套一不导磁的不锈钢保护管磁致伸缩管：软磁材料制成的0.7mm薄壁细管内穿一条用于产生脉冲磁场的铜导线磁性浮子油田自动化与监控仪表 -王克华脉冲电流铜导线沿波导管产生下移磁场遇浮子磁场磁力作用波导管扭转变形波以速度v沿波导管上、下传播在检测线圈上产生感应电压脉冲。2、工作原理Lh测量电流发射脉冲与返回脉冲之间的时间测量电流发射脉冲与返回脉冲之间的时间t t 确定磁浮子的位置。确定磁浮子的位置。t油田自动化与监控仪表 -王克华.可同时测量液面和界面，能测量含泡沫、强腐蚀性和易挥发性的液体。可同时测量液面和界面，能测量含泡沫、强腐蚀性和易挥发性的液体。.精度高（精度高（0.010.01F.SF.S）。误差不超过）。误差不超过1mm1mm，重复性高达，重复性高达0.025mm0.025mm。.简单可靠，无需维护简单可靠，无需维护,仪表无需重新校准即可投入使用。仪表无需重新校准即可投入使用。.测量受波导管、保护管限制，最大测量可达测量受波导管、保护管限制，最大测量可达30 m30 m。.适应性强。工作温度适应性强。工作温度-40-40150150，工作压力小于，工作压力小于2MPa2MPa。3、特点油田自动化与监控仪表 -王克华构成：内电极棒外套绝缘层，与金属罐体构成：内电极棒外套绝缘层，与金属罐体组成同轴电容。组成同轴电容。当罐内液位高度为当罐内液位高度为hh，传感器电容：，传感器电容：三、射频导纳物位计1、基本原理射频导纳物位计是在电容式物位测量原理基础上射频导纳物位计是在电容式物位测量原理基础上发展起来的新型物位测量技术。发展起来的新型物位测量技术。传感器电容变化量传感器电容变化量C C正比于液位高度为正比于液位高度为hh。在电脱水器中，上部是原油、下部是水，电容：在电脱水器中，上部是原油、下部是水，电容：H Hh挂料因而可以测量油水界面高度因而可以测量油水界面高度 h h。但测量粘性导电液体时，液位变化会有残余粘液粘附但测量粘性导电液体时，液位变化会有残余粘液粘附在传感电极的绝缘层上（挂料），形成虚假液位。在传感电极的绝缘层上（挂料），形成虚假液位。油田自动化与监控仪表 -王克华射频射频 是频率是频率1540KHz1540KHz的高频交流电的高频交流电导纳导纳 是电阻、电容、电感阻抗的倒数。是电阻、电容、电感阻抗的倒数。液位计中只有电容、电阻成分。阻抗：液位计中只有电容、电阻成分。阻抗：2、射频导纳测量原理挂料层很薄，挂料电阻挂料层很薄，挂料电阻R Rg g很大，液面下液很大，液面下液体电阻可忽略不计，体电阻可忽略不计，R=RR=Rg g。挂料层较长时，挂料层的容抗与其电阻数挂料层较长时，挂料层的容抗与其电阻数值相等：值相等：测量挂料电阻测量挂料电阻R Rg g即可确定挂料电容即可确定挂料电容C Cg g，由此可计算，由此可计算有效电容有效电容C Cw w=C=Cx x-C-Cg g。消除挂料电容的影响。消除挂料电容的影响。油田自动化与监控仪表 -王克华油田自动化与监控仪表 -王克华一、腰轮流量计：两个转子像两个转子像“链节链节”，表面无齿，靠同轴，表面无齿，靠同轴齿轮驱动，同步反向转动。齿轮驱动，同步反向转动。1、组成：测量主体：测量主体+显示表头显示表头第六节 流量检测仪表腰轮转动时，腰轮腰轮转动时，腰轮-隔板隔板-壳体间保持动接壳体间保持动接触状态，封闭触状态，封闭“月牙月牙”型液柱。型液柱。油田自动化与监控仪表 -王克华结论结论：V=4NVV=4NV。q qv v=4nV=4nV。力矩力矩状态状态A A腰轮腰轮力矩力矩A A腰轮腰轮转向转向B B腰轮腰轮转向转向B B腰轮腰轮力矩力矩aMA0顺转顺转 逆转逆转 MB=0bMA0 MB0cMA=0 MB0dMA0 MB0腰轮受进出口压力差作用腰轮受进出口压力差作用,产生力矩自主转动。吸入产生力矩自主转动。吸入-分隔分隔-排出液体。排出液体。2、工作原理油田自动化与监控仪表 -王克华 3、结构类型1）通过磁性耦合）通过磁性耦合将转子转动传到隔板外。将转子转动传到隔板外。3）有立式、卧式两种形式。）有立式、卧式两种形式。2）大型腰轮流量计，有双对腰轮。）大型腰轮流量计，有双对腰轮。油田自动化与监控仪表 -王克华4、流量显示部分1 1）总量积算：）总量积算：齿轮转数齿轮转数 N N 经传动齿轮系经传动齿轮系减速减速 i=1i=1N N0 0（N N0 0通过单位通过单位体积流体时腰轮转数）体积流体时腰轮转数）机械计数器转动机械计数器转动其上字轮显示其上字轮显示V V值。值。脉冲发信器脉冲发信器机械计数器机械计数器腰轮腰轮N连轴器连轴器齿轮传动齿轮传动电子计数器电子计数器（远传指示）（远传指示）（就地指示）（就地指示）2 2）信号远传：）信号远传：发讯器将腰轮转数转换成电脉冲信号输出。发讯器将腰轮转数转换成电脉冲信号输出。油田自动化与监控仪表 -王克华结构：筒形转子、刮板、凸轮轴。结构：筒形转子、刮板、凸轮轴。原理：流体压差原理：流体压差推动推动刮板刮板-转筒转动转筒转动凸轮轴固定，凸轮轴固定，刮板贴近内壁转动刮板贴近内壁转动封闭计封闭计量室内液体，量室内液体，转动一周排出转动一周排出4 4个计量室流体个计量室流体测量转数测量转数表头表头指示累计流量。指示累计流量。外壳外壳内壳内壳上盖上盖出轴出轴密封圈密封圈内盖内盖轴承座轴承座转子筒转子筒轴承轴承刮板刮板凸轮凸轮滚子滚子轴承轴承挡快挡快二、刮板流量计 特点：特点：1 1）适宜测量高粘度、带砂液体。转子不易卡。）适宜测量高粘度、带砂液体。转子不易卡。2 2）压损小（）压损小（30kPa),99.5%99.5%FeFe45%45%NiNi0.1%0.1%CoFeMnCoFeMn5.2695.269-40-40600600760760精度低、测温范围小、灵敏、线性好、价格低铜铜-康铜康铜T T100%100%CuCu 45%45%NiNi0.1%0.1%CoFeMnCoFeMn 4.2794.279-270-270350350400400精度高、测温范围小、灵敏、线性好、价格低2、常用热电偶种类及结构（1 1）、种类）、种类油田自动化与监控仪表 -王克华.热电极：正负极点焊、对焊、绞焊而成。直径：贵金属0.3-0.5mm；普通金属0.5-3.2mm；长度：L350-2000mm。.绝缘管：防止热电极短路。材料：氧化铝1600、陶瓷1200、石英1100。.保护管：保护热电极免受化学腐蚀和损伤。材料：氧化铝1600、高温不锈钢1200、高温钢1000、不锈钢900、碳钢600。.接线盒：用于连接引线、防水防尘。形式：普通型、防溅型、防水型、防爆型。（2 2）、热电偶结构）、热电偶结构 油田自动化与监控仪表 -王克华二、热电阻温度计测温范围：测温范围：-200850 1、常用热电阻(1)、铂电阻、铂电阻特点：精度高、稳定性好、抗氧化、电阻率大、小、R-T非线性。测温范围：-200850种类：Pt10（Ro=10）、Pt100（Ro=100）组成：组成：热电阻+连接导线+显示仪表(2)(2)、铜电阻、铜电阻特点：精度低、灵敏度高、R-T线性、价格低，易氧化、电阻率低。测温范围：-50150种类：Cu50（Ro=50）、Cu100（Ro=100）油田自动化与监控仪表 -王克华2、热电阻结构由电阻体、绝缘管、保护管、接线盒组成。由电阻体、绝缘管、保护管、接线盒组成。铂电阻体：有架形、微形两种。铂电阻体：有架形、微形两种。油田自动化与监控仪表 -王克华3、一体化温度变送器一体化温度变送器由测温元件和变送器模块两部分构成。变送器模块把测温元件的输出信号Et或Rt，转换成为统一标准信号420mA.DC。热电偶变送器模块：变送器在出厂前已经调校好，使用时一般不必再做调整。当使用中产生了误差时，可以用零点、量程两个电位器进行微调。热电阻变送器模块：24V24V420mAE(t,t0)+-+-24V24V420mARt油田自动化与监控仪表 -王克华1检测原理一、可燃气体报警仪(1)(1)催化燃烧式气敏元件催化燃烧式气敏元件1 1、5 5引出电极；引出电极；2 2钯盐催化触媒层；钯盐催化触媒层；3 3氧化铝氧化铝-氧化硅烧结体；氧化硅烧结体；4 4铂丝；铂丝；7 7气敏元气敏元件；件；8 8护网；护网；9 9基基座；座；1010引脚。引脚。p铂丝通电加热至铂丝通电加热至200400200400。可燃气体在高温下，经催化氧化反应，产。可燃气体在高温下，经催化氧化反应，产生无焰燃烧而放热，改变铂丝电阻。生无焰燃烧而放热，改变铂丝电阻。p放热量与可燃气体的浓度有关。铂电阻与浓度成正比。放热量与可燃气体的浓度有关。铂电阻与浓度成正比。第八节 油气集输专用仪表油田自动化与监控仪表 -王克华2结构类型油田自动化与监控仪表 -王克华4.安装与应用.检测天然气、甲烷等比空气轻的可燃气体，其安装高度宜高出释放源检测天然气、甲烷等比空气轻的可燃气体，其安装高度宜高出释放源0.50.52m2m。.检测液化石油气、油制气、酒精等比空气重的可燃气体，其安装高度检测液化石油气、油制气、酒精等比空气重的可燃气体，其安装高度应距地面应距地面0.30.30.6m0.6m。.检测器与释放源的水平距离检测器与释放源的水平距离5m5m之内。之内。.探测器应安装在目标气体易于积聚的地方。探测器应安装在目标气体易于积聚的地方。3主要技术指标.检测气体：液化石油气、天然气、酒精、甲烷等可燃气体。检测气体：液化石油气、天然气、酒精、甲烷等可燃气体。.测量范围：测量范围：0 0100%LEL100%LEL。.分辩率：分辩率：1%LEL1%LEL。.精度：精度：5%LEL5%LEL。.响应时间：响应时间：3030秒。秒。.传感器使用寿命：三年（典型值）。传感器使用寿命：三年（典型值）。油田自动化与监控仪表 -王克华二、电容式含水分析仪 1、基本测量原理充满含水原油p电容量电容量C随含水率变化。随含水率变化。p原油性质、温度影响原油性质、温度影响，造成测量误差。，造成测量误差。p同轴电容充含水原油时：同轴电容充含水原油时：p测量意义：集输质量监测指标，净油量结算依据。测量意义：集输质量监测指标，净油量结算依据。p类型：类型：1.1.在线测量型（连续）；在线测量型（连续）；2.2.取样分析型（断续）。取样分析型（断续）。p介电常数：水介电常数：水w=80=80，原油，原油o o=1.8=1.82.32.3。p含水原油：含水原油：=280 随含水率随含水率w 变化。变化。油田自动化与监控仪表 -王克华2 2）结构及类型）结构及类型p类型：插入式、流通式。类型：插入式、流通式。p组成：电容变送器组成：电容变送器+显示仪显示仪p变送器：同轴电容内、外电极，电容检测电路。变送器：同轴电容内、外电极，电容检测电路。p显示仪：通过微处理器进行温度补偿、油品性质校正。显示仪：通过微处理器进行温度补偿、油品性质校正。p特点：结构简单，无可动元件，维护方便，特点：结构简单，无可动元件，维护方便，在线连续测量，精度较高。在线连续测量，精度较高。p缺点缺点:需个别标定。在油品组分、密度变需个别标定。在油品组分、密度变化时，需重新校正。化时，需重新校正。含水原油外电极设备内电极A A 流通式流通式B B 插入式插入式油田自动化与监控仪表 -王克华油田自动化与监控仪表 -王克华 1工作原理p当能量为当能量为I0 的的射线穿过厚度射线穿过厚度X X 的介质时，其透射强度的介质时，其透射强度 Ix：吸收系数，与介质密度有关。p当射线穿过油、水混合液时：当射线穿过油、水混合液时：1原油对射线的吸收系数；2水对射线的吸收系数；原油含水率（体积比）。p油、气、水混合介质，油、气、水混合介质，方向散射强度：方向散射强度：p根据油水气的密度根据油水气的密度1 12 23 3 解上述方程即可求出含气率解上述方程即可求出含气率和含水率和含水率。p方程中的常数，只需标定一次即可得到。方程中的常数，只需标定一次即可得到。三、辐射式原油含水分析仪油田自动化与监控仪表 -王克华2结构组成p由测量管道、传感器和微机数据处理系统两大部分构成。由测量管道、传感器和微机数据处理系统两大部分构成。p仪表结构对辐射有严密的辐射屏蔽，以仪表结构对辐射有严密的辐射屏蔽，以消除泄漏消除泄漏p辐射源在使用过程中必须严格保护，防辐射源在使用过程中必须严格保护，防止拆卸和丢失。止拆卸和丢失。油田自动化与监控仪表 -王克华油田自动化与监控仪表 -王克华 执行器有电动执行器、气动执行器两类。一般由执行机构（机头）、调节机构（阀）两部分组成。第九节 自动调节阀B.B.气动执气动执行器行器气气动动执执行行机机构构调调节节机机构构电气阀门电气阀门定位器定位器20-100kPa4-20mAA.A.电动执电动执行器行器4-20mA电电动动执执行行机机构构调调节节机机构构 气动执行器结构简单、动作可靠、维修方便、防火防爆，价格较低。配电-气阀门定位器，仍可用电动仪表控制。电动执行器信号传递无滞后，不需要气源装置。结构复杂、防爆性能差，油气集输生产过程中应用较少。油田自动化与监控仪表 -王克华结构：膜片、弹簧结构：膜片、弹簧原理：气压控制信号原理：气压控制信号P作用力作用力 P.A 克服弹克服弹 簧弹力簧弹力K.L，阀杆下移，阀杆下移L与信号与信号P成正比。成正比。1 1、气动薄膜执行机构：、气动薄膜执行机构：2 2、气动活塞式执行机构、气动活塞式执行机构结构结构：活塞、气缸：活塞、气缸原理原理：通过活塞两边气缸的：通过活塞两边气缸的充、放气实现活塞推杆的直充、放气实现活塞推杆的直线位移。线位移。特点特点：输出力大、行程长。：输出力大、行程长。油田自动化与监控仪表 -王克华(1).直行程调节阀直行程调节阀：（：（阀杆、阀芯上下移动）阀杆、阀芯上下移动）3 3、调节阀类型及作用形式、调节阀类型及作用形式(2).角行程调节阀：角行程调节阀：(阀轴、阀芯转动阀轴、阀芯转动)油田自动化与监控仪表 -王克华5 5、智能电气阀门定位器、智能电气阀门定位器 原理：原理：4-20mA4-20mA设定信号、与阀位传感器设定信号、与阀位传感器开度信号开度信号A/DA/D转换转换在在CPUCPU中中进行对比，根据偏差正进行对比，根据偏差正/负，控制负，控制压电阀动作：压电阀动作：1 1）当控制信号大于开度信号时，阀）当控制信号大于开度信号时，阀 l l 打开，输出打开，输出P P增大；增大；2 2）当控制信号小于开度信号时，阀）当控制信号小于开度信号时，阀 2 2 打开，输出打开，输出P P减小。减小。通过通过CPUCPU控制两个压电阀，调节输出气压，使阀位跟踪控制两个压电阀，调节输出气压，使阀位跟踪4-4-20mA20mA控制信号变化。控制信号变化。电源电源液晶显示液晶显示/按钮按钮24V控制信号控制信号420mA排气排气气源气源压电阀压电阀1 压电阀压电阀2CPUA/DA/D开度信号开度信号420mA阀位阀位传感器传感器油田自动化与监控仪表 -王克华一、基本控制规律HQiHov自动控制系统的控制质量取决于两方面：自动控制系统的控制质量取决于两方面：对象特性控制作用与被调参数关系；控制规律控制器输出与偏差关系。【例例】水罐水位人工控制过程：水罐水位人工控制过程：人工控制规律总结起来有如下几种：人工控制规律总结起来有如下几种：偏差存在时使控制阀仅作偏差存在时使控制阀仅作开开/关关变化变化两位调节两位调节控制阀开度变化与偏差大小成比例改变控制阀开度变化与偏差大小成比例改变比例调节比例调节按偏差存在的时间累积改变阀门的开度按偏差存在的时间累积改变阀门的开度积分调节积分调节按偏差变化的速度快慢改变阀门的开度按偏差变化的速度快慢改变阀门的开度微分调节微分调节 第十节 集输站库自动化油田自动化与监控仪表 -王克华控制器输出变化量与偏差成正比。控制器输出变化量与偏差成正比。例：浮球液位控制系统：例：浮球液位控制系统：v特点：控制作用正比于随偏差。作用特点：控制作用正比于随偏差。作用快，无滞后，有余差。快，无滞后，有余差。比例度比例度表表示控制作用的强弱。示控制作用的强弱。1 1、比例控制、比例控制油田自动化与监控仪表 -王克华控制器输出比例积分两作用之和。控制器输出比例积分两作用之和。特点：控制及时无滞后、可消除余差。特点：控制及时无滞后、可消除余差。积分时间：积分时间：T Ti i反映积分作用强度。反映积分作用强度。2 2、比例积分控制、比例积分控制实际特性：为比例与近似微分之和。实际特性：为比例与近似微分之和。阶跃作用下：阶跃作用下：特点：有超前控制作用，增加了不稳定性。特点：有超前控制作用，增加了不稳定性。3 3、比例微分控制、比例微分控制油田自动化与监控仪表 -王克华PIDPID三作用控制三作用控制特点：具有比例特点：具有比例 P P 控制及时、克控制及时、克服偏差有力；积分服偏差有力；积分 I I 消除余差；微消除余差；微分分 D D 超前调节的特点。超前调节的特点。油田自动化与监控仪表 -王克华1、控制系统类型、控制系统类型基本控制系统：由基本控制系统：由 一个变送器、一个控制器、一个执行器及对象组成控制系统。一个变送器、一个控制器、一个执行器及对象组成控制系统。复杂控制系统：由复杂控制系统：由 多个变送器、控制器、执行器及对象组成的控制系统。多个变送器、控制器、执行器及对象组成的控制系统。被控变量y控制作用q控制信号p给定信号+x偏差e测量信号z干扰f控制器控制器执行器执行器对象对象变送器变送器基本控制系统是最基本、应用最广泛的控制基本控制系统是最基本、应用最广泛的控制系统（占系统（占85%85%）。）。基本控制系统是复杂控制系统的基础。基本控制系统是复杂控制系统的基础。二、站库自动控制系统整定与投运HQ0 LC LC 101101油田自动化与监控仪表 -王克华2 2、控制系统构成原则、控制系统构成原则正作用：输入信号正作用：输入信号 输出信号输出信号反作用：输入信号反作用：输入信号 输出信号输出信号前提：控制系统必须为负反馈。前提：控制系统必须为负反馈。yqp +xE zf控制器控制器调节阀调节阀对象对象变送器变送器 (1)、调节阀的作用方向、调节阀的作用方向气开阀（控制信号气开阀（控制信号 Q Q )为正作用；为正作用；气关阀（气关阀（控制信号控制信号 Q Q )为反作用。为反作用。(2)、对象的作用方向、对象的作用方向与对象性质有关，不能更改。与对象性质有关，不能更改。如：加热炉如：加热炉正作用；控制出口流量的液罐正作用；控制出口流量的液罐反作用等。反作用等。油田自动化与监控仪表 -王克华调节器调节器“正正/反反”作用开关可改变系统正、负反馈方向，严禁改变。作用开关可改变系统正、负反馈方向，严禁改变。(3)、调节器的作用方向、调节器的作用方向测量信号测量信号 控制信号控制信号 为正作用；为正作用；测量信号测量信号 控制信号控制信号 为反作用。为反作用。TCTC101101正正反例例1 1：加热炉控制：加热炉控制加热炉加热炉正作用（燃油正作用（燃油Q Q-出口出口T T）调节阀调节阀正作用（气开阀）正作用（气开阀）控制器控制器反作用反作用原理：加热炉出口温度原理：加热炉出口温度 -调节器输出调节器输出 -调节阀开度调节阀开度 -燃油流量燃油流量 -炉温炉温 -使被调出口温度使被调出口温度（负反馈）（负反馈）油田自动化与监控仪表 -王克华Q0HLCLC101101反反正正正正例例2 2：储水罐液位控制：储水罐液位控制储水罐储水罐反作用（出水反作用（出水Q Q-液位液位H H ）调节阀调节阀正作用（气开阀）正作用（气开阀）控制器控制器正作用正作用原理：出水罐液位原理：出水罐液位H H-调节器输出调节器输出 -调节阀开度调节阀开度 -出水流量出水流量Q Q -液位液位H H-使被调出口温度使被调出口温度（负反馈）（负反馈）油田自动化与监控仪表 -王克华3 3、调节系统的投运及工程整定、调节系统的投运及工程整定参数整定：参数整定：根据对象特性和干扰情况，