油田自动化与数字远传培训班.ppt

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1、第一节 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、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动化的范畴。,第二章 油田自动化与测控仪表,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。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提供基础数

2、据。,油田生产过程的自动化实现了运行参数的自动采集、显示、调节和异常报警，使生产设备在最佳状态下自动地运行。能够正确地监控设备运行，确保安全生产，提高生产效率、改善劳动条件，具有良好的经济和社会效益。,二、油气田自动化的主要内容 1、油、气、注水井生产状态监控与参数检测 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。,2、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检测与控制。如油气水气分离器、脱水器、加热炉的

3、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。,.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。.自动控制系统：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：参数在超超限报警，并采取停机等保护措施。.自动操纵系统：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）。,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、自动化系统的类型,变送器：测量水位，并转换为测量信号。控制器：比较测量值、给定值间的偏差，按控制规律输出控制信号。执行器：根据控

4、制信号，改变阀门开度、以改变水位。,2、自动控制系统组成（例）,自动控制过程：“检测偏差”“纠正偏差”,二、自动控制系统方框图,1、方框图,方框图中各参数的意义：被控对象：被控制的生产过程或设备。被控变量 y：表征对象特性，被控制的参数。干扰 f：影响被调参数的外界因素。测量值 z：变送器的输出，表示被调参数的大小。给定值 x：代表被调参数最佳值所对应的信号值。偏差 e：给定信号与测量信号值之差。e=x-z操纵值 p：控制器输出，控制控制阀启闭开度。操纵变量 q：被调节阀改变的流量参数。可改变被调变量。,1)、图形符号,2、控制流程图及符号,首位字母表示被测、控变量，后几位字母表示仪表功能。,

5、2)、字母代号,例：TCRA-102 温度调节、记录、报警控制系统 TE-203温度检测元件（热电阻）；LT-103液位变送器；PdI-211差压指示；FQR-累积流量记录；PV-101压力调节阀,.余差C：被调参数稳定值与给定值间的残余偏差。.最大偏差A:表示被调参数偏离给定值的程度。.衰减比n：表示被调参数恢复、衰减程度。nB/B 4-10为宜.调节时间Ts:从干扰发生到被调参数进入稳态值5所用的时间。,三、控制系统的品质指标,油气集输系统站库自动化主要由自动检测系统、自动控制系统组成。自动调节仪表是指变送器、控制器、执行器等自动化装置。,四、自动化仪表作用及类型,自动调节仪表主要有模拟调

6、节器、数字调节器两种。,自动化仪表可分为模拟式和数字式两类。模拟式仪表：信号形式为连续变化的模拟量（420mA、15V等）；数字式仪表：信号形式为数字编码信号（HART、MORDbus、FF等）。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。,目前模拟仪表，采用国际标准信号制式：24V.DC集中供电电源，传输信号为4-20mA DC；控制室信号为1-5V.DC。现场变送器可以采用两线制传输，有利于安全防爆。,安全火花型防爆系统,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（AI/AO）连接，24V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

7、于石油工业站场控制系统。,核心器件“硅杯”承压膜片为单晶硅片。在硅膜片背面扩散制出 4 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。,1、结构,R2、R3受拉应力，电阻增加；R1、R4受压应力，电阻减小。R1、R2、R3、R4组成电桥，输出电压Vab正比于压力。由表头的放大转换电路转换为4-20mA标准信号输出。,一、扩散硅压力变送器,第四节 压力检测仪表,3、放大转换电路,由测量桥路、恒流源、输出放大、V-I 转换电路等组成,P=0时，R1=R2=R3=R4 Ia=Ib=0.5mA,I2=3mA 输出 I0=I1+I2=4mA,P0时，R1R3R2R4 Vad Vbd,U

8、ab0 放大I2,I2=319mA 输出 I0=I1+I2=4-20mA,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,类型,电容式差压变送器，由测量、转换部分组成。,测量范围宽广：0.01kPa至70MPa。精度高（可达 0.25），灵敏度高；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,结构,感压元件：电容膜盒。,1、检测部分,P1-P20 时隔离膜片硅油传压中心膜片向右侧凸起 C1C2,两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

9、、C2。初始状态，P1-P2=0时，两电容对称：C2=C1=C0,C2+C1=2C0，C2-C1与 P成线性关系；经转换放大标准信号4-20mA输出。,2、转换部分,接线,安装,三、智能型压力/差压变送器,1、典型结构,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。,2、特点,(1).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）。(2).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。(4).通讯：实现仪表间数字通讯

10、。,3、3051C差压变送器,(1).工作原理：压差、温度检测信号A/D转换 微处理器传感器修正+线性化+温度补偿+零点量程设置+自诊断处理 D/A转换+数字通信 420mA+HART输出。,(2).组态：用“手操器”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、阻尼时间、工程单位选择、指定工位号等）。,3051C差压变送器组成,结构：连通管、磁性浮子、磁性翻板(球),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。,原理：磁性浮子随液位升降吸引磁板 翻转 液面以下 红面向外翻；液面以上 白面向外翻 红(液)-白(气)分界处表示液位。,一、磁翻转

11、液位计,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。,第五节 液位检测仪表,二、静压式液位计,1、测量原理,静压原理：p=PB-PA=Hg H=p/g 静压差p 与液位H成线性关系：,问题：由于仪表安装位置、引压管内液柱影响，使H0 时，P0 需进行零点迁移,2、零点迁移问题,问题：由于安装位置及隔离液影响使得H0时，P 0，零点错误输出 I4mA。迁移：通过调节差压变送器的零点、量程，使H0时，输出零位信号 I=4mA。,1).P|H0=0，无迁移。,2).P|H0 0，正迁移:,3).P|H0 0，负迁移:,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

12、，可采用法兰式差压变送器。,2、应用,三、超声波式液位计,1、基本原理,Vc超声波在被测介质中的声速；t超声波往返时间。,2、反射式超声波液位计,发射器交流电压晶体振动超声（逆压电效应）。接受器超声晶体振动交流电压（正压电效应）。,超声波：f=210411011 Hz声波。频率高、方向性好。超声波在气-液分界面上反射强烈。,回声测距法。,外壳,吸收块,压电元件,反射声波接收换能器电脉冲放大整形触发计时电路停止计时。,时钟电路定时触发振荡器发射换能器输出超声波脉冲。,计时电路测出时间差t 计算空高h=ct/2 求液位H H=L-h 显示,四、雷达式物位计,1、基本原理,C 微波传播速度（光速）,

13、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 d,t 极其微小，直接测量t非常困难用连续调频法（FMCW）,天线发射线性调频波液面反射波（延迟t 的线性调频波）天线。发射/反射信号在同一时刻上的频率差fd 正比于t 正比于d。差频信号经过数据处理，可计算出得液位值h。,2、雷达液位计组成：,当波速C、周期T、频偏F 确定后,空高d与差频信号fd成正比。,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。适用于高粘度、易结晶、强腐蚀及易爆易燃介质。,五、磁致伸缩液位计,1、磁致伸缩传感器的组成,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

14、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,测量电流发射脉冲与返回脉冲之间的时间t确定磁浮子的位置。,.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（0.01F.S）。误差不超过1mm，重复性高达0.025mm。.简单可靠，无需维护,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30 m。.适应性强。工作温度-40150，工作压力小于2MPa。,3、特点,构成：内电极棒外套绝缘层，与金属罐体组成同轴电容。,当罐内液位高度为h，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

15、发展起来的新型物位测量技术。,传感器电容变化量C正比于液位高度为h。,在电脱水器中，上部是原油、下部是水，电容：,因而可以测量油水界面高度 h。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。,射频 是频率1540KHz的高频交流电导纳 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：,2、射频导纳测量原理,挂料层很薄，挂料电阻Rg很大，液面下液体电阻可忽略不计，R=Rg。,挂料层较长时，挂料层的容抗与其电阻数值相等：,测量挂料电阻Rg即可确定挂料电容Cg，由此可计算有效电容Cw=Cx-Cg。消除挂料电容的影响。,在激励电压Vg 作用下

16、，挂料电流 Ig 的相位落后于物位电流 Iw 的相位 90,如果在每个周期的/4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Iw。,3、射频导纳液位计组成,由传感器与转换部分组成。,一、腰轮流量计：,两个转子像“链节”，表面无齿，靠同轴齿轮驱动，同步反向转动。,1、组成：测量主体+显示表头,第六节 流量检测仪表,腰轮转动时，腰轮-隔板-壳体间保持动接触状态，封闭“月牙”型液柱。,结论：V=4NV。qv=4nV。,腰轮受进出口压力差作用,产生力矩自主转动。吸入-分隔-排出液体。,2、工作原理,3、结构类型,1）通过磁性耦合将转子转动传到隔板外。,3）有立式、卧式两

17、种形式。,2）大型腰轮流量计，有双对腰轮。,4、流量显示部分,1）总量积算：齿轮转数 N 经传动齿轮系减速 i=1N0（N0通过单位体积流体时腰轮转数）机械计数器转动其上字轮显示V值。,2）信号远传：发讯器将腰轮转数转换成电脉冲信号输出。,结构：筒形转子、刮板、凸轮轴。原理：流体压差推动刮板-转筒转动凸轮轴固定，刮板贴近内壁转动封闭计量室内液体，转动一周排出4个计量室流体测量转数表头指示累计流量。,二、刮板流量计,特点：1）适宜测量高粘度、带砂液体。转子不易卡。2）压损小（30kPa),适于、大流量测量。3）振动及噪音小。,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

18、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、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。,4、容积式流量计的安装与应用,5）流量计前需装过滤器。防止砂卡、磨损。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。7）投运前旁通冲洗，缓慢开、关。停用时放空。,

19、1）精度高(0.10.5)；范围广(D=16500mm)；稳定可靠。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。3）避免高温、振动、腐蚀环境。4）流体温度不能超高额定温度（100150)，防止转子膨胀卡壳。,四、涡街流量计,1、原理,旋涡发生体使流体边界层剥离,单侧旋涡频率f与流速V成线性关系：,St-斯特罗哈尔数。,由测量管、旋涡发生体、转换部分组成旋涡发生体：具有非流线型截面的柱体。,两侧交替地产生旋涡 卡曼涡街。,Kw-仪表系数，一般通过实验测得。,当满足 h/L=0.281时旋涡列稳定。,3、转换器,2、结构类型,组成：检测器、转换器,检测器：漩涡发生体、检测元

20、件、壳体。,转换器：前置放大器、滤波整形电路、信号处理电路。,漩涡发生体：圆柱、三角柱、梯形柱、T形柱。,1、工作原理,流体螺旋起旋器强迫旋转产生漩涡流 管腔收缩段-速度渐大 扩散段流速突降 流体回流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）漩进频率正比于v,2、结构组成由传感器+转换器组成。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,3、特点与应用,特点：1）测量不受流体参数、状态影响。2）无可动部件，压力损失小；3）直接输出频率信号，抗干扰。4）精度较高(1 2)，量程宽(15:1)；5）安装简便，维护量小，故障率低。,使用1）前后要有直管段：前1030D

21、；后510D；2）避免环境振动；不必定期校验。3）保证满管流动。4）Re=(2104 7104)；液体V=0.387m/s；气体V=460m/s,（a）垂直安装（b）测量含液气体（c）测量含气液体,qv-Ex线性关系，与流体性质、流态、状态无关。,导电流体流过磁场（可视为直径为D 的导电园片依次通过磁场）切割磁力线 产生出感生电势E，由电极传出。,1、工作原理,六、电磁流量计,2、结构,测量管为非金属管或绝缘内衬管，防止将Ex短路。,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。,电磁流量计组成：电磁流量变送器 电磁流量转换器 qvEx转换 放大、滤波、显示,电

22、磁流量计类型：分体式、一体式。,1）上、下游直管段5D、3D。2）测量管必须充满液体。水平安装时，两电极平行于水平面。3）感应电势易受外界电磁干扰。要远离大的电磁设备。4）传感器及管道须可靠接地(10)，并单独设置接地点。5）避免负压下使用。防止衬里剥落。,应用,3、特点及应用,特点：,1）介质性质、流态对测量无影响。反应迅速、可测脉动流量。2）量程比宽(20:1)、口径范围大(103000mm)、流速广(0.310m/s)。3）管中无凸出物，压力损失小。可测赃污介质、腐蚀性介质；4）被测介质必须是导电液体2050)10-4.m,流体从转轴向外流动时线速度 吸收能量产生反力阻滞管子转动,流体从

23、外向转轴流动时线速度 释放能量产生动力加快管子转动,流体在转动的U型管中流动时，方向相反的科里奥利力使管子扭曲。,1、测量原理,用进出口端固定的 U 形管上下振动，相当于正、反向交替转动。,流体沿转动的管子流动 时，对管子产生切向反作用力-科里奥利惯性力。,七、质量流量计,U形管两侧流向相反，科氏力F1=F2,产生力矩M U形管扭转变形产生弹性反力矩M扭转角,1、测量原理,七、质量流量计,流体沿转动的管子流动 时，对管子产生切向反作用力-科里奥利惯性力。,2、结构类型 由检测器和转换器组成。检测器：激励测量管的振动，并将测量管的变形转换为电信号输出。转换器：把传感器的电信号进行变换、放大成正4

24、20mA或数字信号，显示流量。,3、性能特点及应用,测量精度高（0.2级）。测量与介质的温度、压力、密度、粘度等无关。可测量中高压气体、液体及含杂质、高粘度液体。仪表对上下游直管段无要求。可靠性高。测量管易于维护和清洗。流量范围宽（量程比10：1到50：1）。零点不稳定。对外界振动敏感。价格昂贵。,安装与应用预防外界震动影响测量。无应力安装的要求检测器远离变压器、电动机等磁场较强的设备。流体保证满管流动。检测器要在现场重新调零。测量管需要定期清洗。,一、热电偶温度计,组成：热电偶+连接导线+显示仪表,热电偶热端、冷端温度不同，tto 时，热偶上有电势产生热电效应。,1、热电偶测温原理,热电偶：

25、由两种金属丝焊接而成。,热电偶总电势：,固定to（一般为0），则：EAB(T,To)EAB(T)-C，只与被测温度t 有关。由EAB(t,to)即可确定t,第三节 温度检测仪表,2、常用热电偶种类及结构（1）、种类,.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、

26、防水型、防爆型。,（2）、热电偶结构,3、冷端温度补偿 补偿导线：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。,二、热电阻温度计,测温范围：-200850,1、常用热电阻,(1)、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：热电阻+连接导线+显示仪表,(2)、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）,2、热电阻结构,由

27、电阻体、绝缘管、保护管、接线盒组成。铂电阻体：有架形、微形两种。,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：,1检测原理,一、可燃气体报警仪,(1)催化燃烧式气敏元件,1、5引出电极；2钯盐催化触媒层；3氧化铝-氧化硅烧结体；4铂丝；7气敏元件；8护网；9基座；10引脚。,铂丝通电加热至200400。可燃气体在高温下，经催化氧化反应，产生无焰

28、燃烧而放热，改变铂丝电阻。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,（2）半导体气敏元件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，从而使元件电阻变化。组成：氧化锡半导体、加热器、封装体。,烧结型 薄膜型 厚膜型,2结构类型,(a)探测器(b)控制器(c)多通道探测器连接,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0.52m。.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0.30.6m。.检测器与释放源的水平距离5m之内。.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

29、：液化石油气、天然气、酒精、甲烷等可燃气体。.测量范围：0100%LEL。.分辩率：1%LEL。.精度：5%LEL。.响应时间：30秒。.传感器使用寿命：三年（典型值）。,二、电容式含水分析仪,1、基本测量原理,充满含水原油,电容量C随含水率变化。原油性质、温度影响，造成测量误差。,同轴电容充含水原油时：,测量意义：集输质量监测指标，净油量结算依据。类型：1.在线测量型（连续）；2.取样分析型（断续）。,介电常数：水w=80，原油o=1.82.3。含水原油：=280 随含水率w 变化。,2）结构及类型类型：插入式、流通式。组成：电容变送器+显示仪变送器：同轴电容内、外电极，电容检测电路。显示仪

30、：通过微处理器进行温度补偿、油品性质校正。,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。缺点:需个别标定。在油品组分、密度变化时，需重新校正。,1基本测量原理原油与水分对微波的吸收/反射不同。与“波阻抗Z”有关。,功率反射系数（反射波功率/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；,原油Z=266；水Z=47。微波遇到水滴时，会产生强烈的反射。原油中含水量越高，对微波的反射越强。测量原油中反射微波的强弱，便可测定原油中的含水量。,波阻抗：反映介质中电磁波电场/磁场强度比值。,2组成及结构由

31、变送器、显示器组成。,各部分的作用：微波源：产生一定功率微波。环形器：微波导向。使入射微波与反射微波各行其道，互不影响。调配器：阻抗变换。检波器：检测反射波，变换为直流电压信号。隔离器：微波单向隔离。吸收检波器泄漏微波。换向开关：微波换向。监视臂：阻抗可调,产生标准油样反射波，校正仪表显示。补偿电极：用来检测原油（油包水、水包油）电阻率，时实现自动补偿。显示器：将检波输出电压放大，指示含水值；并转换成标准信号输出。,3安装与应用,安装在两相计量分离器出口管线旁通管路上。避免原油含气体变送器出口安装取样阀，便于取样化验对比。,特点：适应性强，无可动元件，结构简单，可连续测量，测量范围宽。,1工作

32、原理当能量为I0 的射线穿过厚度X 的介质时，其透射强度 Ix：,吸收系数，与介质密度有关。,当射线穿过油、水混合液时：,1原油对射线的吸收系数；2水对射线的吸收系数；原油含水率（体积比）。,油、气、水混合介质，方向散射强度：,根据油水气的密度123 解上述方程即可求出含气率和含水率。方程中的常数，只需标定一次即可得到。,三、辐射式原油含水分析仪,2结构组成由测量管道、传感器和微机数据处理系统两大部分构成。,仪表结构对辐射有严密的辐射屏蔽，以消除泄漏辐射源在使用过程中必须严格保护，防止拆卸和丢失。,执行器有电动执行器、气动执行器两类。一般由执行机构（机头）、调节机构（阀）两部分组成。,第九节

33、自动调节阀,气动执行器结构简单、动作可靠、维修方便、防火防爆，价格较低。配电-气阀门定位器，仍可用电动仪表控制。电动执行器信号传递无滞后，不需要气源装置。结构复杂、防爆性能差，油气集输生产过程中应用较少。,结构：膜片、弹簧原理：气压控制信号P作用力 P.A 克服弹 簧弹力K.L，阀杆下移L与信号P成正比。,1、气动薄膜执行机构：,2、气动活塞式执行机构结构：活塞、气缸原理：通过活塞两边气缸的充、放气实现活塞推杆的直线位移。特点：输出力大、行程长。,(1).直行程调节阀：（阀杆、阀芯上下移动）,3、调节阀类型及作用形式,(2).角行程调节阀：(阀轴、阀芯转动),阀上压差恒定时，相对流量 Q/Qm

34、ax与相对开度l/L之间的关系。,4、流量特性,流量特性取决于阀芯的形状。,快开流量特性,对数流量特性,直线流量特性,抛物线流量特性,特点：开度与流量成正比。,特点：小开度时调节缓和；大开度时灵敏有效。,特性：介于直线、对数之间。,特点：适用于迅速切断阀或双位控制系统。,5、智能电气阀门定位器,原理：4-20mA设定信号、与阀位传感器开度信号A/D转换在CPU中进行对比，根据偏差正/负，控制压电阀动作：,1）当控制信号大于开度信号时，阀 l 打开，输出P增大；2）当控制信号小于开度信号时，阀 2 打开，输出P减小。,通过CPU控制两个压电阀，调节输出气压，使阀位跟踪4-20mA控制信号变化。,

35、一、基本控制规律,自动控制系统的控制质量取决于两方面：对象特性控制作用与被调参数关系；控制规律控制器输出与偏差关系。,【例】水罐水位人工控制过程：人工控制规律总结起来有如下几种：偏差存在时使控制阀仅作开/关变化两位调节控制阀开度变化与偏差大小成比例改变比例调节按偏差存在的时间累积改变阀门的开度积分调节按偏差变化的速度快慢改变阀门的开度微分调节,第十节 集输站库自动化,控制器输出变化量与偏差成正比。,例：浮球液位控制系统：,特点：控制作用正比于随偏差。作用快，无滞后，有余差。,比例度表示控制作用的强弱。,1、比例控制,控制器输出比例积分两作用之和。,特点：控制及时无滞后、可消除余差。,积分时间：

36、Ti反映积分作用强度。,2、比例积分控制,实际特性：为比例与近似微分之和。,阶跃作用下：,特点：有超前控制作用，增加了不稳定性。,3、比例微分控制,PID三作用控制,特点：具有比例 P 控制及时、克服偏差有力；积分 I 消除余差；微分 D 超前调节的特点。,1、控制系统类型基本控制系统：由 一个变送器、一个控制器、一个执行器及对象组成控制系统。复杂控制系统：由 多个变送器、控制器、执行器及对象组成的控制系统。,基本控制系统是最基本、应用最广泛的控制系统（占85%）。基本控制系统是复杂控制系统的基础。,二、站库自动控制系统整定与投运,2、控制器选择（1）、类型选择：本质防爆、功能多、稳定可靠，易

37、维护使用。（2）、控制规律选择根据对象特性选择控制规律 P 调节：抗干扰能力强、控制及时、过渡时间短，无法消除余差。用于滞后小、负荷变化小、可有余差对象。PI 调节：反应快、无余差，稳定性变差。用于滞后较小、负荷变化较小、无余差对象。PID 调节：反应快、无余差、有超前调节作用。用于滞后大、负荷变化大、无余差对象，不适于滞后小噪声大的系统。,2、控制系统构成原则正作用：输入信号 输出信号反作用：输入信号 输出信号前提：控制系统必须为负反馈。,(1)、调节阀的作用方向气开阀（控制信号 Q)为正作用；气关阀（控制信号 Q)为反作用。,(2)、对象的作用方向与对象性质有关，不能更改。如：加热炉正作用

38、；控制出口流量的液罐反作用等。,调节器“正/反”作用开关可改变系统正、负反馈方向，严禁改变。,(3)、调节器的作用方向测量信号 控制信号 为正作用；测量信号 控制信号 为反作用。,例1：加热炉控制加热炉正作用（燃油Q-出口T）调节阀正作用（气开阀）控制器反作用,原理：加热炉出口温度-调节器输出-调节阀开度-燃油流量-炉温-使被调出口温度（负反馈）,例2：储水罐液位控制储水罐反作用（出水Q-液位H）调节阀正作用（气开阀）控制器正作用,原理：出水罐液位H-调节器输出-调节阀开度-出水流量Q-液位H-使被调出口温度（负反馈）,3、调节系统的投运及工程整定,参数整定：根据对象特性和干扰情况，调整、确定

39、调节器、Ti、Td最佳，以获得最优过渡过程。,（1）、临界比例度法.先设调节器为纯比例作用(Ti，Td=0)；.加干扰、减小，直到产生等幅振荡临界状态；.由临界参数：k、TK，根据经验公式计算。,经验公式：,（2）、衰减曲线法.先设调节器为纯比例作用（Ti，Td=0）;.加干扰、调直到产生 4:1 衰减振荡;.由此参数s、Ts，根据经验公式计算、Ti、Td,经验公式（4:1）,试凑方法一：以比例调节为基本作用，先试、使系统基本稳定，加入积分Ti消除余差、加入微分Td改善特性。,（3）、经验试凑法.根据经验数据设定调节器、Ti、Td;.改变给定值、观察过渡过程曲线；.修改参数、直至满意。一般地：

40、振荡频繁、波动大时，增大、Ti、减小Td；稳定时间长、余差大时减小、Ti；最大偏差大、衰减慢时增大、Td。,试凑方法二：先预置Ti、调整直至最佳，需要微分时Td=（1/3-1/4）Ti,三、典型控制系统方案,（1）出口流量调节用调节阀节流、改变泵工作点。,1、离心泵控制,（2）调回流量调节通过调节回流量Q2调节：Q=Q1-Q2QPv控制器(反)Mv气关阀Q2Q特点：阀上流量小、压差大、功耗更大。,QPv控制器(反)Mv气开阀Q特点：简单、有效、功耗大、效率低、噪音大。,（3）.调速调节改变离心泵转速，改变泵特性曲线及工作点。,QPv控制器（反）Mv调速器-转速n泵特性曲线 工作点 Q用变频器改

41、变电源频率实现泵调速。特点：精度高、功能多、可靠、价格高。用液力耦合联轴器改变传动比调速。特点：投资小、效率稍低、设备复杂、很少用。,通过调节回流量Q2调节：Q=Q1-Q2Q控制器(正)Mv气开阀Q2Q特点：阀上流量小、压差大、效率低。,(3).调冲程调节通过调节往复泵冲程 s 调节流量。如计量泵、药剂泵、比例泵流量调节。一般用于非自动调节系统。,(2).调回流量调节,(1).调速调节Q控制器(反)Mv变频器-频率 f 电机转速 n 流量Q 特点：简单、有效、效率高、易维护、投资大。,2、往复泵控制,4、往复式压缩机调节（1）进口/回流调节,低压离心风机调节直接调节进/出口流量。,qMv(正)

42、控制器 P气关阀开度q特点：简单、有效、功耗大、效率低、噪音大。,调节阀开度节流进口压力 质量流量当q(50%70%)q0（额定流量）时，压缩机效率 低下，需采用分程调节方案。,吸入阀气关；回流阀气开；控制器正,3、离心式压缩机控制,（2）调速调节通过控制转速调节。与泵转速调节相同。一般用变频器。,压缩机压气P工作点突变至D.,(1).特性曲线及喘振,5、离心式压缩机防喘振控制,若负荷继续减小QF-P Pg(管网)，气体倒流工作点迅速至CQQF,当工作点为A负荷减小QP至B，,如此反复，压缩机喘振，加剧震动。,QDQFP工作点由DABC,1）.固定极限流量法规定压缩机吸入流量最小值QpQB。控

43、制系统给定值Sv=Qp，当QQp,(2).防喘振控制方案喘振产生的原因：是压缩机排气流量Q小于极限流量QB。控制系统的任务：使QQB,特点：简单可靠，无法用于调速压缩机。,2）.可变极限流量法调速压缩机极限流量QB随转速变化。设置安全操作线（如图虚线），工时时保证工作点在安全线右侧QQp。即：,5、换热器控制,T控制器(正)Mv 气关阀q T当载热流体压力不稳时，另设稳压系统。,（1）、控制载热体的流量,（2）、串级控制载热体的流量,采用蒸汽流量作副变量的串级控制系统,T TC主控(正)Mv1=Sv2(正)FC副控Mv 气关阀q T蒸汽压力P q FC副控(正)Mv 气关阀 q,（4）、控制被

44、加热流体旁路流量当被加热流体允许控制时，可控制其流量；否则控制旁路流量。,（3）、控制载热体的旁路流量载热体是其他工艺流体、不能节流控制。,T控制器(正)Mv 气开阀q2qT即可保证载热流体的总流量q1=q2+q不变，又能保证通过换热器的流量q得到调节。,阀选“气开三通阀”T(正)控制器Mv 冷流体q2混合T特点：载热流体一直处于最大流量，换热器有较大裕量,(5)、控制换热面积蒸汽有冷凝时蒸汽在换热器中冷凝时，积聚的凝液减小了蒸汽换热面积，使传热量减少。控制温度T降低。,调节参数：凝液流量q T控制器(正)Mv 气关阀q h T滞后大、反应慢，需有较大裕量，凝液调节阀小可采用温度凝液液位串级控

45、制；或温度蒸汽流量串级控制系统。,7、加热炉控制,(1)、简单控制系统,(2)、串级控制系统 1).采用燃油流量作副变量的串级控制系统。,T控制器(反)Mv气开阀q T当燃油压力不稳时，另设稳压系统。,T TC主控(反)M1v=S2v FC副控(反)M2v 气开阀q T燃油q FC副控(反)M2v气开阀qT,2).采用炉膛温度作副变量的串级控制系统。,T TC主控(反)M1v=S2v FC副控(反)M2v 气开阀q T炉温T/FC副控(反)M2v气开阀qT,稳定塔,8、稳定塔的控制,原油稳定塔是轻烃回收及液化气生产中广泛采用的精馏塔的一种。脱乙烷塔、脱戊烷塔等均属此类。,塔内液位H需稳定,被控

46、变量PT,原理：进料换热器加热稳定塔轻组份蒸发负压抽气闪蒸冷凝器冷凝 分离器分离油气气相进压缩机、轻油进凝液泵输出。,组成：稳定塔、换热器、冷凝器、分离器、抽气压缩机、凝液泵。,调节参数：主要是塔顶P、T影响稳定效果。P影响前后工艺，需固定调T。其次是塔内液位H、分离器液位h。,分离器h需稳定,干扰分析,进料Qi不可控,冷却水 Ts不可控,蒸汽流量Qz可控,抽气量Qs 可控,排气量Qp不可控,被控变量PT,出料Qo可控,泵排量Qb可控耗能,控制方案.通过控制换热器蒸汽流量Qz，控制塔顶温度T；,回流量Qh可控耗能,泵回流QL可控耗能,.通过控制出料流量Qo，调节稳定塔液位H；,.通过控制压缩机回流量Qh改变抽气量Qs，控制塔顶压力P；,.通过控制凝液泵回流量QL调节分离器液位h。,