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第七章 油气开发自动化技术随着社会的不断进步,现代工业的飞速发展,自动化生产逐渐代替繁重的手工劳动,从而减轻了人员的劳动强度,提高了劳动生产率。尤其是天然气采集这种危险程度高的行业,自动化生产更能体现其优越性,既保障安全生产,又合理节约资源。第-节 自动化控制简介 一、计算机控制系统 计算机控制系统是指含有计算机并且由计算机完成部分或全部控制功能的控制系统。计算机控制系统的一般构成如图1-7-1所示,计算机控制系统主要由传感器变送器、过程输入/输出通道、计算机及外设、操作台和执行器等部分组成。当然,还有被控生产过程。图1-7-1计算机控制系统构成框图 生产对象的各项参数,由传感变送器检测出并经多路开关、模数转换(A/D送入计算机,计算机内部的控制信号经数模转换D/Ah再经反多路开关送给执行器(一般为调节阀)来控制生产对象。 同时,计算机主机还具有存储、打印、复制、监测数据以及报警等功能。 人工需要做的是对计算机管理,由操作员和工程师对整个生产过程进行监控。操作员只允许一些具体的操作,而工程师则可进行系统整定(如PID参数的整定等,使控制达到质量标准。 二、几种过程控制系统计算机自动控制实际上是通过过程控制来实现,以调节器为例,介绍几种过程控制系统。 1.简单控制系统 简单控制系统,也称单回路系统,如图1-7-2所示由四个基本环节组成,即被控对象、测量变送装置、调节器和执行机构(一般为调节阀)。 被控参数,由测量变送仪表(也称变送器)测量转换将压力、温度、液位等信号转换成标准信号:1-5V(DC)或4-2OmAL与给定形成偏差,成为调节器的输入,再由调节器根据偏差的大小调节输出控制被控对象,达到控制的目的。 例如:水罐的液位控制中(女日图1-7-3所示)HC为液位调节器,液位变送器检测到液位偏离设定值时,调节器调节输出,调节调节阀的开度,来控制水管出水量,达到控制液位的目的。 2.复杂控制系统 1)串级控制系统 上面所讲的单回路控制系统在生产中用得最多,一般情况下都能满足正常生产的要求。但是,当对象的容量滞后较大,负荷或干扰变化比较剧烈、比较频繁,或是工艺对产品质量提出的要求很高(如有的产品纯度要求达99.9%),在这种情况下,采用单回路控制方法就不再有效了,就必须采用更为复杂的控制系统。 串级控制系统是指采用一个以上调节器,各个调节器之间相串接,一个调节器的输出作为另一个调节器输入的控制系统。 二次干扰对副对象被控参数的干扰,由副回路变送器检测出,送人副调节器,由副调节器调节副对象,将干扰排除在影响主对象之外。主对象由主回路变送器检测出,送入主调节器,由主调节器控制调节阀的开度,达到控制的目的(图1-7-4。 下面举例说明为什么采用串级控制系统。如图1-7-5所示z从釜顶进料,利用给夹套内加冷却水来控制反应温度。如果夹套内的水温比较稳定,波动比较小的情况下,可以用单回路控制系统来控制生产，也就是说用一个温度调节器来控制反应釜的温度。但是,如果水温波动比较大的情况下,用单回路控制系统将会使控制效果很差,因为反应釜容积很大,有个温度滞后,当要调节温度时,相应地调节调节阀的开度,控制夹套内的进水量,由于反应釜有一个温度滞后,将会使调节的开度不断增大或减小,最终使反应釜中的温度变化比较大。如果采用串级控制,如图1-7-6,用反应釜的温度调节器作为夹套温度调节器的给定值,当水温波动时,夹套温度调节器调节调节阀的开度,使水温比较稳定,从而,将冷却水的波动干扰排除在外。图1-7-6反应釜的温度调节控制方框图 冷却水的干扰,先影响到夹套中水温的变化,由温度变送器检测出,送人TC2调节器之中,由TC2调节器调节夹套中水温的变化,将冷水的干扰克服在影响釜中温度之前。釜中由于进料的干扰,由温度变送器检测出送往TC1调节器,控制进水阀门,达到控制目的。 2)均匀控制系统 为了解决前后工序的供求矛盾,达到前后兼顾,协调操作,使两个互相联系又互相矛盾的参数均可小、范围内变化,为此组成的系统称为均匀控制系统。均匀控制系统在结构上可以是一个单回路控制系统,也可以是一个串级控制系统,它是指控制目的而言,可通过系统PID参数整定来实现,如要控制两个参数T,F,控制响应曲线如图1-7-7所示。 图1-7-7 T、F控制响应曲线图 3)比值控制方案 在化工、炼油及其他工业生产过程中,工艺上需要两种或两种以上的物料保持例关系,比例一旦失调,将影响生产或造成事故。 比值控制系统是指从动量随主动量按一定比例变化而变化的控制系统。 3.PID控制基本知识 自动化控制系统大多数采用简单控制回路单回路)PID调节控制。P为比例,为积分,D为微分。调节器可组态为PI,PD,PID三种控制形式。在阶跃信号输入下,几种调节器输出曲线如图1-7-8。图1-7-8PI,PD,PID几种调节器输出曲线图 计算机控制系统,必须经过PID参数整定,才能投运b进行系统整定,就是对于一个已经设计的并安装就绪的控制系统,通过控制器参数(,Ti积分时间、Td微分时间)的整定,使得控制的整个过程达到最为满意的质量指标要求。整定后的调节输出曲线以4:1的衰减变化为理想。 系统整定好之后是进行系统的投运,所谓控制系统的投运就是由手动切换到自动状态。这一过程,如果是调节器,则通过调节器上的手一自动切换开关来实现z如果是计算机,可通过指令来实现。由手动切到自动的过程中,不应造成系统的扰动,亦即切换中不能改变调节阀的开度。对于调节器来说,应使其没有偏差。同样,在由手动切换到自动的过程中,也不应造成系统的扰动。第二节 气田自动化控制系统 一、气回自动化控制系统 气回自动化控制系统是以计算机为中心,配合各种传感器、仪表和执行机构等组成的系统。它可以在不同的程度上,实现对气田生产系统的测控和调节。 气田自动化控制系统的实现可以减少岗位人员和实现部分岗位无人值守,大大减轻后勤保障等方面的负担。此外,由于可以实行对生产过程和设备的动态监测,不仅可以预先发现事故隐患,及时加以消除和防治,确保安全生产,而且还可以根据及时取得的各项参数和依靠计算机的分析功能,对生产系统及某些设备的运行进行调节,使其处于最佳运行状态,达到安全、低耗、高效、高产的目的。在目前气田生产中,SCADA系统是较典型的控制系统。 二、$CADA系统 SCADA是英文Supervisory Control And Data Acquisition的缩写,即监测控制和数据采集。SCADA系统由站控系统、调度中心主计算机系统和数据传输通信系统组成,用以完成生产过程的数据采集、监测、数据传输和处理以及控制等功能。远程终端站控系统完成预定数据采集和控制。通信设备完成数据和控制命令的传输,主控计算机则收集各远程终端的信息加以分析、处理和储存,并向各远程终端发出控制指令。SCADA就是采用这种模式的自动化监测、控制和数据采集系统的通称。 SCADA系统是随着气田和管道的生产过程自动化控制和管理而发展起来的一种高级自动化监控和管理系统,采用分散控制,集中管理的原则,用分布控制系统代表集中式控制系统,体现了现代工业控制系统技术发展的趋势,代表了气田自动化生产管理的国际先进水平。 三、SCADA系统的组成 SCADA系统主要由站控系统、调度控制中心主计算机系统和传输通信系统三大部分组成。 1.站控系统及远程终端装置 1)站控系统 站控系统(SCS,Station Control System是天然气集输站场的控制系统,也是SCA-DA系统网络中最基本的控制系统,该系统主要由远程终端装置RTU、站控计算机、通信设施及相应的外部设备组成。 站控系统通过RTU从现场测量仪表采集所有参数,并对现场设备进行监控,根据需要将采集的数据经过RTU处理传送至站控计算机,并经通信通道传送至调度控制中心的主计算机系统,同时接受来自调度中心的远程控制指令对站场进行控制。站控系统具有独立运行的能力,当SCADA系统某一环节出现故障或与调度控制中心的通信中断时,不影响其数据采集和控制功能。 站控系统的硬件配置和应用程序设置应根据所控制场站的重要程度、规模和功能的不同而进行设置。被控站可分为两类z第一类是大中型站,如集气站、脱水站、调压计量站、增压机站、分输站等有人值守的站场。第二类是小型站,如阀室、清管站、阴极保护站、单井站等,通常是无人值守的站场。典型的控制系统框图如图1-7-9、图1一7-10所示。 2)远程终端(RTU) RTU是英文Remote Terminal Unit的缩写,即远程终端装置,主要用于数据采集、数据处理、远程控制以及通信,同时部分RTU还提供操作人员接口、信息存储与检索等全部和部分功能。图1-7-10小型站控制系统框图 远程终端可以通过通信设备接收来自上位计算机的控制信息,并将它们分别传发给受控设备,完成控制操作。同时远程终端可以直接接受来自各传感器的模拟、数字和脉冲等形式的信号输入,也可以向受控设备发出4-2OmA或1-5V的控制信号以触发受控设备的执行机构。对于某些特殊功能,有时还需设置特殊的功能程序。在上位计算机(站控计算机和调度中心计算机出现故障时,RTU能独立完成数据采集、处理以及控制,避免造成现场工艺过程的失控,一旦恢复与上位计算机的通信,远程终端能够将终端期间的数据按照时间标志传送至上位计算机,以保证整个SCADA系统数据的完成性。 根据技术规格要求,远程终端应能在-30+60的环境温度和95%的最高相对湿度的环境下操作。 2.数据传输系统 SCADA系统的可靠性和可用性取决于从主站到RTU以及从RTU返回主站的数据传输情况。天然气集输工程SCADA系统主要采取以下几种通信媒体进行数据传输z有线、微波、卫星、同轴电缆、光纤及其他通信方式传输数据。 数字数据在通信信道上传输时,必须转换成一个音频信号,这种将数字信号转换成音频信号的技术称为调制,常用的几种调制方式有z调频、调幅和调相。调制器和解调器主件称为调制解调器MODEMh它是由调制器和解调器两个英文单词缩写而成的一个术语。 SCADA系统的数据传输方式主要有单工、半双工、全双工三种方式,单工传输方式只能向一个方向传输数据,且通信能力极为有限。半双工方式可以双向传输数据,但同一时刻内只能向一个方向传输。全双工方式则允许同时双向的传输数据。 数据传输率即主站与远程终端装置之间的数据传输速率,也称波特率或比特率,是指每秒钟内传输的二进制位数,以位/秒(bit/s为单位。SCADA系统中采用的标准波特率一般有30Obit/s、60Obit/s、90Obit/s、1200bit/s。30Obit/s以下为低速系统,600-4800bit/s为中速系统,4800bit/s以上,达19200bitA或更高的数据传输率为告诉数据通信系统。主站与远程终端装置之间的数据传输通信系统如图1-7-11所示。RTU输出的数字信号经调制解调器转换成音频信号,然后由信号传输器发送,经过通信媒体将数据传输至调度控制中心(主站)的信号接收器,经调制解调器转换成数字信号后进入主计算机系统。主计算机系统的数字信号以同样的方式传输至RTU。 3.气田SCADA系统调度控制中心 气田SCADA系统调度控制中心,包括主站或主端装置(MTU一-Master Terminal unit)、通信设备以及相应的外部设备。主站担负着整个气田集输系统生产数据的采集、整理、存储、分析、调度和远程控制设施如关键阀门的开关、压缩机的启/停等。根据SCA-DA系统主站规模的大小可分为总调度控制中心GMC或区域调度控制中心(AMC,其中总调度中心一般还包括应急调度监视中心EMC。1)SCADA系统的调度中心系统的功能SCADA系统的总调度中心(GMC系统的功能z (1)监视主要运行参数; (2)统一指挥,协调各区域集输系统,确保安全平稳供气; (3)合理解决供需矛盾,及时调配,提高供气质量; (4)提高输配气系统效益,为优化决策服务; (5)与有关上级部门进行数据交换。 SCADA系统的区域调度中心(AMC系统的功能 (1接受总调度中心的调度指令,查询要求,并返回执行情况和查询结果; (2)向总调度中心传送实时数据和历史数据; (3)采集实时数据,建立本区域中心的历史和实时数据库; (4)向被控站场发送遥调、遥控指令; (5)管网系统动态模拟显示,站场流程显示,趋势图显示p (6)报警及事件显示、打印、处理； (7)生产、销售及营运统计报表处理等。 2)SCADA系统主站(MTU系统功能 主站系统按调度控制中心的功能要求,主站系统的基本功能应包括 (1)监视和采集远程站RTU的运行数据: (2)统计、分析、存储各种运行参数; (3)打印报警/事故信息,提供生产报表; (4)发送遥控指令,启/停压缩机和开/关站场和管道上的关键阀门; (5)对管道系统的输配量进行调度,提高供气质量; (6)模拟管道系统运行,优化管理,为管理系统运营决策提供依据; (7)管道漏失的定位及监测; (8)SCADA系统参数、状态、趋势、系统和站场流程的模拟显示; (9)系统操作、维护的培训lp (10)系统组态、扩展。第三节 台动化仪表、设备 一、专业术语 传感器:何谓传感器?生物体的感官就是天然的传感器,如人时五宫,人们的大脑通过五官就能感知外界的信息。传感器定义为z能将被测的某物理量按照一定的规律转换成另一种已知并能检测出的物理量的转换装置。 变送器：变送器作为现代工业中最通用的自控仪表,它实际上就是输出标准化信息的传感器的专称。 四线制:一般的变送器除输入信号线外,还有两根电源线和两根信号输出线,这种擎线方法常称为四线制。输出信号一般为010mA。 两线制:采用420mA或15V标准信号输出制式,仪表供电电源与输出信号共用两根线,且电源线中的电流或电压大小和仪表输入信号呈线性关系。 隔离型防爆结构:将电路和接线端子全部放在隔爆表壳内,表壳强度足够大,表壳结合面间隙足够深,最大间隙宽度足够窄。因此,EP使装置因事故发生火花,造成表壳内部爆炸时,也不会引起装置外部的爆炸性混合物爆炸。 本安型防爆结构z(安全火花型)指在正常状态或事故状态下所产生的火花及达到的温度均不能引起爆炸性混合物爆炸的一种防爆类型。正常状态指电气设备在设计规定条件下的工作状态,在正常断开和闭合电路时也可能产生火花。事故状态是指发生短路、断路、接地及电源故障等情况。 二、压力(差压)变送器 1.组成及工作原理 压力变送器由压力传感器和电子元件部分组成。其工作原理是z压力传感器的传感隔离膜片探测到过程压力后根据不同的转换原理(如电容式、频率式等)进行转换和检测,并经过微处理器运算处理转换为一个对应于设定的测量范围420mA(DC)的模拟信号输出。 2.主要类型及其特点 1)气体压力变送器R 由气阻、气容、气流盲室、喷嘴一挡板机构和功率放大器组成。一般应用于测量生产流程中流体的压力并转换为20100kPa的气压信号输出。 2)电动压力变送器 由测量、机械力转换、位移检测器与电子放大器、电磁反馈机构四部分组成,主要有力平衡式、应变式、矢量式等类型。 3)智能式压力变送器 测量原理是过程压力通过隔离膜片、封入液传到位于测量头内的传感器单晶硅上,引起传感器的电阻值相应变化。此电阻值的变化由形成于传感器芯片上的惠斯登电桥检出,并由A/D转换器转换成数字信号,再送至微处理器进行处理后转换成4-2OmA(DC的模拟信号输出。 4)1151系列压力变送器 它的传感器为电容式传感器,压力的不同使传感器膜片产生偏移,其最大偏移量为0.1mm,并正比于过程压力。传感膜片两侧的电容极板检测膜片的位置,通过变送器的电子部分转换为二线制4-2OmA直流信号和HART数值信号,用以实现数据采集、通信、显示和自动控制。 5)3051型压力变送器 由传感器组件、吗子组件两部分组成。 传感器组件选用高精度的电容传感器,过程压力通过隔离膜片及填充物变送到电容室中心的感应膜片,感应膜片两边的电容极板决定其位置。在感应膜片和电容极板间的差动电压与过程压力成正比。 电子组件包括有一块ASIC特定用途集成电路)和表面镶嵌技术的信号板,它接受传感器的数字输入信号。通过修正系数的修正,使该信号无误和线性化。电子组件的输出部分将数字信号转换成一个4-20mA的输出,同时还要进行与268型和ROSEMOUNT控制系统的通信。一个可选的LCD液晶显示屏)插在电子板上,用来显示压力处理单元的数字输出或模拟范围值的百分数。 3051型压力(包括压差变送器优于其他普通压力变送器的共同点是: (1)稳定性好,稳定性长达5年;精度高,可达0.075%g量程范围宽,为100:1。 (2)具有快速的动态响应,实现更精确的测量与控制。 (3)加入了温度测量来补偿热效应,保证运行期间信号的准确性。 (4)完全适用于现场总线产品,使通信更为简化、可靠。 3.使用和维护 1)使用 安装与拆卸 (1)在安装压力变送器之前,不得给其通电。 (2)端子柜内的压力变送器接线头须挂锡,不得出现毛刺。 (3)确定接线无误后,给压力变送器上电,并将压力变送器的量程、单位等参数设置好,观察压力变送器输入控制室的压力值,并与现场可视压力表进行比较。 (4)在拆压力变送器之前,必须将端子柜内压力变送器的电源端子拔掉。 (5)在拆压力变送器之前,应先擦拭干净变送器盖上的灰尘、雨水或油污。 (6)拆压力变送器防爆软管时,必须取下软管的活动接头,将压力变送器线头处理后,取下防爆软管。 (7)拆压力变送器时,需用工具卡住表接头,旋下压力变送器。 (8)若暂时不装压力变送器,应把先头用绝缘胶布缠住,以免腐蚀。 2)维护保养 保持铭牌的清楚、明晰,经常擦拭,防锈。 各部件应配装牢固,不应有松动、脱焊或接触不良等现象。 注意防爆接头处密封,防止进水,及时除锈。 通电时,不得在爆炸性环境下拆卸变送器表盖。 三、温度变送器 1.组成及工作原理 温度变送器由温度传感器和信号转换器组成。温度传感器主要分为热电阻传感器和热电偶传感器两大类,热电阻或热电偶经输入回路直流电桥)将与温度相对应的电阻值或热电势转换成电压信号,再经电压、电流转换将此电压信号转换成直流电流信号输出。它可作为指示、记录、调节仪表等的输入信号,以实现对温度变量的指示、记录或自动控制。 2.主要特点 (1)二线制传送-z信号转换器供电的两根导线,同时也传送输出信号。 (2)输出恒流信号(420mAh抗干扰能力强,远传性能好。 (3)信号转换器和温度传感器可以一体安装,也可以分开安装,方便用户使用。 (4)信号转换器用环氧树脂封装成模块,具有耐振动、耐腐蚀、防潮湿等优点,可用于环境条件较差的场所。 3.使用和维护 1)使用 安装与拆卸z川、 (1)在安装温度变送器之前,不得给其通电。 (2)温度传感器必须垂直插入保护导管中,防止探实弯曲或折断。 (3)确定接线无误后,给温度变送器通电,观察温度变送器输入控制室的温度值,并与现场温度计进行比较。 (4)在拆温度变送器前,必须将端子柜内的温度变送器电源端子拔掉。 (5)在拆温度变送器前,应先擦拭干净变送器盖上的灰尘、雨水或油污。 (6)拆温度变送器防爆软管时,必须取下软管的活动接头,将温度变送器线头处理后,取下防爆软管。 (7)拆温度变送器时,需用工具卡住表接头,旋下温度变送器。 (8)若暂时不装温度变送器,应把线头用绝缘胶布缠住,以免腐蚀。 2)维护保养 (1)定期用干布擦拭温度变送器,保持铭牌的清楚,无污损。 (2)注意螺钉螺母的维护,防止生锈、损坏。 (3)定期检查温度变送器的外部密封情况,防止雨水的侵人。 四、液位变送器 1.组成及工作原理 液位变送器由液位传感器和转换电路组成。液位传感器把液位的高低转换为与其成正比的测量电压(或其他信号,并转换为010mA或42OmA标准直流电流信号输出,从而实现对液位的连续测量、远传指示、记录或自动控制。兰兰;在1才f1 2.分类及其主要特点 这里主要介绍2390型液位变送器和BW25型液位变送器。 1)FISHER TYPE2390液位变送器 FISHER TYPE2390液位变送器和249SERIES液位传感器配套使用。防爆等级为iaCT4级其中ia表示本安回路在正常工作状态下及存在两起故障时、表示工厂用、C表示隔爆等级、T4表示温度组别)。 其工作原理如下: 浮筒液位传感器由浮筒室、浮筒、扭力管系统等组成。浮筒室和被测液体连通,浮筒由扭管系统悬吊浸没在浮筒室内的液体中。扭管系统承受的力是浮筒自重减去浮筒感受的液体浮力的净值,在这种合力作用下的扭管扭转成一定角度,从而液位与扭转角一一对应。 2390液位变送器通过一个小波纹管接收扭管转角,传递到一个由簧片支承的杠杆组件,使附着在杠杆组件上的磁铁摆动,这种摆动被一个霍尔元件它是利用载流导体与磁场方向正交,两者垂直的方向上会出现横向电势这一原理制成的磁敏元件。当电流不变、磁场均匀时,输出电势取决于元件位置,利用这一原理可测微位移。感知,转变为电信号,经电路处理后形成4-20mA电流输出。 电信号经环境温度补偿,通过差动放大器放大,然后针对磁场的非线性作线性补偿。同时,变送器的电路提供反极性保护、瞬时电源冲击保护和电磁干扰保护。 2)BW25浮筒液位变送器 BW25浮筒液位变送器是由浮筒液位计、变送器、限位开关和M7指示器组成。防爆等级为ib CT5级(其中ib表示本安回路在正常工作状态下及存在一起故障时、表示工厂用、C表示隔爆等级、T5表示温度组别。 液位计的工作原理是基于位移测量原理,悬挂在测量弹簧上的位移筒体沉浸在被测液体中,并受到阿基米德向上浮力作用,其作用力与排开液体质量成正比。根据液位高低,筒体浸入程度不同,向上浮力发生变化,测量弹簧将作相应延伸。 弹簧长度的改变表示液位高低的变化,弹簧长度系借助磁藕合方法,由装在容器外面作为指示用的测量机构进行转换。这种传输方法可使测量和指示系统与密封压力容器隔离。现场指示无需附加电源,且能用电动或气动信号传输被测值,并可发出限位电信号。 3、使用和维护 1)使用 液位变送器在使用之前,应检查各个零部件是否处于正常工作状态,保证浮筒始终在套管中自由移动,并对变送器进行基本性能校验后,即可投入使用。 2)维护保养 (1)液位变送器在运行期间,一般无需维护,必须注意保证浮筒始终在压力套管中自由移动,但是如果杂质在压力套管里形成积垢,就会妨碍浮筒或磁钢、悬挂弹簧的自由移动,为此必须拆开压力套管并清洗。 (2)设备外部的清沽,保持铭牌的清楚,螺钉螺母无锈蚀。 (3)定期检查电信号接线头的密封情况,防松、防水、除锈。 (4)注意检查液位计是否在垂直位置,防止浮筒螺纹接头松动和介质泄漏。 五、信号隔离器(安全栅) 信号隔离器由输入保护、AC/DC转换、输入信号处理、输出信号处理四个基本单元构成。其主要原理是:信号隔离器通过内部AC/DC变换器为现场安装的变送器提供隔离电源,即外供24VDC或220VAC电源经过输入保护电路、AC/DC变换电路后,输出一个隔离稳定的18.5-28.5VDC作为现场变送器的配电电压,同时将变送器输出的信号送至输入信号处理单元,再经过磁隔离后,送至输出信号处理单元,最后输出4-2OmADC或1-5VDC标准信号,馈送给下级受信仪表。 安全栅工作原理是:利用内部电容、内部电感和限流、限压保护二极管将电源电压与安全栅内部电子元件隔离,杜绝外界干扰电磁场通过继电或电流端糯合到电子元件中以及限制传感电路的工作电源电压和电流,使现场输入的4-2OmADC经过这一系列处理后输出部分隔离的标准信号供给下级受信仪表。 六、可燃性气体传感变送器 其工作原理是通过对现场天然气在传感器部分的扩散进行采样,将采集到的天然气浓度进行线性转换、放大,最后输出420mA或15V标准直流信号。 七、火焰监测系统 在天然气生产过程中,为了确保生产的安全顺利进行,对于水套炉和脱水装置重沸器等装置或设备中燃烧的火焰需要及时准确的监测,因为火焰一旦熄灭而又不断地注入天然气,可能引起天然气在设备内爆炸,造成人员和财产的损失。火焰监测仪就是对火焰的燃烧情况进行监测,同时将所得的监测信号送往计算机为控制依据。主要包括两种类型,其工作原理如下。 1.火焰监测仪 由光敏管传感器和控制电路组成。当传感器监测到火焰信号时,将信号传输给控制器进行信号处理,处理后控制器输出一个通断信号以指示火焰熄灭或火焰存在的状态。对于火焰监测仪的输出,可以选用常开触点(无火焰时开路或常闭触点(元火焰时闭路),这以控制系统内部软件定义决定。 2.火焰保护一点火装置 这种装置既可以手一自动点火,同时在运行中又可以对火焰进行适时监测,当出现火焰熄灭时会自动截断燃料气源。该装置由控制线路板、点火线圈、火焰检测探头、高压点火丝组成。控制线路板的作用在于控制点火和根据火焰检测探头的信号对火焰进行监测;点火线圈和高压点火丝用于点火;火焰检测探头利用热电偶对引导火焰温度进行检测。 火焰监测系统安装及维护:在安装中首先应该根据监测点的情况,选择能可靠地观察到火焰又尽可能远离高温区的地方,将监测仪光窗对准观测点。工作中,由于天然气在燃烧时不断地挥发出污染物质,使监测仪光窗变脏,影响监测仪对火焰信号的接收,从而造成灵敏度下降,因此,需定期对光窗进行擦拭。 八、含水分析仪 天然气脱水装置的作用就是脱去天然气中尽可能多的水分,降低天然气的露点,减轻对输气管线的腐蚀。反映脱水深度的一个重要指标就是天然气中的含水量,含水分析仪就是测量气体含水量的仪器。 下面以应用较为广泛的KAHN公司的陶瓷数字式湿度计为例作一简单的介绍。 该湿度计是一种测定气体中绝对湿度的不间断在线式仪器,它能完成大量程范围的测试功能,同时监测和(或控制气体中的水分。仪器包括两部分:监视器和传感器。传感器安装于脱水装置设备区,在现场进行采样;监视器安装于控制室内,对从传感器传送回来的信号进行分析处理及输出控制信号。 该仪器标准测量天然气范围为-80-20露点(-112-687,0-40-3体积分数(O-1000LB/MMSCF浓度,也可设定成特殊的范围和量程。 1.传感器 KAHN公司的含水分析仪采用了陶瓷工艺技术湿度传感器。这种湿敏传感器采用的是金属氧化物陶瓷传感器。 传感器原理:水分子有较大的偶级矩,故其易于吸附在固体表面并渗透到固体内部。水分子的这种吸附和渗透特性称水分子亲和力,利用水分子这一特性制作的湿敏传感器称水分子亲和力型传感器,金属氧化物陶瓷类型是其中一种。与水分子亲和力无关的传感器称非水分子亲和力型传感器。 水分子吸附在物体表面或渗入物体内部后,物体的电气物理性能发生变化,利用这种变化就可构成水分子亲和力型湿敏传感器。金属氧化物构成的多孔陶瓷吸收水分子后,其电阻、电容等性能发生变化,从而把含水量的变化转换成有一定函数关系的电信号的变化。 2.监视器 监视器通过对传感器传送来的电信号进行处理,不仅可显示实时的露点值,而且用户也能很容易地改变由厂家设定的湿度计组件的显示选择,并给用户提供了设定点和操作模式配置的同时测量二参数的报警续电器触点。 在现场的实际使用中,利用了仪器的两个继电器触点,一个为露点高限报警(SP1,另一个为露点值高限报警并连锁SP2。一般两个点的设定值不相同,SP1应大于SP2.当检测到的露点值达到了SP1的设定点,监视器SP1的LED指示灯亮,同时与之相关的续电器动作,送出一个触点信号;当检测到的露点值达到了SP2的设定点,SP2的指示灯也亮,相关继电器也动作,送出一个触点信号,作为连锁的输入。 九、自控阀门 自控阀门的种类和数量较多,按作用形式可分为正作用阅、反作用阀z按功能分有调节阀、截断阅。 1.自控阀门组成及原理 1)自控阀门工作原理 现场自控阀门的工作原理如图1-7-12所示。2)自控阅门组成自控阀门主要由执行机构、阀体、附属机构过滤器、阀门定位器、电磁阀等及控制管路组成。执行机构主要分为两类:以电作为动力源的执行机图1-7-12自控阀门工作原理方框图 构;以气体作为动力源的执行机构。有的阀根据需要还安装有手轮机构。这类阀门的主要工作原理是：上位控制系统的计算机对现场采集来的信号压力、液位、温度等进行处理后,送出4-20mADC标准信号,作用于现场执行机构,通过电机转动(或膜片、活塞带动阀杆转动或上下运动,从而控制阀门的开关;或者通过电气转换器转换成20-100kPa的压力信号作用于执行机构,通过膜片活塞带动阀抨上下运动,从而控制阀门的开关。 (1)执行机构z执行机构的主要作用是根据输出气源压力的大小,产生相应的推力带动推杆从而带动阀杆运动来控制阀门。其分类见图1-7-13. 薄膜式:薄膜式分为正、反作用两种,正作用是指信号压力增加时,推杆向下动作的执行机构;反作用是指信号压力增加时,推杆向上动作的执行机构。这两种执行机构的组成基本相同,主要包括:上、下膜盖、膜片、推杆、弹簧、弹簧座、支架、标尺等。 该种执行机构的输出特性是 比例式的,即输出