武理工油气储运工程专业油气集输实验指导

（油气储运工程专业使用）实验目录一、实验目的…………二、实验内容三、实验一管道输送流量、压力和温度测试实验3.1实验目的…………3.2实验设备与实验原理……………3.2.1实验设备……………………3.2.2实验原理……………………3.3实验装置及流程…………………3.3.1实验装置…………………3.3.2实验流程…………………3.4实验步骤…………四、实验二原油泵站仿真培训系统4.1系统组成………4.2仿真培训系统的运行…………4.3系统仿真操作…………………五、实验报告5.1原油泵站仿真培训系统实验报告……5.2两相流实验报告…………油气集输实验指导一、实验目的油气集输研究的主要对象是油、气田生产过程中原油及天然气的收集和输送问题。通过本课程的实验教学，可使学生对集输工艺元件的结构特点以及有关工艺流程有一定了解；能利用相关工艺软件编程计算部分冷凝和部分汽化、露点与泡点、节流制冷工艺、膨胀制工艺；掌握乳状液的鉴别和含水量的测定、气液两相流流型的测定、气液两相流参数的测定方法；通过在仿真计算机终端模拟实施改变某一站的工艺控制参数、给定值、泵组合，启停泵、开关阀门、倒流程等操作训练，让学生对抽象的理论知识有一个感性的认识，进一步提高基本实验技能，训练学生实际动手能力。二、实验内容1.集输工艺元件实验由教师讲解SJT-88型精馏塔装置、列管式换热器、XFQ-88旋风式分离器、TST填料吸收塔、过滤器等仪器设备，掌握气体的脱水（甘醇）、甘醇的再生、气体中机械杂质的分离等工艺流程。2.轻烃回收上机实验通过相关工艺计算软件，学生使用计算机编程开展部分冷凝和部分汽化、露点与泡点的计算、节流制冷工艺计算、膨胀制工艺计算，使学生对课本理论知识得到进一步加深。实验仪器：。3.乳状液的鉴别和含水量的测定利用显微镜、汽轮机油破乳时间测定仪、离心机等仪器设备对乳状液的类型进行鉴别、破乳，同时开展乳状液含水量的测定。实验仪器：。4.两相流模拟实验利用两相流实验台架开展气液两相流流型的测定、气液两相流参数的测定。5．原油泵站仿真培训系统在仿真计算机终端实施改变某一站的工艺控制参数、给定值、泵组合，启停泵、开关阀门、倒流程等操作；设计各种事故工况，实施操作，训练对事故工况的处理能力；演示各种水击事故超前保护运作过程等。三、实验一两相流模拟实验3.1实验目的1.了解电阻式应变压力传感器、热电阻温度变送器和电磁流量计的工作原理。2.了解数据采集的基本原理,包括采样、量化和编码一系列的A/D转换过程。3.测定主泵工作在不同频率下管道的流量。4.测定当前环境温度。5.测定主泵工作在不同频率下管道上的10个压力取样点的值，并分析管道特性曲线。3.2实验设备与实验原理3.2.1实验设备（1）水池。内径ф2.5m，高1.8m，中间设有ф1m的圆桶；（2）管道。长度为150m，直径为120mm，包括两段长为1m的透明玻璃管；（3）主泵。型号为100LXLN-115-19，功率为15KW，转速1450转/分，总扬程19m，流量为115m3/h；（4）数据采集系统。包括各类型的传感器、LU-906M智能调节仪、XSJ流量积算仪和计算机等；表1系统传感器列表检测量传感器类型工作电压精度压力JYB-KO-HAG型压力/液位变送器24V（DC）±0.5%F.S温度JWB/pt100一体化温度变送器24V（DC）±0.5%液体流量KTLDE-125-103智能电磁流量计220V（AC）±0.5%3.2.2实验原理（1）压力变送器电阻应变式传感器是根据弹性元件在应力拉伸作用下发生应变而使电阻改变的原理制成的。它的阻值变化与其物理性质的关系如式（1）（1）式中，为材料的泊松比，为电阻率，K代表应变灵敏系数，即每单位应变引起的阻值相对变化量。作为测量应变的敏感元件，K越大越好。忽略影响小的项可得材料的灵敏系数分别为和。其中为压阻系数，E为材料的弹性模量。由于、、E都是常数。由此可见电阻的变化量与应变（压力）成正比，因此可根据阻值来测压力。电阻式传感图1电阻式压力传感器测压原理器测压原理如图1所示，其中应变电桥由恒流源供电，当传感器上无压力时，R1=R2=R3=R4，左右桥臂的电流相等，即I1=I2。有压力时R4减小，R2增大，因I2不变导致b点电位升高；同时R3增大，R1减小，引起a点电位下降；ab间的电压反应了压力的大小。JYB-KO-HAG型压力/液位变送器的工作原理是利用单晶硅的压阻效应，在单晶硅膜片上扩散一个惠斯登电桥，被测压力通过隔离膜片和灌充的硅油传送到敏感元件上，由于压阻效应，四个桥臂电阻的阻值发生变化，电桥失衡，敏感元件输出端就有一个对应于压力变化的信号输出。此信号经由IC放大电路和信号调理电路，输出一个4-20mA的电流信号。（2）温度变送器热电阻或热敏电阻都是利用材料的电阻对温度敏感的特性制成的电阻温度传感器，在工业中被广泛应用。与热电偶相比，在低温区域，热电阻产生的电动势较大，测量精度较高，而且不存在冷端补偿问题。JWB一体化温度变送器是一种接触式测量温度的现场用仪表，通常与其相应的二次仪表或计算机采集测量系统配套使用,可准确测量生产工作过程中各种介质或物体的温度（使用范围

-200℃～1600℃）。

JWB一体化温度变送器是在装配式温度传感器的防水或隔爆接线盒内装入放大变送模块，与传感器连接形成一体化，输出标准4～20mA

DC（两线制）。（3）液体流量计KTLDE型智能电磁流量计适用测量封闭管道中导电液体和浆液的体积流量，如洁净水、污水、各种酸碱盐溶液、泥浆、矿浆、纸浆以及食品主面的液体等。KTLDE型智能电磁流量计的测量原理是基于法拉第电磁感应原理定律，如图2所示，导电液体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中产生感应电势，其感应电热E为：（2）式中：--------仪表常数；--------磁感应强度；--------测量管道截面内的平均流速；--------测量管道截面的内径；

测量流量时，导电性液体以速度流过垂直于流动方向的磁场，导电性液体的流动感应出一个与平均流速成正比的电压，其感应电压信号通过二个或二个以上与液体直接接触的电极输出，并通过电缆送至转换器通过智能化处理，然后通过LCD显示和转换成标准信号4～20mA或0～1kHz输出。图2电磁流量计工作原理（4）数据采集基本原理“数据采集”是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集、转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。数据采集基本原理是将连续时间信号转换为离散数字信号，包括采样、量化和编码，通常称为A/D转换过程，其工作原理如图3所示。采样采样量化编码模拟信号采样脉冲序列数字信号图3A/D转换过程①采样——或称之为抽样，是利用采样脉冲序列，从连续时间信号抽取一系列离散样值，使之成为采样信号的过程，0，1，2，……，N；称为采样间隔；称为采样频率。采样频率可由采样定理确定，即设采样信号的频率为，输入模拟信号的最高频率分量的频率为，则与必须满足式（3）的关系：（3）一般取。②量化——又称幅值量化，把采样信号经过舍入的方法变为只有有限个有效数字的数，这一过程称为量化。若取信号可能出现的最大值为，令其分为个间隔，则每个间隔的长度，称R为量化增量或量化步长。当采样信号落在某一小间隔内，经过舍入的方法而变有限值时则产生量化误差。量化增量越大则量化误差越大，量化增量的大小称为分辨率。③编码——将离散幅值经过量化以后变为二进制数字，称为编码。编码器的输出为数字量D，即（4）式中，m、n为正整数，只能取“0”或“1”。3.3实验装置及流程3.3.1实验装置流程实验装置结构图如图4所示。试验台为一闭式循环系统，即主泵把流体从水池吸出，沿管道输送并最终排回水池中。设备正常运行时，各采样点的传感器把采样信号变为4-20mA的电信号，经各控制仪表和流量积算仪A/D转换后在仪表上显示，同时将数字信号送至RS485总线上，由RS485/RS232转换器从PC机的串口送入PC机中，实验数据由计算机自动记录到ACCESS数据库中，数据采集系统的框架图如图5所示。图4实验装置结构图3.3.2实验装置流程液体流量计液体流量计气体流量计智能仪表智能仪表压力变送器智能仪表RS485数据总线RS485/RS232转换器工控机RS485数据总线RS485/RS232转换器COM1COM2温度变送器智能仪表图5数据采集系统的框架图根据实验时间取出相应的实验数据进行处理。10个压力传感器的安装位置如下表：表2压力表安装位置压力表1压力表2压力表3压力表4压力表5距主泵（m）12.320.435.948.763.8压力表6压力表7压力表8压力表9压力表10距主泵（m）82.895111123.4138.63.4实验步骤1.熟悉实验装置的流程及流量、压力和温度的测定方法。2.检查水池中的水位，如水位低则开启进水阀向水池送水，保证主泵能正常工作。3.检查主泵轴承润滑情况，用手转动联轴节看其是否转动灵活。4.启动测控系统，注意控制柜中设备的启动时间比较长，从上电开始至少30S后设备才能正常运行。5.选择主泵的控制方式；如果选择手动控制，则只能通过操作台上的切换开关来调节主泵的运行频率；如果选择自动控制，则只能在计算机系统的界面上输入频率调节主泵运行频率。6.检查控制柜上的仪表和计算机上的数据采集界面能非党员正常显示环境温度。7.以50Hz的频率启动主泵，检查主泵是否能正常吸上流体，检查控制柜上的仪表是否能正常显示，并检查计算机系统的数据采集界面能否正常显示。8.调整主泵的运行频率，并记录实验时间，重复进行试验。9.按实验时间获取有效数据进行处理和分析。10.实验完成后，停止主泵，关闭计算机，关闭控制柜电源。11.做好清洁卫生工作。四、实验二原油泵站仿真培训系统4.1系统组成仿真培训系统是建立在计算机网络系统上的离线仿真模拟系统。它一般用一些工作站模拟现场的泵站、调度中心等，利用软件模拟管道在不同工况下的参数变化过程，学员在工作站上能看到与现场相同的现象。仿真教学具有直观、生动、安全、易于更新和维护的优点，更主要的是离线仿真能模拟在现场不允许出现的事故状态，还能演示现场看不到的不稳定工况的变化过程。仿真培训系统包括硬件平台、系统软件平台和仿真模拟系统软件等几个部分，它的硬件平台和系统软件平台基本上是通用的，对于不同的管道系统可以开发相应的仿真模拟软件，因此仿真教学的设备利用率高、适应性强。可使被培训人员可在仿真计算机终端实施改变某一站的工艺控制参数、给定值、泵组合，启停泵、开关阀门、倒流程等操作；培训教师可设计各种事故工况，由被培训人员实施操作，以训练其对事故工况的处理能力；可给被培训人员演示各种水击事故超前保护运作过程。本系统由七台电脑组成，一台电脑设为中控（服务器），其它六台电脑为各仿真泵站（分机）。各机通过局域网分配的固定IP地址相互识别，进行数据交换从而完成仿真。本仿真系统的软件平台是HoneywellScan3000工业组态软件。4.2仿真培训系统的运行运行仿真培训系统前，请先确定所有安装了系统程序的计算机处于运行状态（需要系统管理员身份登录），并且局域网是连通的。首先需要启动“控制中心”。一般情况下，Scan3000系统在安装完成后，已经随操作系统的启动在后台运行了，如果已经停止了，需要重新启动，方法参见第一部分。启动“控制中心”的方法是，在c:\wen\center文件夹里运行“控制中心.exe”程序，启动仿真主程序。在菜单中选择“初始化”命令，将调用相应的程序完成管线的初始稳态计算，每次执行该程序都会将系统恢复到同样的状态，即将前一次的操作复位。之后再选择“开始仿真”命令，将启动仿真引擎。这时，其它泵站可以启动程序与“控制中心”通讯了。对于其它泵站，需要运行c:\wen文件夹下的相应站点的程序（程序名为相应站点名的汉语拼音）。系统提示输入控制中心的IP地址，输入后即可实现与控制中心的通讯，此时各泵站与控制中心可以完成数据的实时交换，即全线所有的数据在控制中心和各个泵站是同步更新的。控制中心的权限是最大的，相当于管线中的调度中心，可以监控全线的所有生产数据，并且在“遥控”状态下，可以实现对全线各泵站的操作。泵站的权限较小，在“遥控”状态下只能监视本站的数据，在“站控”状态下，也只能进行本站的操作，不能浏览全线的数据。4.3系统仿真操作（1）设置初始状态： （2）初始化完成后的状态：（3）点击开始仿真按钮：（4）仿真开始界面（5）进入仿真系统：（6）新庙子站控制界面：（7）昌图子站控制界面：（8）相应泵站流程图：（9）流程图中进行的切换阀室操作：（10）流程图中进行的切换泵房操作：（11）对泵站中的泵进行起停操作：（12）经用户最终确认方可起停泵：（13）泵经过一段延时反应时间：（14）新线2#泵最终停运界面