油田地面站庫自控儀表的設計及選型探討

米常偉

（大慶油田設計院有限公司儀表電信室，黑龍江 大慶 163000）

在油田地面站和倉庫的日常管理工作中，溫度、壓力、流量、液位等數據成為生產管理的關鍵信息依據。在油田地面站庫自動管理系統中，自動控制儀表是重要的原始數據參量的儀器。自動控制儀表把收集的參數傳輸到中心監控裝置。管理人員可以通過控制參數的變動確定整個系統的實際工作狀況，并提出了進一步的調節方法。自動控制儀表也為管理者提供了關鍵的信息數據。與常規的人工采集技術比較，該技術更精準、更快捷，同時，還減輕了有毒危害生產地區的人員工作勞動強度，在提高勞動保障方面收到了很好的效果。

1 油田地面站庫自控儀表的意義

石油化工生產是一種較為復雜的流程。因工業原材料和成品往往存在易燃易爆的特性，所以容易產生更大的安全隱患。自控儀表設備在石化系統中的運用能夠讓我們更直接、快速地了解各種生產數據，有效改善生產質量管理。油田地面站庫管理的自動化、智能控制措施，是為提升企業經營的效益與品質，減少企業運營中的資源利用程度，提高企業的生產效率，并實現了生產數據的即時監測，達到了企業更有效的生產管理。

2 自控儀表設計時遵循的原則

油田地面站庫管理的自動化、智能化管理方法，是為提升了企業管理的效能與品質，通過減少了企業運營中的人力資源利用強度，以提高企業職工的勞動水平，并實現了對產品參數的即時監測，從而達到了更加精確的企業運營管理。所以，在自動系統中，自動儀表方案設計應當堅持方法合理化、技術先進性、操作安全性、操作便利性的基本原則。首先，為提升控制系統的工作穩定性和經濟成本控制能力，首先，要求儀器裝置必須具備較高可靠性，才能夠在一定的環境下平穩工作。其次，應該按照裝置種類和實際的生產需要，合理選用相應的控制器，才能達到預期用途；再次，由于智能化控制系統儀器設備更換得十分迅速，同時由于油田生產地面站庫逐漸實行了無人看守的生產管理模式，儀器設備也隨著生產技術水平提升而越來越多，所以智能化儀表系統應該具備一定技術的前瞻性，才能夠和其他裝置產生良好的相容性，在保證技術先進性的基礎上，也要充分考慮經濟成本，對于可能太過多地追求高新型號的儀器裝置，也應該根據系統的實際需要綜合考慮；最后，針對必須在高溫、高壓、高黏度的特殊環境下工作的儀表裝置，還應當充分考慮其周圍環境的耐久性，以及其應用可靠性，見圖1。

圖1 油田自動化技術

3 不同類型儀表的設計思路

目前，應用于我國各油田的自控儀器品種很多，但按作用可分成檢測儀表、指示儀器、監控設備、執行儀4 個系列。在檢測儀表中，根據測量的數據類型又包括電壓、電流、物位、組分等五種類型。現場測量儀表一般分為溫度、壓力、流量、液位四大類，在型號選用上，首先，應全面考慮其技術基本要求及其對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都滿足統一要求的儀器裝置。

3.1 溫度儀表

油田地面站庫內所使用的溫度測量儀器，大致有玻璃管溫度計、金屬溫度計、壓力溫度計等幾種形式，以因玻璃管溫度計的檢測準確度大，受材料特點決定，且玻璃管型溫度計對應用環境要求極高，僅適合在振動范圍較小沒有機械破壞危險的應用環境中使用。雙金屬溫度計對應用條件要求較低，能夠應對相對嚴酷的條件，所以使用范圍比較廣。雙金屬溫度計選用時要注意量程的選取，而量程選用時應全面考慮實際的應用要求。使用環境使用時，工作溫度應在量程的中央區域，且工作溫度的峰值應小于儀表量程的90%，另外，還應考慮溫度計的外觀和放置方法，與之應有良好的相容性。對于含有腐蝕性介質的管道或是其他必須在腐蝕性環境下工作的溫度計，盡量選擇與工藝管道、裝置相同或高于一個等級的材料，接入尺寸通常應當以將測溫器件接入在被測介質中、介質溫度變化敏感的地方為基礎，接線方法在腐蝕性場所選擇法蘭式接線方法。雙金屬溫度計精度通常為1.5 ～1.0。而遠傳型溫度儀表的材料選用也一樣，根據具體的應用要求及其運行條件，決定了溫度計的外殼材料和量程。遠傳型溫度計還必須兼顧溫度計分度號的熱電偶、熱阻值、熱敏電阻等型號的選用。而且熱電偶可靠性較高，可應用于各種應用環境，而熱阻值則適合環境溫度振動范圍較小的應用環境，而熱敏電阻則適合對溫度檢測實時性要求較大的應用環境中，另外，對于遠傳型溫度傳感器，必須配備適當的溫度變送器。

3.2 壓力儀表

壓力儀表對應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應用條件和所使用介質的特點加以全面評定。大致上可分成這樣的一些類型。其一，高腐蝕性、潮濕、粉塵的應用條件，該場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，對于一般耐腐蝕介質，可按照具體的一般耐腐蝕介質類型，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，對于遠傳壓力變送器的選用方式，按照一般介質特點，只能選擇通用型的壓力變送器。易燃易爆的高危場合時，應選用氣動變送器或防爆式變送器，以此保證儀器的工作安全性。當介質中存在易結晶、結巴、固體粒子濃度大、黏稠、腐蝕性強等特點時，可考慮采用法蘭式變送器，或按照實際的材料種類而設置適當的膜片類型。當使用壓力較小的，選用微差壓力變送器。當工作條件較好、對計量準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 壓力儀表結構組成

3.3 流量儀表

（1）流量儀表的刻度選擇。流量儀表的設計和選擇，首先，應明確儀器的測量刻度及其量程限制。刻度通常固定的，但在特定情況下，必須采用非整數的刻度讀數時，則應該圓整到最近似的序列數。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。中國油田地面站庫內流體、液態、蒸氣所采用的流量計。在對這些媒介實施溫度和壓力時，除了選用正確的測量方法外，還必須充分考慮各種狀態媒介在各種溫度和壓力條件下的流速波動狀況，在必要時，還應該實施溫度和壓力補償。如在測量蒸汽介質溫度時，就必須階段性地給予溫度和壓力補償。另外，若媒介具有腐蝕性、導電性時也可采用抗干擾能力更強的電磁流量計，但電磁流量計型號選用時，在考慮系統可靠性的同時，也必須充分考慮媒介的導電性效果。

3.4 物位儀表

料位測量儀器是測定介質位置的自動化儀器，在油田的地面站庫內一般用來對液體介質、粉粒的液面及其裝載位置的測定，而測定塊狀、粒料狀、粉料狀的測量儀器又被稱為料位計，而測定液體介質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，可針對系統特點和應用要求加以選用。

3.5 分析儀表

中國在數據分析儀器設備的研究方面起步還是較晚，近年來，發展步伐持續加速，現已形成數據分析儀器設備的生產能力。但由于國產儀表與進口儀表在特性方面仍具有很大差別，線性范圍和響應能力都差于進口儀表。而國產儀表價值也遠遠小于進口儀表，在具體選型中若測量的準確度要求較低，即可采用成本相對便宜的國產分析儀器設備。分析儀表在選型方面要重點考慮選用的分析儀表是否通過GBT 19001 或ISO9001 體系認證企業生產的產品。并且滿足《SH/T 3005—2016 石油化工自動化儀表選型設計規范》的要求。要盡量選擇與實驗室離線分析檢測儀表原理相同或相近的儀表，這樣便于后期進行數據比對等工作，可以大幅降低企業實驗室離線分析頻次，降低分析成本，具有一定的經濟效益。

4 選型項目設計分析

對自動儀器選型項目的制定從效率、投資、質量3個層次加以整體考慮，三者是一致與矛盾的問題，怎樣協調好三者間的關系，是建立正確的選型計劃的基礎。

4.1 質量管理

儀器的產品質量、工作穩定性決定了最終的應用效益和使用成本，所以把好質量關是儀器選擇設計的首要任務。選擇時，應防止單純地尋求產品技術先進性，應選用成熟、穩定的可靠性產品，以保證產品的長期運行穩定性。儀器選擇時，也要全面考慮產品的市場狀況，要保證在整個項目中儀器的統一性、互換性，并以此校核備品備件的總儲備量。

4.2 投資管理

投資管理工作同時也是儀器選型項目的關鍵工作，投資管理工作要與施工設計工作一起開展，投資管理質量與合理性對項目最終的投資規模影響范圍約為5%～35%，投資儀器選型時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值，以實現準確測算、精細分析、準確調整。

在投資儀器的選擇過程中，首先，要明確儀器特性與質量要求，而后再在規定的區域內根據國產、合作、進口等迅速做出選型。在滿足產品質量與性能要求，同時，還要減少投資儀器的引進成本，并進行投資項目儀器選擇過程中的資金管理。購買過程中，應一切以實際檢驗為主，不過，過于迷信思想或進出口商品優于國產產品的扭曲論，投資控制并不代表著可以無條件地減少生產成本，因而降低商品質量，而是應該在品質和價值之間找到一個平衡點。

4.3 進度管理

阻礙整個工程進展的原因極多，包括人為因素、工藝原因、儀表設備額的設計原因，以及部分定制儀表設備，甚至需要關鍵、重要等設備的生產完成。而這些因素如果在控制上不當時，都可能對整個工程進展產生一定的干擾。所以，進度控制從以下方面加強，企業成立了技術人員隊伍，由專家型的技術人員牽頭組織，提升了隊伍效率。在整個工程建設進行中，按照確定選型程序來實施主動的工程進度管理。例如，提前了解工藝，在心中有一個全局觀念，熟悉土木的施工進度，并事先對建筑施工過程中所使用的預埋件、預埋孔的儀器確定了規格，并將設計要求盡快上報到土建施工，對生產周期長的儀器，如特定的閥門、成分分析儀等儀表設備提前確定了選型，并進行訂貨。這就能夠將不利因素的干擾減至最低，以便加快速度，使工程可以早日完成，盡早實現建設效果。

5 結語

該文對油田地面站庫內自控儀表的設計和選擇問題進行了深入的研究，在剖析儀器選型原則和現狀后，又詳盡介紹了自控儀器的主要功能及其設計選型方法，從資金管理、工作時間管理和品質管理等三方面，給出了具體對策與建議。但就本文理論分析，目前仍沒有大面積的實際驗證，仍需更深入的鉆研與完善。