油田自动化及数字远传培训班

1、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

2、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

3、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

4、 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

5、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，

6、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

7、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 - 王克华二、自动控制系统方框图操纵变量q调节阀调节阀干扰f被控变量y对象对象- - 测量值 z变送器变送器操

8、纵值p控制器控制器给定值x偏差e1 1、方框图、方框图方框图中各参数的意义：方框图中各参数的意义：被控对象：被控对象：被控制的生产过程或设备。被控制的生产过程或设备。被控变量被控变量 y y ：表征对象特性，被控制的参数。：表征对象特性，被控制的参数。干扰干扰 f f ：影响被调参数的外界因素。：影响被调参数的外界因素。测量值测量值 z z ：变送器的输出，表示被调参数的大小。：变送器的输出，表示被调参数的大小。给定值给定值 x x ：代表被调参数最佳值所对应的信号值。：代表被调参数最佳值所对应的信号值。偏差偏差 e e ：给定信号与测量信号值之差。：给定信号与测量信号值之差。e=x-z操纵值

9、操纵值 p p ：控制器输出，控制控制阀启闭开度。控制器输出，控制控制阀启闭开度。操纵变量操纵变量 q q ：被调节阀改变的流量参数。可改变被调变量。被调节阀改变的流量参数。可改变被调变量。油田自动化与监控仪表 - 王克华就地安装就地安装嵌管安装嵌管安装盘面集中安装盘面集中安装集中盘后安装集中盘后安装(3).(3).仪表仪表气动调节阀气动调节阀电动调节阀电动调节阀带阀门定位器带阀门定位器带电气转换器带电气转换器(4).(4).调节阀调节阀 电信号电信号 气信号气信号 电磁或声波电磁或声波 传压毛细管传压毛细管(2).(2).连接线连接线 热电偶热电偶 热电阻热电阻 节流元件节流元件 取压点取压

10、点(1).(1).检测元件检测元件1)1)、图形符号、图形符号2 2、控制流程图及符号、控制流程图及符号进料QT1载热 t出料T Tt0TCTCTTTT调节器调节器变送器变送器执行器执行器对象对象TC101取压点取压点连接线连接线仪表仪表第一位表示第一位表示变量，后位变量，后位字母表示仪字母表示仪表功能表功能仪表位号仪表位号油田自动化与监控仪表 - 王克华首位字母表示被测、控变量，后几位字母表示仪表功能。首位字母表示被测、控变量，后几位字母表示仪表功能。字字母母首位字母首位字母后继字母后继字母字字母母首位字母首位字母后继字母后继字母测控变量测控变量功能功能测控变量测控变量功能功能A A分析报警

11、报警P P压力压力C C电导率控制（调节）控制（调节）Q数量或件数q-积分、累积D密度d - 差R R放射性记录或打印记录或打印E E电压检测元件检测元件S速度或频率开关、连锁F F流量流量f - 比T T温度温度传送I I电流指示指示V V粘度阀阀、挡板、风页K时间或时间程序自动-手动操作器W力套管L L物位物位Y继动器或计算器M水份或湿度Z位置驱动执行机构2)、字母代号、字母代号例：例：TCRA-102 温度调节、记录、报警控制系统温度调节、记录、报警控制系统 TE-203温度检测元件（热电阻）；温度检测元件（热电阻）； LT-103液位变送器；液位变送器； PdI-211差压指示；差压指

12、示；FQR-累积流量记录；累积流量记录；PV-101压力调节阀压力调节阀油田自动化与监控仪表 - 王克华. .余差余差C：被调参数稳定值与给定值间的残余偏差。被调参数稳定值与给定值间的残余偏差。. .最大偏差最大偏差A: A: 表示被调参数偏离给定值的程度。表示被调参数偏离给定值的程度。. . 衰减比衰减比n n：表示被调参数恢复、衰减程度。表示被调参数恢复、衰减程度。 nB/B 4-104-10为宜为宜. .调节时间调节时间Ts:Ts: 从干扰发生到被调参数进入稳态值从干扰发生到被调参数进入稳态值5 5所用的时间。所用的时间。三、控制系统的品质指标油田自动化与监控仪表 - 王克华油气集输系统

13、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

14、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.

15、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 DC2

16、4V 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

17、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 -

18、 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=4mA P0P0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 I

19、2 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

20、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

21、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，两电容对称：时，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。 01dAC 0dAC2PdKdCCCC220011 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 4-20

22、mAIcm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馈反馈控控制振荡制振荡器器 维维持持 Icm11eCi 22eCi )Ce(CiiI1212cm )Ce(CiiI1212i PKIICCCCIcmcm1212i 油田自动化与监控仪表 - 王克华接线接线油田自动化与监控仪表 - 王克华安装安装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

23、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

24、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 微处理微处理器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+自诊自诊断处理断处理 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

25、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3051C3051C差压变送器组成差压变送器组成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

26、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

27、：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H HP Pa aP Pb b2、零点迁移问题问题：由于安装位置及隔离液影响使得问题：由于安装位置及隔离液影响使得HH0 0时，时，P 0P 0，零点错误输出，零点错误输出 I4mA I4mA。迁移：通过调节差压变送器的零点、量程，迁移：通过调节差压变送器的零点、量程，使使HH0 0时，输出零位信号时，输出零位信号 I=4mA I=4mA 。1). P| 1). P| HH0 0 = 0 = 0，无迁移。，无迁移。2). P

28、| 2). P| HH0 0 0 0，正迁移，正迁移: : 3). P| 3). P| HH0 0 0 0，负迁移，负迁移: : 正迁移正迁移+Pmax +Pmax 4mA20mAPPPmax 0 负迁移负迁移-Pmax -Pmax H Hh h1 1P Pa aP Pb bH Hh h2 2h h1 1P Pa aP Pb b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 - 王克华三、超声波式液位计1、基本原理

29、V Vc c超声波在被测介质中的声速；超声波在被测介质中的声速； t t超声波往返时间。超声波往返时间。2、反射式超声波液位计 发射器发射器交流电压交流电压晶体振动晶体振动超声超声（逆压电效应）。（逆压电效应）。 接受器接受器超声超声晶体振动晶体振动交流交流电压（正压电效应）。电压（正压电效应）。hLHtvh=c 21 超声波：超声波：f =2=210104 411101011 11 HzHz声波。频率高、方向性好。声波。频率高、方向性好。 超声波在气超声波在气- -液分界面上反射强烈。液分界面上反射强烈。 回声测距法。回声测距法。外壳外壳吸收块吸收块压电元件压电元件油田自动化与监控仪表 -

30、王克华反射声波反射声波接收换能器接收换能器电脉冲电脉冲放大整形放大整形触发计时电路触发计时电路停止计时。停止计时。时钟电路时钟电路定时定时触发振荡器触发振荡器发射换能器发射换能器输出超声波输出超声波脉冲脉冲。 计时电路计时电路测出时间差测出时间差t 计算空高计算空高h =ct/2 求求液位液位H H =L-h 显示显示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 dCtd2 2tCLdLH t 极其微小，直接

31、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TFftd cFfTdd 22、雷达液位计组成：当波速当波速C、周期、周期T、频偏、频偏F 确定后确定后,空高空高d与差频信号与差频信号fd成正比。成正比。Ctd2 油田自动化与监控

32、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

33、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tt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

34、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

35、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

36、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：ggRC=1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 - 王克华在激励电压在激励电压V Vg g 作用下，挂料电流作用下，挂料电流 I Ig g 的相位落后于物位电流的相位落后于物位电流 I Iw w 的

37、相位的相位 90, 90, 如如果在每个周期的果在每个周期的/4/4相位时，进行电流测量，则此时黏附层电流的幅值为零，相位时，进行电流测量，则此时黏附层电流的幅值为零， 测得的电流中只包含物位电流测得的电流中只包含物位电流I Iw w。油田自动化与监控仪表 - 王克华3、射频导纳液位计组成由传感器与转换部分组成。由传感器与转换部分组成。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

38、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=0bMA0MB0cMA=0MB0dMA0MB0 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 -

39、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

40、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封闭计量室内液体，计量室内液体，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

41、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),30kPa),适于、适于、大流量测量。大流量测量。3 3）振动及噪音小。）振动及噪音小。 油田自动化与监控仪表 - 王克华1、结构：双转子流量计（螺杆流量计）一对特殊齿型的螺旋转子直接啮合，靠进、出口压差推动转子旋转，螺旋转子每转一周可输出 8 倍空腔的容积。三、双转子流量计 3、特点：双转子流量计具有结构简单，体积小，重量轻；精度高（0.1、0.2、0.5级）、可靠性高、噪音低、无脉动、流量大、

42、重复性好、保持高精度寿命长和环境适应性强度等特点。 2、原理：转子的转数与流体的累积流量成正比，转子的转速与流体的瞬时流量成正比。转子的转数通过磁性联轴器传到表头计数器，显示出流过流量计（流过管道）的流量。 油田自动化与监控仪表 - 王克华4、容积式流量计的安装与应用5 5）流量计前需装过滤器。防止砂卡、磨损。）流量计前需装过滤器。防止砂卡、磨损。6 6）水平、低位安装，必须安装旁通管路，或并联使用，以便检修、校验。）水平、低位安装，必须安装旁通管路，或并联使用，以便检修、校验。7 7）投运前旁通冲洗，缓慢开、关。停用时放空。）投运前旁通冲洗，缓慢开、关。停用时放空。 1 1）精度高）精度高(

43、0.10.5)(0.10.5)；范围广；范围广(D=16500mm)(D=16500mm)；稳定可靠。；稳定可靠。 2 2）测量结果与流体密度、粘度、温度压力、流态影响小。体积大、价格高。）测量结果与流体密度、粘度、温度压力、流态影响小。体积大、价格高。3 3）避免高温、振动、腐蚀环境。）避免高温、振动、腐蚀环境。4 4）流体温度不能超高额定温度（）流体温度不能超高额定温度（100150)100150)，防止转子膨胀卡壳。，防止转子膨胀卡壳。油田自动化与监控仪表 - 王克华四、涡街流量计 1、原理旋涡发生体旋涡发生体使流体边界层剥离使流体边界层剥离 单侧旋涡频率单侧旋涡频率f与流速与流速V成线

44、性关系成线性关系：dvSfrSt-斯特罗哈尔数。由测量管、旋涡发生体、转换部分组成由测量管、旋涡发生体、转换部分组成旋涡发生体：具有旋涡发生体：具有非流线型截面的柱体截面的柱体 。 两侧交替地产生旋涡两侧交替地产生旋涡 卡曼涡街。卡曼涡街。wrvKffSdAvAq Kw-仪表系数，一般通过实验测得。 当满足当满足 h/L= 0.281时时旋涡列稳定。旋涡列稳定。Dlhd油田自动化与监控仪表 - 王克华3、转换器qv智能漩涡流量变送器智能漩涡流量变送器 2、结构类型组成：检测器、转换器组成：检测器、转换器检测器：检测器：漩涡发生体、检测元件、壳体。转换器：转换器：前置放大器、滤波整形电路、信号处

45、理电路。漩涡发生体：漩涡发生体：圆柱、三角柱、梯形柱、T形柱。油田自动化与监控仪表 - 王克华1、工作原理Kfqv 流体流体螺旋起旋器螺旋起旋器强迫旋转强迫旋转产生产生漩涡流漩涡流 管腔收缩段管腔收缩段- 速度渐大速度渐大 扩散段扩散段流速流速突降突降 流体回流流体回流漩涡流变成绕轴线中心螺旋状进动漩涡流变成绕轴线中心螺旋状进动（贴近扩散段的壁面旋进）（贴近扩散段的壁面旋进） 漩进频率正比于漩进频率正比于v2、结构组成 由传感器由传感器 + 转换器组成。转换器组成。 传感器：包括表体、起旋器、消旋器和检测元件。传感器：包括表体、起旋器、消旋器和检测元件。五、旋进漩涡流量计油田自动化与监控仪表

46、- 王克华3、特点与应用特点：特点： 1）测量不受流体参数、状态影响。）测量不受流体参数、状态影响。 2）无可动部件，压力损失小；）无可动部件，压力损失小； 3）直接输出频率信号，抗干扰。）直接输出频率信号，抗干扰。 4）精度较高）精度较高 (1 2)，量程宽，量程宽 (15:1)； 5）安装简便，维护量小，故障率低。）安装简便，维护量小，故障率低。使用使用1）前后要有直管段：前）前后要有直管段：前1030D；后；后510D；2）避免环境振动；不必定期校验。）避免环境振动；不必定期校验。3）保证满管流动。）保证满管流动。4）Re=(2104 7104 )；液体；液体V=0.387m/s；气体；

47、气体V=460m/s油田自动化与监控仪表 - 王克华（a）垂直安装 （b） 测量含液气体 （c）测量含气液体油田自动化与监控仪表 - 王克华qv - Ex线性关系，与流体性质、流态、状态无关。线性关系，与流体性质、流态、状态无关。 导电流体流过磁场导电流体流过磁场（可视为直径为可视为直径为D D 的导电园片依次通过磁场）的导电园片依次通过磁场）切割磁力线切割磁力线 产生出感生电势产生出感生电势E，由电极传出。，由电极传出。 1、工作原理六、电磁流量计vDBEX EKEBDqvDqExvv442 油田自动化与监控仪表 - 王克华2、结构测量管为非金属管或绝缘内衬管，防止将测量管为非金属管或绝缘内

48、衬管，防止将Ex短路。短路。测量管应不导磁、高内阻，以减少磁屏蔽、涡流损耗。测量管应不导磁、高内阻，以减少磁屏蔽、涡流损耗。电极应水平安装，耐腐、耐磨。电极应水平安装，耐腐、耐磨。电磁流量计组成：电磁流量变送器电磁流量计组成：电磁流量变送器 电磁流量转换器电磁流量转换器 qvEx转换转换 放大、滤波、显示放大、滤波、显示电磁流量计类型：分体式、一体式。电磁流量计类型：分体式、一体式。油田自动化与监控仪表 - 王克华1 1）上、下游直管段）上、下游直管段5D5D、3D3D。2 2）测量管必须充满液体。水平安装时，两电极平行于水平面。）测量管必须充满液体。水平安装时，两电极平行于水平面。3 3）感

49、应电势易受外界电磁干扰。要远离大的电磁设备。）感应电势易受外界电磁干扰。要远离大的电磁设备。4 4）传感器及管道须可靠接地）传感器及管道须可靠接地(10)(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

50、）、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 3、冷端温度补偿 补偿导线：补偿导线：在常温下与热电偶热电特性相同，以代替热电偶

51、将冷端引到远处。在常温下与热电偶热电特性相同，以代替热电偶将冷端引到远处。补偿导线与热电偶型号对应，有正负极之分，配对使用。补偿导线与热电偶型号对应，有正负极之分，配对使用。热电偶名称热电偶名称分分度度号号补偿导补偿导线型号线型号补偿导线材料补偿导线材料允差允差100100B B级级/A/A级级正电极正电极负电极负电极铂铑铂S/RSC铜红铜镍绿5.0/3.0镍铬镍硅KKC铜红铜镍兰2.5/1.5KX镍铬红镍硅黑2.5/1.5镍铬硅镍硅NNC铜红铜镍浅灰2.5/1.5NX镍铬硅红镍硅深灰2.5/1.5镍铬铜镍EEX镍铬红铜镍棕2.5/1.5铁铜镍JJX铁红铜镍紫2.5/1.5铜铜镍TTX铜红铜镍

52、白1.0/0.5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

53、、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、55引出

54、电极；引出电极；22钯盐催化触媒层；钯盐催化触媒层；33氧化铝氧化铝- -氧化硅烧结体；氧化硅烧结体；44铂丝；铂丝；77气敏元气敏元件；件；88护网；护网； 99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，。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。产生无焰燃烧而放热，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 2）半导体气敏元件）半导体气敏元件p利用气体在半导

55、体表面的氧化利用气体在半导体表面的氧化/ /还原反应，引起载流子数量的改变，从而还原反应，引起载流子数量的改变，从而使元件电阻变化。使元件电阻变化。p组成：氧化锡半导体、加热器、封装体。组成：氧化锡半导体、加热器、封装体。 烧结型 薄膜型 厚膜型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(a)探测器 (b)控制器 (c)多通道探测器连接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

56、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

57、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

58、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。便，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

59、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 / Z2121ZZZZ 1基本测量原理原油与水分对微波的吸收原油与水分对微波的吸收/ /反射不同。与反射不同。与 “ “波阻抗波阻抗Z”Z”有关。有关。p 功率反射系数（反射波功率功率反射系数（反射波功率/ /入射波功率）为：入射波功率）为：功率反射系数；Z1入射介质的波阻抗；Z2出射介质的波阻抗。二、微波式原油含水分析仪介质磁导率；介质介电常数；p原油原油Z=266Z=266；水；水Z=47Z=47。微波遇到水滴时

60、，会产生强烈的反射。微波遇到水滴时，会产生强烈的反射。p原油中含水量越高，对微波的反射越强。原油中含水量越高，对微波的反射越强。p测量原油中反射微波的强弱，便可测定原油中的含水量。测量原油中反射微波的强弱，便可测定原油中的含水量。含水%0.01020304050607080901002.002.6022.3384.2595.4447.0279.24712.58518.17429.44364.00266.0233.7206.3182.7161.6142.2124.0106.388.4369.4847.130.1730.2350.2930.3470.4000.4520.5050.5600.6200