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1、油田自动化系统设计及应用主讲人：胜利油田胜利勘察设计研究院主讲人：胜利油田胜利勘察设计研究院数字化设计所数字化设计所, 梅梅刚刚自控工程设计的定义自控工程设计的定义把生产过程自动化的各种控制方案，用设计图纸资料和设计文件资料表达出来的全部工作。3井口计量装置计量站联合站原油外输首站集气站高压注气站、气举站天然气外输首站注水站、油田污水处理站油气田典型厂站油气田自控典型对象油气田地面工程主要生产流程框图油气田地面工程主要生产流程框图天然气外输管道天然气计量站 联合站原油外输管道原油外输首站油井天然气外输首站原油天然气处理厂轻质油外运轻质油集气站污水处理回注清水污水自控与工艺气井5检测仪表是生产自
2、动化系统的最基础、最重要的组成部分检测仪表是生产自动化系统的最基础、最重要的组成部分之之，其可靠性和精度直接影响系统工作的可靠性和技术性能。，其可靠性和精度直接影响系统工作的可靠性和技术性能。熟悉检测仪表的工作原理对正确地选择、合理地使用和维护仪熟悉检测仪表的工作原理对正确地选择、合理地使用和维护仪表以及正确地设计自动化系统有重要意义。表以及正确地设计自动化系统有重要意义。由于油气储运系统输送介质的物理化学性质、成份、高压由于油气储运系统输送介质的物理化学性质、成份、高压大排量及所使用设备等方面的特点、使得油气储运系统大排量及所使用设备等方面的特点、使得油气储运系统(特别是特别是油气长输管道油
3、气长输管道)自动化系统中所使用的检测仪表与一般生产过程自动化系统中所使用的检测仪表与一般生产过程相比有一定特点或特殊要求。相比有一定特点或特殊要求。自动化检测仪表自动化检测仪表6温度仪表压力仪表流量仪表物位仪表过程分析仪表检测仪表分类自控仪表的选型7油气储运检测仪表的特点和分类组成特点(1) 油气的成份复杂，有些成份具有腐蚀性，因此，要求所用仪表材质有相应的耐腐蚀性能。(2) 油气中或管线腐蚀所形成的杂质，可能会堵塞仪表，因此，要求仪表或其附属部件有一定的抗堵和消除堵塞的功能。(3)输送压力和排量都较大，要求仪表有较高的承压能力和较大的动态工作范围。(4) 油气是易燃易爆物，因此，要求仪表必须
4、符合防爆等级要求。(5) 许多储运系统的管线或场站通过气候和地理环境非常恶劣的地带，这些地方的仪表或场站是无人值守的，因此，要求仪表有很高的可靠性。管道上需要检测的过程变量主要有压力、温度、流量、液位和成份量(原油含水量、密度、烟气含氧量及油、气中各种成份的含量等)，此外还有泵、压缩机、电机(或柴油机、燃气轮机)的转速、振动量及电压、电流等。8接触式非接触式温度仪表分类热膨胀热电阻热电偶固体的热膨胀：双金属温度计液体的热膨胀：玻璃温度计气体的热膨胀：压力式温度计金属热电阻：铜热电阻、铂热电阻半导体热敏电阻：锗电阻、碳电阻金属热电偶：铜-康铜热电偶、镍铬-镍硅热电偶、铂铑-铂热电偶非金属热电偶：
5、石墨系、硅化物系辐射法：辐射温度计、部分辐射温度计亮度法：光学高温计比色法：比色温度计温度仪表9温度检测仪表温度是表征物体冷热程度的物理量。在输油、气生产过程中，温度是关键性的测量参数之一。在油气管道上，温度检测仪表均采用接触式。现场就地指示仪表选用金属温度计居多，玻璃温度计采用较少。远传的温度检测仪表选用热电偶、热电阻(或温度变送器)，特别是热电阻(例如铂热电阻)应用最广。10温度检测仪表的选择与安装温度检测仪表测量范围的选择正常测量值在仪表测量范围上限的 2/3左右，最高不压超过90%。要求以标准信号传输的场合，应选用温度变送器，一个测量点需要两地显示或要求备用时，应选用双支式检测元件。测
6、温元件的安装在测量管道温度时，应保证测温 元件与流体充分接触，以减少测量误差，因此要求安装时测温元件应迎着被测介质流向插入，至少须与被测介质正交；测温元件应处于管道中流速最大处；油罐上安装的温度计，其长度不宜小于 500mm，安装位置应高于油罐加热盘管 600 mm。温度检测仪表的选择与安装温度检测仪表测量范围的选择正常测量值在仪表测量范围上限的 左右，最高不压超过。要求以标准信号传输的场合，应选用温度变送器，一个测量点需要两地显示或要求备用时，应选用双支式检测元件。测温元件的安装在测量管道温度时，应保证测温 元件与流体充分接触，以减少测量误差，因此要求安装时测温元件应迎着被测介质流向插入，至
7、少须与被测介质正交；测温元件应处于管道中流速最大处；油罐上安装的温度计，其长度不宜小于 ，安装位置应高于油罐加热盘管 。11重力法弹力法物理特性法压力测量仪表分类液柱式活塞式U型管压力计单管压力计斜管压力计单活塞压力计双活塞压力计电阻式压力传感器电感式压力传感器电容式压力传感器压阻式压力传感器压电式压力传感器弹簧管压力表波纹管压力表膜片压力表膜盒压力表压力仪表12压力检测仪表的选择与安装（1）仪表类型和精度的选用必须满足生产工艺的要求，需要在控制室内显示的压力仪表一般选用压力变送器。（2）测量范围的选择：测量稳定的压力时，正常操作压力值应在仪表测量范围上限值的2/3-1/3；测量脉动压力(如泵
8、、压缩机和风机等出口压力)时，正常操作压力值应在仪表测量范围上限值的1/2-1/3；测量高、中压力(4MPa)时，正常操作压力位不应超过仪表测量范围上限值。13（3）安装要求：取压点要在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐弯、交叉、死角、或其它易形成游涡的地方；测量流动介质时，应使取压点与流动方向垂直，测量液体压力时，取压点应在管道下部；测量气体压力时，取压点应在管道上部。测量低压的压力表或变送器的高度，宜与取压点的高度一致，就地安装的压力表，不应固定在扳动较大的工艺设备或管道上；测量高压的压力表安装在操作岗位附近时，宜距地面1.8m以上或在仪表正面加保护罩。14容积式推理式流量测量仪表
9、的分类椭圆齿轮式腰轮刮板双转子往复活塞式(加油机)转筒式(湿式气量计)膜式(家用煤气表)涡街流量计旋进流量计涡轮式流量计浮子流量计差压式流量计电磁式流量计超声流量计质量流量计流体震动流量计超声流量计靶式流量计水表孔板喷嘴文丘里管弯管均速管V型锥流量仪表15直接式差压式浮力式电气式物位测量仪表的分类玻璃管式玻璃板式压力式吹气法压力式差压式浮球式浮筒式磁翻版式电接点式磁致伸缩式电容式物位仪表16工业色谱仪氧化锆氧分析仪水分析仪过程分析测量仪表的分类pH计浊度计溶解氧仪可燃气体报警器毒性气体报警器过程分析仪表17过程分析仪表分析仪表主要用来分析介质中各种组份的含量，分析结果可以供显示、报警或参与闭环
10、控制。过程分析仪表的特点是专用性强，每种分析仪的适用范围都很有限，同一类分析，即使具有相同的测量范围，但由于待侧的试样的背景不同，并不定适用。油气处理和输送工艺中过程分析仪表种类很多，如测量油品密度粘度的密度计粘度计，测天然气成份的色谱仪，H2S分析器，原油含水分析器，氧分析仪，露点仪和可燃气体报警器等等。按所使用能源划分按仪表组合形式分按仪表安装形式分按信号形式分按是否有微处理器分油气田自控仪表分类气动仪表电动仪表液动仪表基地式仪表单元组合式仪表综合控制装置模拟仪表数字仪表现场仪表盘装仪表架装仪表智能仪表非智能仪表自控仪表的分类方式一、检测仪表（传感器、变送器）二、显示及控制仪表三、执行器按
11、功能分类油气田自控仪表自控仪表的种类20控制阀执行机构辅助装置执行器的分类执行器的选型21按结构特点分按流量特性分控制的分类直通单座直通双座三通角形隔膜蝶形球阀偏心旋转套筒（笼式）阀体分离执行器的选型直线对数（等百分比）抛物线快开22按动力源划分按结构形式划分执行机构的分类执行器的选型气动执行机构电动执行机构液动执行机构气-液联动动执行机构电-液联动动执行机构液-液联动动执行机构薄膜式活塞式（气缸式）长行程执行机构各类仪表的作用自动控制仪表在自动控制系统中的作用 是将被控变量的测量值与给定值相比较，产生一定的偏差，控制仪表根据该偏 差进行一定的数学运算，并将运算结果以一定的信号形式送往执行器，
12、以实现对被控变量的自动控制。控制仪表发展的三个阶段：1、 基地式控制仪表 ： 它与检测、显示等仪表组装在一起，结构简单、方便，但通用性差，只在特定或小化工厂使用。2、 单元组合式仪表中的控制单元 ：它是单元组合式，则各单元间以统一的标准信号相互联系。控制仪表有电动和气动两大类。3、 以微处理器为基元的控制装置 ： 其控制功能丰富、操作方便，很容易构成各种复杂控制系统。目前，有总体分散控 制装置、单回路数字控制器、可编程数字控制器（ PLC）和微计算机系统等。自动化与信息自动化与信息化的化的发展发展自从世界进入信息化的时代后，微电子技术、计算机技术、网络技术、自动化技术等高新技术都得到了迅速发展
13、。随着电子技术的发展，自动控制系统的可靠性得到了很大的提高，工业自动化仪表已从模拟仪表技术步入数字化和智能化技术领域。气动单元组合仪表（信号20-100kPa)电动单元组合仪表（信号0-10mA、 4-20mA)工业控制计算机（IPC）可编程序控制器（PLC）分布式控制系统（DCS）监控及数据采集系统（SCADA）26一、基地式调节器二、气动单元组合仪表三、电动单元组合仪表四、组装式仪表五、可编程调节器六、可编程控制器（PLC）七、工业控制机八、分散控制系统（DCS）九、监控及数据采集系统（SCADA）十、安全仪表系统（SIS）控制仪表/系统的分类控制仪表 /系统的选型控制仪表计算机控制系统的
14、典型形式模拟量输入（AI）通道数字量输入（DI）通道操作人员生产过程计算机打印机调节器CRT典型的控制回路差压变送器差压变送器气动调节阀气动调节阀调节器调节器显示操作器显示操作器调节方案设计包括：被调参数的选择、调节参数的选择、仪表的选择。被调参数的选择自动调节系统是为生产过程服务的，被调参数的选择和工艺生产密切相关。根据工艺生产要求选择被调参数有两个途径：一是以工艺控制指标(温度、压力、流量、液位等)为被调参数的，称为直接指标控制；二是工艺按质量指标进行操作时，照理应以质量指标作为直接指标进行控制，但由于目前尚缺乏各种合适的获取质量信号的仪表，即使能够取得信号让很微弱，而且需要进行再放大相处
15、理，几经转换测量滞后必然很大，只好采用间接指标控制，一般取与直接质量指标有单值关系而反应快的参数，如温度、压力、流量等间接指标为被调参数，这是目前切实可行的方法。自动调节系统设计自动调节系统设计储运常见系统的调节方案储运常见系统的调节方案比如原油稳定装置的调节方案 工艺流程 自动检测部分 流量的测量（ FI-101 FI-102 FI-103 FI-104） 温度的测量（TI-101 TI-102 TI-103 TI-104） 自动调节系统包括： TC-101 TC-102 TC-103 LC-101 LC-102 LC-103PC-101 PC-102 概述1、以工控机为核心的IPC系统（Industrial Personal Computer）2、以PLC为核心的ICS系统（Integrated Control System）3、软硬件统一的DCS系统（Distributed Control System）4、应用广泛的远程多站点SCADA系统（Supervisory Control And Data Acquisition)自控计算机系统设计IPC系统工业个人计算机（Industrial Personal Computer
