油气储运自动化技术培训教程

西南石油大学石油工程学院梁光川2007年4月新疆油田集输培训班——储运自动化技术油气储运自动化技术1第一章工业自动化基本概念新疆油田集输培训班——储运自动化技术2

利用各种仪表和设备代替人的一些复杂性、重复性的劳动，按照人们所预定的要求，自动的进行生产和操作，这种管理生产的办法，称为工业生产自动化。同其它工业生产一样，在石油和天然气开采和储运工艺过程中，也可以广泛地采用自动化技术。比如，在采输工艺管线和各类站库上装有各种自动化仪表，对原油及天然气的压力、温度、流量、液位等参数进行自动检测和调节。也可采用一“三遥”装置，对远距离泵站的单井的油气压力和温度进行遥测，对井口电动球阀进行遥控，对其阀位状态进行遥讯。自动化系统是由自动检测系统、自动信号联锁保护系统、自动操作系统、自动调节系统组成。自动调节系统在石油、天然气开采和储运中应用最多，也是最主要的系统。第一章工业自动化基本概念31.1自动调节系统概述

自动调节系统的组成第一章工业自动化基本概念人工调节系统4

自动调节系统的组成第一章工业自动化基本概念5第一章工业自动化基本概念自动调节系统方框图

在研究自动调节系统时，为了更清楚地表示出一个自动调节系统各个组成部分之间相互影响和信号联系，便于系统分析研究，一般利用方框图来表示调节系统。6第一章工业自动化基本概念方框图的意义

1）调节对象：被控制的设备和机器2）被调参数：按照工艺要求，那些需要调节或者稳定在某一值上的参数。包括：液位、流量、温度、压力等。3）干扰：影响被调参数的各种外界因素。4）调节阀输出q：q既是调节阀的输出，也是自动化装置的输出。q又称为调节参数，是调节阀调节的流量参数。调节参数能改变被调参数，使被调参数稳定在工艺要求的给定值上。7第一章工业自动化基本概念

5）调节器输出p：称为调节信号。它是根据偏差信号e的大小，发出的一个去控制调节阀开启度的信号。6）变送器输出z：称为测量信号，它是变送器测量被调参数并转换成为与被调参数成正比的信号。7）给定信号x：其大小是根据工艺要求的给定值大小预定的，可以由调节器给出，也可以由其它仪表加给调节器。8）偏差信号e：在自动调节系统中，一般规定:e=z-x。e为正时为正偏差，为负时为负偏差。8第一章工业自动化基本概念对自动调节系统的几点说明开环与闭环

通过自动调节系统方框图，我们从系统信号的传递路线上来看，从调节对象开始，经过一连串的自动化装置又回到调节对象，形成一个闭合环路，我们把这样的系统叫做闭环系统。反之，若信号从一个环节到另一个环节，不构成闭合环路的系统，就叫做开环系统。从前图中，可以看出，变送器是实现闭环系统的主要环节，它随时了解被调参数的变化情况，将测量值送给调节器，使调节器一有偏差就发出调节信号，使调节阀动作，纠正偏差。因此闭环系统比开环系统更具有优越性，在工业生产中得到广泛的应用。9第一章工业自动化基本概念正反馈与负反馈闭环系统中，把输出的信号通过变送器又引回到输入端来的做法称为反馈。反馈信号与给定信号相减为负反馈，反之为正反馈。在自动调节系统中都采用负反馈，因为当被调参数y受到干扰的影响而升高时，反馈信号z将高于给定信号x，经过比较偏差信号e将为正值，此时调节器将发出信号使调节阀动作，被调参数y减少，从而使被调参数回到给定值，这样就达到了调节目的。调节器的正作用与反作用对实际的调节器来说，当测量信号x增加时，偏差信号e亦增加，调节器输出p也增加，这就是正作用调节器。反之，当测量信号z增加，调节器输出p反而减少，这就是反作用调节器10第一章工工业自自动化基本本概念调节仪表分分类一个自动调调节系统由由一组调节节仪表（又又称为自动动化装置））和调节对对象组成。。调节仪表表种类繁多多，按仪表表能源不同同，可分为为气动调节节仪表和电电动调节仪仪表两类。。气动单元组组合仪表II型（QDZ－ⅡⅡ）：以0.14MPa的压压缩空气为为能源，仪仪表之间的的信号为0.02～0.1MPa的压力力信号电动单元组组合仪表DDZ－ⅡⅡ：交流流220V，仪表信信号为0～10mA直直流电流信信号。DDZ－ⅢⅢ：直直流24V，仪表信信号为4～20mA直直流电流信信号。11第一章工工业自自动化基本本概念自动调节系系统的工作作原理通过前图中液位调节节系统为例例，分析简简单调节系系统的工作作原理。假设工艺要要求将罐内内液位稳定定在6m，，罐内介质质为水。我我们采用DDZ一ⅡⅡ组合仪表表反作用电电动调节器器和电动差差压变送器器去测液位位。如果取取变送器量量程为0～l0mH2O，则不不难求出出x＝6mA。。设液位开开始稳定定在6m,此时时qi＝q0，调节阀阀不动作作。当干干扰产生生，即qi增加，h上升，，大于6m，经经变送器器测量，，其输出出z必然然增加，，大于6mA，，偏差e增加，，经反作作用调节节器后输输出p减减小，使使正作用用调节阀阀开度增增大，流流量q0增加，使h下下降到6m，，并维持h不不变，达到调调节目的。12第一章工工业自动化化基本概念1.2自自动调节系统统的过渡过程程系统的静态与与动态在自动化领域域内，把被调调参数不随时时间变化的平平衡状态称为为系统的静态态，而把被调调参数随时间间变化的不平平衡状态称为为系统的动态态。当一个自自动调节系统统的输入（给给定和干扰））和输出恒定定不变时，整整个系统处于于一种相对的的平衡状态，，系统的调节节器、变送器器、调节阀等等环节都不改改变原先的状状态，它们的的输出信号都都处于相对静静止状态，这这种状态就是是静态。假若若一个系统原原来处于相对对平衡状态即即静态，由于于干扰的作用用而破坏了这这种平衡时，，被调参数就就会跟着变化化，从而使调调节器等自动动化装置也就就会改变调节节参数以克服服干扰作用的的影响，并力力图使系统恢恢复平衡。从从干扰发生开开始，经过调调节，直到系系统重新平衡衡为止，在这这段时间内，，整个系统的的各个环节和和参数都处于于变动状态之之中，这种状状态叫做动态态。一个自动调节节系统在正常常工作时，总总是处于动态态过程中。显显然，研究的的重点应是系系统的动态。。13第一章工工业自动化化基本概念自动调节系统统的过渡过程程自动调节系统统在动态过程程中，被调参参数是不断变变化的，它随随时间变化的的过程称为自自动调节系统统的过渡过程程。过渡过程程是系统从一一个平衡状态态过渡到另一一个平衡状态态的过程；是是调节作用不不断克服干扰扰作用影响的的过程。分析系统常用用的阶跃干扰扰干扰有各种情情况，而且有有大有小，有有的干扰来得得很快，有的的干扰则比较较缓慢。在分分析和设计调调节系统时，，为了安全和和方便，常选选择一些定型型的干扰形式式，其中最常常用的是阶跃跃干扰。14第一章工工业自动化化基本概念各种过渡过程程的形式自动调节系统统在阶跃干扰扰作用下的调调节过程有如如图几种形式式。非振荡衰减过程衰减振荡过程等幅振荡过程发散振荡过程被调参数在给给定值的某一一侧做缓慢变变化，没有来来回波动，最最后维持在某某一数值上被调参数在给给定值附近来来回波动，且且波动幅度保保持不变。被调参数在给给定值附近来来回波动，但但波动幅度逐逐步减少，最最后稳定到某某值。被调参数来回回波动，且波波动幅度逐渐渐增大，离给给定值越来越越远。15第一章工工业自动化化基本概念调节系统的品品质指标调节系统的过过渡过程是衡衡量调节系统统品质的依据据。一个调节系统统受了阶跃干干扰以后，被被调参数偏离离给定值，调调节器有一个个偏差值输入入，这时自动动调节系统开开始进行调节节以使偏差消消除，但是被被调参数恢复复原值不是一一瞬间就可以以完成的，是是要经过一个个调节过程才才能逐渐接近近给定值的。。这个调节过过程好坏通常常可由四个指指标来衡量。。最大偏偏差a衰减比比λ调节时时间余差16第一章章工工业自自动化化基本本概念念1.3调调节节对象象的特特性自动调调节系系统由由自动动化装装置和和调节节对象象组成成。前前面已已经指指出，，系统统的调调节质质量与与组成成系统统的每每一个个环节节的特特性都都有关关系，，特别别是调调节对对象的的特性性对调调节质质量的的影响响最大大。各各种对对象千千差万万别，，有的的对象象很稳稳定，，操作作很容容易，，有的的对象象则不不然，，只要要稍不不小心心就会会超越越正常常工艺艺条件件，甚甚至造造成事事故。。调节对对象是是调节节系统统一个个重要要环节节。调调节作作用和和干扰扰作用用是对对象的的输入入量，，被调调参数数是对对象的的输出出量。。由对对象的的输入入量至至输出出量的的信号号联系系称为为通道道。调调节作作用至至被调调参数数的信信号联联系称称为调调节通通道；；干扰扰作用用至被被调参参数的的信号号联系系称为为干扰扰通道道。所谓调调节对对象特特性是是对象象受到到干扰扰作用用或调调节作作用后后，被被调参参数是是如何何变化化的，，变化化快慢慢及最最终变变化的的数值值等。。在石油油开采采、处处理及及储运运过程程中，，常见见的对对象是是各类类罐、、换热热器、、分离离器、、加热热炉、、泵和和压气气机等等，这这些调调节对对象特特性很很复杂杂。17第一章章工工业自自动化化基本本概念念描述对对象的的特性性参数数放大系系数K对象的的输出出变化化量与与输入入变化化量之之比。。放大大系数数越大大，输输入量量的变变化对对输出出量的的影响响越大大。滞后后时时间间（包包括括：：纯纯滞滞后后、、过过渡渡滞滞后后））时间间常常数数T对象象特特性性的的数数学学描描述述对象象特特性性可可以以用微微分分方方程程加以以描描述述。。举例例18第一一章章工工业业自自动动化化基基本本概概念念描述述对对象象的的特特性性参参数数19第一一章章工工业业自自动动化化基基本本概概念念描述述对对象象的的特特性性参参数数20第一一章章工工业业自自动动化化基基本本概概念念用微微分分方方程程描描述述对对象象的的特特性性21第一一章章工工业业自自动动化化基基本本概概念念对象象特特性性的的测测取取应用用数数学学描描述述方方法法求求取取对对象象的的特特性性。。虽虽然然它它具具有有较较大大的的普普遍遍性性，，然然而而在在石石油油储储运运中中，，许许多多对对象象的的特特性性很很复复杂杂，，往往往往很很难难用用数数学学的的方方法法直直接接求求出出来来，，即即使使求求得得，，也也往往往往忽忽略略了了很很多多次次要要因因素素，，做做了了许许多多近近似似的的假假定定，，这这样样求求得得的的对对象象特特性性，，要要直直接接用用来来做做为为合合理理组组成成自自动动调调节节系系统统的的依依据据往往往往令令人人不不放放心心。。因因此此，，在在实实际际工工作作中中，，我我们们常常常常用用实实验验的的方方法法来来研研究究对对象象的的特特性性，，它它可可以以比比较较可可靠靠地地得得到到对对象象的的特特性性，，也也可可以以对对数数学学方方法法得得到到的的对对象象特特性性加加以以验验证证和和修修改改。。所谓谓对对象象特特性性实实验验测测取取法法就就是是在在我我们们所所要要研研究究的的对对象象上上，，加加上上一一个个人人为为的的干干扰扰作作用用（（输输入入量量））然然后后，，测测取取表表征征对对象象特特性性的的物物理理量量（（输输出出量量））随随时时间间变变化化的的规规律律，，得得出出一一系系列列实实验验数数据据（（或或曲曲线线））。。这这些些数数据据或或曲曲线线就就可可以以用用来来表表示示对对象象的的特特性性。。对象特性性的实验验测取方方法很多多，这些些方法往往往是以以所加干干扰的形形式不同同来区别别的。22第一章工工业自动动化基本本概念这种方法法比较简简单，如如果输入入量为流流量，只只要将阀阀门的开开度做突突然的变变化，便便可以认认为施加加了阶跃跃干扰。。输出参参数的变变化过程程可以利利用原来来的仪表表记录，，不需要要增加仪仪器设备备，测试试工作量量也不大大。总的的来说，，反应曲曲线法是是一种比比较简易易的动态态特性测测试方法法。这种种方法的的缺点主主要是因因为对象象一般较较为复杂杂，干扰扰因素很很多，容容易受到到外来因因素的影影响，因因而测试试精度受受到限制制。为了了提高精精度，就就必须加加大所施施加的输输入作用用幅值，，可是这这样做就就意味着着对正常常生产的的影响增增加，工工艺上往往往不允允许。一一般所加加干扰作作用的大大小取额额定值5％～10%。。反应曲线线法对象的反反应曲线线，就是是对象在在阶跃干干扰下，，输出量量y随时时间t变变化的规规律。假假定在时时间t0之前，对对象处于于稳定工工况，输输入、输输出量都都保持在在某一稳稳定的初初始值上上，在t0时突然加加一个扰扰动量x0，然后保保持不变变，这就就是阶跃跃干扰。。在阶跃跃干扰作作用下，，对象输输出量y随时间间t的变变化规律律画成曲曲线，便便是对象象的反应应曲线。。23第一章工工业自动动化基本本概念矩形脉冲冲法当对象处处于稳定定工况下下，在时时间to突然加加一阶跃跃干扰，，幅值为为x0，到t1时突然除除去阶跃跃干扰，，这时测测得的输输出量随随时间的的变称曲曲线称为为对象的的矩形脉脉冲响应应特性，，而这种种干扰称称为矩形形脉冲干干扰。用用矩形脉脉冲干扰扰测取对对象特性性时由于于加在对对象上的的干扰经经过一段段时间后后被除去去，因此此干扰的的幅度可可以取得得比较大大，以提提高测试试精度。。对象的的输出量量又不致致于长时时间偏离离给定值值，对正正常生产产影响小小，所以以是一种种常用的的方法。。但测试试时往往往由于阀阀门的变变差而使使输入信信号不能能恢复至至原来的的数值，，而影响响测试精精度，而而且数据据处理要要比阶跃跃反应曲曲线法复复杂一些些。24第一章工工业自动动化基本本概念1.4基基本本调节规规律调节器总总是按照照人们事事先规定定好的某某种调节节规律动动作，这这些规律律都是长长期生产产实践的的总结；；调节器器可以具具有不同同的工作作原理和和各种各各样的结结构形式式，但是是它们的的动作规规律却不不外乎有有几种类类型。工工业上常常见的调调节器的的基本调调节规律律有：比例调节规律律积分调节规律律微分调节规律律比例积分调节规律比例积分微分调节规律25第一章工工业自动化化基本概念26第一章工工业自动化化基本概念27第一章工工业自动化化基本概念28第一章工工业自动化化基本概念29第二章自动化检测仪仪表新疆油田集输输培训班———储运自动化化技术30检测仪表是生生产自动化系系统的最基础础、最重要的的组成部分之之—，其可靠靠性和精度直直接影响系统统工作的可靠靠性和技术性性能。熟悉检检测仪表的工工作原理对正正确地选择、、合理地使用用和维护仪表表以及正确地地设计自动化化系统冶重要要意义。由于油气储储运系统输输送介质的的物理化学学性质、成成份、高压压大排量及及所使用设设备等方面面的特点、、使得油气气储运系统统(特别是是油气长输输管道)自自动化系统统中所使用用的检测仪仪表与一般般生产过程程相比有一一定特点或或特殊要求求。这里里主主要要介介绍绍储储运运系系统统中中常常用用的的温温度度、、压压力力、、流流量量、、液液位位、、分分析析及及其其它它类类型型的的选选择择仪仪表表。。第二二章章自自动动化化检检测测仪仪表表312.1油油气气储储运运检检测测仪仪表表的的特特点点和和分分类类组组成成特点点(1)油油气气的的成成份份复复杂杂，，有有些些成成份份具具有有腐腐蚀蚀性性，，因因此此，，要要求求所所用用仪仪表表材材质质有有相相应应的的耐耐腐腐蚀蚀性性能能。。(2)油油气气中中或或管管线线腐腐蚀蚀所所形形成成的的杂杂质质，，可可能能会会堵堵塞塞仪仪表表，，因因此此，，要要求求仪仪表表或或其其附附属属部部件件有有一一定定的的抗抗堵堵和和消消除除堵堵塞塞的的功功能能。。(3)输送压压力和排量都都较大，要求求仪表有较高高的承压能力力和较大的动动态工作范围围。(4)油气气是易燃易爆爆物，因此，，要求仪表必必须符合防爆爆等级要求。。(5)许多多储运系统的的管线或场站站通过气候和和地理环境非非常恶劣的地地带，这些地地方的仪表或或场站是无人人值守的，因因此，要求仪仪表有很高的的可靠性。管道上需要检检测的过程变变量主要有压压力、温度、、流量、液位位和成份量(原油含水量量、密度、烟烟气含氧量及及油、气中各各种成份的含含量等)，此此外还有泵、、压缩机、电电机(或柴油油机、燃气轮轮机)的转速速、振动量及及电压、电流流等。第二章自自动化检测测仪表32第二章自自动化检测测仪表组成和分类组成传感器：传感器也称称检测元件、、敏感元件，，其作用是感感受被测量的的变化，并转转换成与之成成单值函数关关系的输出信信号。变送器：变送器的作作用是将传感感器的输出信信号转换成统统一标准信号号，送给显示示器或其它仪仪表和控制装装置。显示器：显示器的作作用是向观察察者显示被测测量数位的大大小，有指示示、数字、屏屏幕三种形式式。33第二章自自动化检测测仪表分类按被测量不同同分类：分为温度、、压力、流量量、液位、成成份、转速、、位移、振动动、电压、电电流及功率等等仪表。按输出信号不不同分类：分为模拟量量（电压或电电流）、数字字量（含开关关量、频率量量、数字量））等仪表。按显示不同分分类方式：分为指示式式、记录式、、累积式、远远传式、信号号式等仪表。。按所使用能源源不同分类：分为电动式式、气动式、、液动式等仪仪表。检测仪表的防防爆问题342.2温温度检测仪表表温度是是表征征物体体冷热热程度度的物物理量量。在在输油油、气气生产产过程程中，，温度度是关关键性性的测测量参参数之之一。。在油气气管道道上，，温度度检测测仪表表均采采用接接触式式。现现场就就地指指示仪仪表选选用金金属温温度计计居多多，玻玻璃温温度计计采用用较少少。远远传的的温度度检测测仪表表选用用热电电偶、、热电电阻(或温温度变变送器器)，，特别别是热热电阻阻(例例如铂铂热电电阻)应用用最广广。第二章自自动化检检测仪表表35接触式温温度仪表表第二章自自动化检检测仪表表36第二章自自动化检检测仪表表双金属温温度仪表表原理、双双金属温温度信号号器特点：测测量范围围大，体体积小，，结构简简单，示示值清晰晰，具有有一定抗抗振性能能，适合合一般无无腐蚀性性气液介介质温度度的就地地连续测测量，但但精度不不高。37第二章自自动化检检测仪表表热电偶温温度仪表表特点：热电偶温温度计是是基于热热电效应应这一原原理测量量温度的的，它的的测温范范围很广广，可测测量生产产过程中中0～1600℃范围内液液体、蒸蒸汽和气气体介质质以及固固体表面面温度。。这类仪仪表结构构简单、、使用方方便、测测温准确确、可靠靠，便于于远传、、自动记记录和集集中控制制。38第二章自自动化检检测仪表表组成：热电偶测测温系统统主要由由三部分组组成：热电偶、、测量仪仪表和导导线。其其中，热热电偶是是必不可可少的测测温元件件，它是是由两种种材料不不同的导导体A和和B焊接接而成。。焊接的的一端插插入被测测介质中中，感受受被测温温度，称称热电偶偶工作端端(或称称热端)，另一一端与导导线连接接称为自自由端(或称冷冷端)；；测量仪仪表是用用来检测测热电偶偶产生的的热电势势信号的的，可以以采用动动圈仪表表或电位位差计；；导线用用来连接接热电偶偶与测量量仪表。。39第二章自自动化检检测仪表表热电阻温温度仪表表测温元件件是热电电阻，其其原理是是利用金金属热电电阻的电电阻值随随温度的的改变而而改变的的特性进进行温度度测量的的。当温度发发生变化化时，热热电阻发发生变化化，通过过测量电电桥转换换成电压压或电流流信号，，然后送送至显示示仪表以以指示或或记录被被测温度度。常用用的铂热热电阻和和铜热电电阻。光纤光栅栅温度应应变传感感器光纤传感感是一种种崭新的的传感技技术。光光纤光栅栅是近几几年发展展最为迅迅速的光光纤无源源器件。。它是利利用光纤纤材料的的光敏性性，在光光纤纤芯芯内形成成空间相相位光栅栅，从而而在纤芯芯内形成成一个窄窄带（透透射或反反射）滤滤波器。。利用光光纤光栅栅可制成成用于检检测应力力、应变变、温度度等诸多多参量的的光纤传传感器，，其中光光纤测量量温度和和压力较较为成熟熟。特点：不不受任何何电磁干干扰，并并且安全全防爆、、可靠，，可以在在恶劣的的环境下下对形状状复杂的的温度场场进行实实时快速速的检测测和定位位，且具具有多点点分布式式检测及及传输为为一体的的优点。。40第二章自自动化检检测仪表表温度变送送器DWB型型温度变变送器，，能与常常用的各各种热电电偶和热热电阻配配合，将将某点温温度或温温差转换换成统一一的电流流（4-20mA）或或电压信信号(1-5V)，属属于DDZ－Ⅲ型电动动单元组组合式检检测控制制仪表中中的变送送器类。。其总体体结构如如下图。。方框中中空心箭箭头表示示供电回回路，实实线箭头头表示信信号回路路。变送送器在线线路结构构上分为为量程单单元和放放大单元元。现在已经经有利用用集成电电路技术术，把变变换电路路做成小小型模件件，安装装在铂电电阻或热热电偶的的接线盒盒内的变变送器，，可直接接输出4－20mADC的的统一信信号，直直接安装装在现场场，使用用非常方方便。41第二章自自动化检检测仪表表温度检测测仪表的的选择与与安装温度检测测仪表测测量范围围的选择择正常测量量值在仪仪表测量量范围上上限的2/3左左右，最最高不压压超过90%。。要求以以标准信信号传输输的场合合，应选选用温度度变送器器，一个个测量点点需要两两地显示示或要求求备用时时，应选选用双支支式检测测元件。。测温元件件的安装装在测量管管道温度度时，应应保证测测温元件件与流体体充分接接触，以以减少测测量误差差，因此此要求安安装时测测温元件件应迎着着被测介介质流向向插入，，至少须须与被测测介质正正交；测测温元件件应处于于管道中中流速最最大处；；油罐上上安装的的温度计计，其长长度不宜宜小于500mm，安安装位置置应高于于油罐加加热盘管管600mm。422.3压压力力检测仪仪表压力检测测仪表按按其作用用可分为为液柱式式、弹性性式、压压力传感感式与活活塞式四四类。用用于油气气储运过过程检测测的主要要有弹性性式和传传感式。。第二章自自动化检检测仪表表43第二章自自动化检检测仪表表压力检测测仪表的的选择与与安装（1）仪仪表类型型和精度度的选用用必须满满足生产产工艺的的要求，，需要在在控制室室内显示示的压力力仪表一一般选用用压力变变送器。。（2）测量量范围的选选择：测量量稳定的压压力时，正正常操作压压力值应在在仪表测量量范围上限限值的2/3-1/3；测量量脉动压力力(如泵、、压缩机和和风机等出出口压力)时，正常常操作压力力值应在仪仪表测量范范围上限值值的1/2-1/3；测量高高、中压力力(＞4MPa)时时，正常操操作压力位位不应超过过仪表测量量范围上限限值。44第二章自自动化化检测仪表表（3）安装装要求：取取压点要在在被测介质质直线流动动的管段部部分，不要要选在管路路拐弯、交交叉、死角角、或其它它易形成游游涡的地方方；测量流流动介质时时，应使取取压点与流流动方向垂垂直，测量量液体压力力时，取压压点应在管管道下部；；测量气体体压力时，，取压点应应在管道上上部。测量量低压的压压力表或变变送器的高高度，宜与与取压点的的高度一致致，就地安安装的压力力表，不应应固定在扳扳动较大的的工艺设备备或管道上上；测量高高压的压力力表安装在在操作岗位位附近时，，宜距地面面1.8m以上或在在仪表正面面加保护罩罩。452.4流流量检测测仪表差压式流量量计容积式流量量计涡轮式流量量计超声波流量量计质量流量计计流量开关流量检测仪仪表的辅助助设备：过过滤器、消消气器等。。流量检测仪仪表的选用用第二章自自动化化检测仪表表462.5液液位检测测仪表分为直读式式、浮力式式、电气式式、声波式式、核辐射射式、雷达达式等。2.6过过程分析析仪表分析仪表主主要用来分分析介质中中各种组份份的含量，，分析结果果可以供显显示、报警警或参与闭闭环控制。。过程分析析仪表的特特点是专用用性强，每每种分析仪仪的适用范范围都很有有限，同一一类分析，，即使具有有相同的测测量范围，，但由于待待侧的试样样的背景不不同，并不不—定适用用。油气处理和和输送工艺艺中过程分分析仪表种种类很多，，如测量油油品密度粘粘度的密度度计粘度计计，测天然然气成份的的色谱仪，，H2S分析器，，原油含水水分析器，，氧分析仪仪，露点仪仪和可燃气气体报警器器等等。第二章自自动化化检测仪表表47第三章自动调节系系统介绍新疆油田集集输培训班班——储运运自动化技技术48所谓简单调节节系统是指出出一个变送器器、一个调节节器、—个调调节阀和一个个对象构成的的闭环调节系系统。因此也也称为单回路路调节系统。。简单调节系系统在储运自自动化中应用用很多，例如如大型油气处处理联合站，，简单调节系系统多达100多个。本章将介绍简简单调节系统统的调节方案案设计、工艺艺控制流程图图的画法、调调节器的参数数整定方法、、简单调节系系统的投运等等有关知识。。第三章自自动调节系系统介绍493.1调调节方案设计计包括：被调参参数的选择、、调节参数的的选择、仪表表的选择。被调参数的选选择自动调节系统统是为生产过过程服务的，，被调参数的的选择和工艺艺生产密切相相关。根据工工艺生产要求求选择被调参参数有两个途途径：一是以工艺控制指指标(温度、、压力、流量量、液位等)为被调参数数的，称为直直接指标控制制；二是工艺按质量指指标进行操作作时，照理应应以质量指标标作为直接指指标进行控制制，但由于目目前尚缺乏各各种合适的获获取质量信号号的仪表，即即使能够取得得信号让很微微弱，而且需需要进行再放放大相处理，，几经转换测测量滞后必然然很大，只好好采用间接指指标控制，一一般取与直接接质量指标有有单值关系而而反应快的参参数，如温度度、压力、流流量等间接指指标为被调参参数，这是目目前切实可行行的方法。第三章章自自动调调节系系统介介绍50被调参参数的的选择择原则则要正确确地选选取被被调参参数，，必须须了解解工艺艺过程程和工工艺特特点对对控制制的要要求，，选择择被调调参数数的原原则如如下：：(1)尽尽量采采用直直接指指标作作为被被调参参数。。(2)当当无法法获得得直接接指标标信号号，或或其测测量和和变送送信号号滞后后很大大时，，可选选择与与直接接指标标有单单值关关系的的间接接指标标作为为被调调参数数。(3)作作为被被调参参数，，必须须能够够获得得测量量信号号并有有足够够大的的灵敏敏度。。(4)选选择被被调参参数，，必须须考虑虑工艺艺合理理性和和国内内仪表表产品品现状状。(5)被被调参参数应应是独独立的的可调调的。。第三章章自自动调调节系系统介介绍51调节参参数的的选择择当被调调参数数确定定以后后，接接着就就要考考虑影影响被被调参参数波波动的的干扰扰因素素有哪哪些，，采用用什么么手段段去克克服，，选用用哪个个参数数去克克服干干扰最最有效效，最最能使使被调调参数数回到到给定定值上上。我我们经经常把把这个个被选选择来来克服服干扰扰的参参数称称为调调节参参数。。调节节参数数最多多见的的是流流量参参数。。干扰变变量是是由干干扰通通道施施加到到对象象上，，起着着破坏坏作用用，使使被调调参数数偏离离给定定值。。调节节参数数由调调节通通道施施加到到对象象上，，使被被调参参数回回复到到给定定值上上，起起着校校正作作用。。这是是一对对矛盾盾的变变量，，它们们都与与对象象特性性有密密切关关系。。所以以，在在调节节参数数的选选择时时，要要认真真分析析对象象的特特性。。第三三章章自自动动调调节节系系统统介介绍绍52调节节参参数数的的选选择择原原则则根据据被被调调对对象象的的特特性性，，按按如如下下原原则则选选择择调调节节参参数数：：(1)在在简简单单调调节节系系统统中中，，理理想想情情况况是是要要求求对对象象调调节节通通道道放放大大倍倍数数要要适适当当大大，，时时间间常常数数要要适适当当小小，，滞滞后后时时间间最最小小，，使使调调节节作作用用更更为为有有效效。。(2)对对象象的的干干扰扰通通道道时时间间常常数数应应尽尽可可能能的的大大，，放放大大倍倍数数尽尽可可能能小小，，使使干干扰扰作作用用点点尽尽量量靠靠近近调调节节阀阀，，加加大大对对象象干干扰扰通通道道的的容容量量滞滞后后，，减减小小对对被被调调参参数数的的影影响响。。(3)在在确确定定被被调调参参数数后后，，对对对对象象进进行行干干扰扰分分析析，，找找出出能能使使被被调调参参数数发发生生变变化化的的所所有有干干扰扰。。由由于于调调节节阀阀只只能能调调节节流流量量参参数数，，所所以以在在众众多多干干扰扰中中再再找找出出流流量量干干扰扰参参数数，，在在这这些些流流量量干干扰扰参参数数中中，，找找出出对对被被调调参参数数影影响响最最大大，，滞滞后后最最小小，，灵灵敏敏度度最最高高的的一一个个作作为为调调节节参参数数。。(4)在在选择调调节参数数时，还还要考虑虑到工艺艺的合理理性与生生产的经经济性，，尽可能能地降低低物料与与能量的的消耗。。(5)所所选择的的调节参参数在工工艺上是是允许变变化的。。第三章自自动调节节系统介介绍53调节参数数的选择择示例第三章自自动调节节系统介介绍被调参数数T方案一调调节q1方案二调调节q2方案一调调节q354调节仪表表的选择择在选择了了被调参参数、调调节参数数后，再再选择单单元组合合仪表，，便可以以组成一一个简单单调节系系统。现现今常用用有DDZ－Ⅱ、DDZ－Ⅲ型电动单元组组合仪表，也也有采用DDZ－Ⅱ、、DDZ－ⅢⅢ型仪表与气动动调节阀混用用。根据现场场的具体情况况，在易燃易易爆场合可选选用DDZ－－Ⅲ型较好。。单元组合仪表表确定以后，，主要对调节节器、变送器器、调节阀进进行选择。调节器的选择择调节规律的选选择（1）比例调调节器适用于于调节通道滞滞后较小，负负荷变化不大大，工艺上没没有提出无静静偏差的要求求的系统。如如中间储罐的的液位，精馏馏塔液位以及及不太重要的的蒸汽压力调调节系统等。。第三章自自动调节系系统介绍55（2）比例积积分调节器使使用最多，应应用最广泛。。它适用于调调节通道滞后后较小，负荷荷变化不大，，工艺参数不不许存在静偏偏差的调节系系统，如流量量、压力和要要求严格的液液位调节系统统。（3）比例积积分微分调节节器适用于容容量滞后较大大，负荷变化化大，调节质质量要求高的的调节系统。。目前较多的的应用在温度度调节系统。。调节器正反作作用的选择调节器装有实实现正、反作作用的开关，，当选正作用用调节器时，，将开关打向向“正”，选选反作用调节节器时，将开开关打向“反反”即可。调调节器正、反反作用的选择择要与调节阀阀气开或气关关的选择以及及调节对象作作综合考虑，，最终要构成一一个负反馈系系统。第三章自自动调节系系统介绍56调节器正反作作用的选择示示例1调节器反反作用－调节阀气关关式2调节器正正作用－调节阀气开开式第三章自自动调节系系统介绍57变送器的选择择与安装变送器是调节节系统的“眼眼睛”，也是是系统进行调调节作用的依依据。所以，，要求它能准准确地、及时时地反映被调调参数的状况况。假如测量量不准确，则则会产生失调调或误调，影影响之大不容容忽视。变送器的量程程选择，首先先要根据生产产工艺的要求求，得到被调调参数的给定定值，然后，，取给定值的的(1.5～2.0)倍为为所选的变送送器量程，最最后查找有关关厂家仪表产产品目录来选选定。目前，，工厂制造的的变送器大多多数是线性的的，即变送器器的输出与输输入之间成正正比例关系，，惯性小，出出厂时经过严严格调整，所所以测量变送送的特性问题题集中在测量量元件上，在在设计调节系系统时，需认认真考虑测量量元件的特性性及安装点的的选择对调节节过程的影响响及解决办法法。第三章自自动调调节系统介介绍58测量元件安安装点选择择不合适会会带来纯滞滞后，称为为测量滞后后。第三章自自动调调节系统介介绍(1)测量量的传递滞滞后在在使用气动动单元组合合仪表时比比较明显，，对于电动动单元组合合仪表可忽忽略不计。。实现集中中控制后，，调节器安安装在控制制室内，而而变送器、、调节阀安安装在现场场设备上，，它们之间间有相当远远的距离，，气压信号号从变送器器至调节器器之间的传传递就产生生了滞后。。(2)测温温元件的测测量滞后测测温元元件插入温温度介质中中，由于存存在传热阻阻力和热容容，元件本本身具有一一定的时间间常数，而而造成测量量滞后。59测温元件时时间常数对对被调参数数的影响如如图所示。。第三章自自动调调节系统介介绍被调参数y,测量值值z，分三三种情况。。如果不减减小时间常常数，则调调节系统测测定的是一一个失真信信号，调节节质量得不不到保证。。为了减小小时间常数数，常采用用快速热电电偶代替工工业用热电电偶和温包包。另外在在调节器中中引入微分分作用，以以补偿测量量滞后引起起的动态误误差。603.2工工艺流程程的控制图图执行标准：：《过程检测测和控制流流程图用图图形符号和和文字代号号》GB/T2625-1981文字符号第三章自自动调调节系统介介绍61图形符号第三章自自动调调节系统介介绍62图形符号第三章自自动调调节系统介介绍633.3调调节参数数的工程整整定调节系统的的过渡过程程，与调节节对象的特特性、干扰扰形式和大大小、调节节方案的确确定以及调调节器参数数的整定有有着密切的的关系。对对象特性和和干扰情况况是受工艺艺操作和设设备特性限限制的。在在确定调节节方案时，，只能尽量量设计合理理，并不能能任意改变变它。一旦旦方案确定定之后，对对象各通道道的特性就就已成为定定局，这时时调节系统统的调节质质量只取决决于调节器器参数的整整定了。所谓调节器器参数整定定，就是求求取最好的的过渡过程程中调节器器的比例度度δ、积分时间间TI、微分时间间TD具体数值的的工作。第三章自自动调调节系统介介绍64调节器参数数整定大致致有两类方方法：(1)一一类是理论论计算整定定法，如频率特性性法、根轨轨迹法等。。这些方法法都要获得得对象的动动态特性，，由于对象象特征复杂杂，其理论论推导和实实验测定都都比较困难难：有的不不能得到完完全符合实实际对象特特性的资料料；有的方方法繁琐，，计算麻烦烦；有的采采用近似方方法而忽略略了—些因因素。因此此，最后所所得数据可可靠性不高高，还需要要拿到现场场去修改。。这类方法法在工程上上多不采用用。(2)另另一类是工工程整定的的方法。就是避开对对象特性曲曲线和数学学描述，直直接在调节节系统中进进行整定。。其方法简简单，计算算简便，容容易掌握。。用这类方方法所得调调节器的参参数不一定定是最佳参参数，但是是相当实用用，可以解解决一般实实际问题。。第三章自自动调调节系统介介绍65工程上调节节器参数整整定的常用用方法包括括：(1)经经验凑试法法(2)临临界比例度度法(3)衰衰减曲线法法第三章自自动调调节系统介介绍663.4调调节系统统的投运调节系统的的投运，是是调节系统统投入生产产实现自动动控制的最最后一步工工作。无论论选用什么么样的仪表表装置，调调节系统的的投运步骤骤大致为：：准备工作熟悉工艺过过程，了解解主要工艺艺流程，主主要设备的的功能，控控制指标和和要求，以以及各种工工艺参数之之间的关系系；熟悉控控制方案，，全面掌握握设计意图图；熟悉各各调节方案案的构成，，对测量元元件和调节节阀的安装装位置，管管线走向，，测量参数数和调节参参数，介质质的性质等等都要心中中有数；熟熟悉调节仪仪表的工作作原理和结结构，掌握握调校技术术，整定好好调节器的的比例度δδ、积分时时间TI、微微分分时时间间TD三参参数数；；对对测测量量元元件件及及变变送送器器，，调调节节器器、、调调节节阀阀、、记记录录仪仪等等仪仪表表进进行行全全面面检检查查，，尤尤其其对对气气源源、、气气管管路路进进行行试试漏漏检检查查。。投运工作作准备工作作完毕，，先投运运变送器器，观察察其测量量指示是是否准确确，用手手动操作作控制被被调参数数使之稳稳定在给给定值附附近，然然后将手手动转向向自动，，实现自自动操作作。第三章章自自动调调节系系统介介绍67第四章章储运常常见系系统的的调节节方案案新疆油油田集集输培培训班班———储运运自动动化技技术68第四章章储储运常常见系系统的的调节节方案案4.1定定值值调节节系统统定值调调节系系统是是由一一台调调节器器、一一台变变送器器和一一台调调节阀阀及对对象组组成的的简单单的调调节系系统。。它的的特点点是：：由工工艺的的具体体要求求确定定被调调参数数的给给定值值，给给定值值一旦旦确定定就不不再变变化，，而自自动调调节系系统不不断克克服各各种干干扰，，使被被调参参数始始终稳稳定在在工艺艺要求求的给给定值值上。。69第四章章储储运常常见系系统的的调节节方案案油罐、、缓冲冲罐、、水罐罐液位位调节节方案案70第四章章储储运常常见系系统的的调节节方案案加热炉炉、换换热器器的温温度调调节方方案（1））加热热炉被调参参数为为原油油出口口温度度，调调节对对象为为加热热炉，，调节节参数数为燃燃料流流量q1。采用用热电电阻式式温度度变送送器，，调节节器选选反作作用，，调节节阀选选气开开式。。（2））换热热器被调参参数为为物料料出口口温度度，调调节对对象为为换热热器，，调节节参数数为蒸蒸汽流流量。。采用用热电电阻式式温度度变送送器，，调节节器选选正作作用，，调节节阀选选气关关式。。71第四章章储储运常常见系系统的的调节节方案案储气罐罐、分分离器器的压压力调调节方方案（1））储气气罐采用回回流调调节方方案，，目的的使储储气罐罐的压压力稳稳定，，保证证储气气罐的的安全全。被被调参参数为为压力力p，，调节节对象象为左左边储储气罐罐，调调节参参数为为回流流量q。采采用压压力变变送器器测定定压力力，调调节器器选正正作用用，调调节阀阀选气气关式式。72第四章章储储运常常见系系统的的调节节方案案（2））分离离器压压力、、液位位调节节方案案图中PC为为分离器顶顶部气体压压力调节系系统。被调调参数为分分离器顶部部气体压力力，调节对对象为分离离器，调节节参数为分分离器输出出气体流量量。采用压压力变送器器测定压力力，调节器器选反作用用，调节阀阀选气关式式。LC为分离离器内液位位调节系统统，被调参参数为分离离器的液位位，调节对对象为分离离器，调节节参数为分分离器底部部液体排出出量。采用用差压变送送器测定液液位，调节节器选正作作用，调节节阀选气开开式。73第四章储储运常见见系统的的调节方方案离心泵流流量调节节方案（1）出出口流量量调节方方案（2）调调节旁路路流量方方案（3）调调节转速速方案74第四章储储运常见见系统的的调节方方案离心泵组组过载控控制系统统75第四章储储运常见见系统的的调节方方案往复泵流流量调节节方案（1）改改变转速速流量调调节方案案（2）调节旁旁路流量方案案76第四章储储运常见系系统的调节方方案4.2原油稳稳定装置的调调节方案工艺流程自动检测部分分流量的测量（（FI-101FI-102FI-103FI-104）温度的测量（TI-101TI-102TI-103TI-104）自动调节系统统包括：TC-101TC-102TC-103LC-101LC-102LC-103PC-101PC-102如图所示77第四章储储运常见系系统的调节方方案78第五章油气管道的SCADA系系统新疆油田集输输培训班———储运自动化化技术79长距离油气管管道运行调度度难度大，采采用计算机数数据采集和监监测控制系统统进行生产管管理是管道自自动控制的基基本模式。目前，SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition)系统一般由由设在管道控制中心心的小型计算机机或服务器通通过数据传输输系统对设在在泵站、计量量站或远控阀阀室的可编程序控制制器PLC定期进行查询询，连续采集集各站的操作作数据和状态态信息，并向向PLC发出出操作和调整整设定值的指指令。这样，，中心计算机机对整个管道道系统进行统统一监视、控控制和调度管管理。各站控控系统的核心心是可编程序序控制器PLC，它们与与现场传感器器、变送器和和执行器或泵泵机组、加热热炉的工业控控制计算机等等连接，具有有扫描、信息息预处理及监监控等功能，，并能在与中中心计算机的的通信一旦中中断时独立工工作，站上可可以做到无人人值守。SCADA系统统是一种可靠靠性高的分布布式计算机控控制系统。第五章油油气管道SCADA系系统805.1SCADA系统统的组成组成PLC或RTU控制中心和站站控计算机系系统网络及通信系系统应用软件特点现代SCADA系统是一一种集散型控制系统。其其控制层次通通常分为三级级：控制中心级(DCC)站控级(SCS)设备控制级(直接控制级级，DDC)第五章油油气管道SCADA系系统81自动化仪表检测仪表由传感器、变变送器、显示示器三大功能能部件和传输输通道组成。。包括：压力力、温度、流流量、液位、、过程分析检检测仪表以及及振动、热值值测量仪表、、清管器指示示器、火焰检检测器、可燃燃气体检测器器、火灾检测测器等。各类阀门和执执行机构阀门包括在液液体或气体管管道上可使流流体转向、开开启、闭合、、调节的各种种类型和结构构的装置。各类调节阀（（气动薄膜执执行机构、电电动执行机构构）开关型阀（闸闸阀、球阀，，电机驱动、、活塞式、手手轮等执行机机构）按应用场合，，还包括：单单向阀、泄压压阀、线路截截断阀第五章油油气管道SCADA系系统825.2调度控制中心心（简称DCC,主主站）其实质是指收集远程终端端所有数据并并以工艺流程程的形式显示示的计算机系系统。其主机也称HOST，当当操作员需对对远端设备操操作时，可通通过这套计算算机系统向相相关PLC或或RTU发出出指令，用来来启或停泵及及压缩机，改改变控制设定定值，开或关关管道阀组等等。基本功能：收集远程装装置的数据和和实现远程操操作控制，以以及对有关组组合、解释、、显示运行信信息的操作。。辅助功能：累计历史数数据、计划、、调度、编制制管理报表等等。第五章油油气管道SCADA系系统83控制中心的的的核心是其主主计算机，按按冗余（双机机）方式配置置，双机互为为热备用。主主机可以与控控制中心的操操作员控制台台及站场的PLC进行通通信。控制中中心的操作员员能在控制台台通过带鼠标标的显示终端端监视系统运运行状态，向向PLC发出出操作命令，，实现对管道道的远距离控控制。该系统统的外围设备备均可为两台台主机共享。。正常时，主主机实时把数数据备份到备备用计算机的的内存储器中中，一旦在线线主机发生故故障，主机自自动脱离在线线控制，由备备用机代之，，外围设备也也自动切换到到备用机上。。这种切换也也可手动进行行，以便定期期维护主机和和相关设备。。主机系统中还还装有一台或或几台以微处处理机为核心心的工程师终终端，用来进进行程序的开开发，工程计计算和管理等等。它可以与与备用主机共共用文件。第五章油油气管道SCADA系系统84一台主机可以以与多台PLC进行通信信并对其进行行控制。主机机监控PLC的数量，取取决于主机的的运行速度和和存储容量大大小。另外，对于区域性管管网系统，区域内的每每条管道不一一定都设控制制中心，位于于总调度室的的主机可以实实现对多条管管道的监控。。近年来随着着通讯技术的的发展，长输输管道控制呈呈现区域化、、集中管理的的趋势。位于于河北廊坊的的中国石油管管道调度控制制中心由计算算机群管理所所属的多条油油气管道，其其中的每台计计算机都能够够切换到某一一管道，对于于处于重点、、热点的某管管道能够同时时用多台计算算机进行全线线各站的监控控。第五章油油气管道SCADA系系统855.3站站控控系系统统（（简简称称SCS））指各各站站的的中中央央控控制制系系统统，，它它除除了了要要对对站站内内重重要要设设备备的的控控制制系系统统进进行行监监控控和和协协调调外外，，还还要要完完成成与与主主站站通通信信等等其其它它功功能能。。其其结结构构分分为为点点对对点点结结构构（（星星型型结结构构））和和多多点点结结构构（（总总线线型型结结构构））站控控系系统统一一般般由由主主控控制制器器、、紧紧急急停停车车控控制制器器、、通通信信网网络络接接口口、、火火焰焰及及可可燃燃气气体体探探测测器器、、二二次次仪仪表表及及调调节节器器组组成成，，其其通通过过现现场场的的检检测测仪