徐深氣田自控儀表影響因素淺析
摘 要:隨著井站自動化程度的不斷提高,自控儀表在徐深氣田得到廣泛的應用,作用也愈顯突出,其測量準確與否直接影響到井站能否安全生產。為了保證自控儀表測量準確、運行平穩,本文在研究了徐深氣田在用的測量溫度、壓力、液位和流量的四類自控儀表的功能、結構、工作原理及應用現狀的基礎上,從安裝、使用及維護、計量介質、站控系統等多角度,并結合現場實例對影響其準確性的因素進行了深入細致的研究,并提出相應的認識和建議,為自控儀表的長期可靠運行提供保證,也為相關工作提供參考和依據。
近幾年來,隨著新工藝、新技術的發展,在徐深氣田天然氣采輸生產工藝中應用了大量的自控儀表,極大地提高了井站的自動化水平。但由于自控儀表對安裝、計量介質、維護保養等都有較高要求,隨著使用年限的增加暴露出越來越多的問題,制約著正常生產。因此,有必要對自控儀表的影響因素進行綜合研究,有針對性地采取各種措施,充分保障儀表長期穩定運行,確保安全生產。
自控儀表,是由若干自動化元件構成的,具有較完善功能的自動化技術工具。它一般同時具有數種功能,如測量、顯示、記錄或測量、控制、報警等。單個自控儀表本身是一個系統,同時又是整個自動化系統中的一個子系統。生產現場的各類自控儀表通常與計算機系統、RTU/PLC 等站控系統配合使用,有的只進行數據檢測,有的還參與工藝控制。目前徐深氣田自控系統就是以 PLC 站控系統為中心, 應用壓力儀表、溫度儀表、液位儀表及流量儀表等自控儀表進行現場生產參數的采集、傳輸,然后經過 PLC 站控系統運算處理后,zui終在上位機上實現生產參數的實時監測或遠程控制。
影響自控儀表正常運行的因素有很多,下面將主要從安裝、使用和維護、計量介質、站控系統等對其影響較大的因素分別進行研究。
1 儀表安裝
安裝質量直接影響到儀表的使用,如果安裝環節出現了問題,那么即使性能再好的儀表以及后期再好的維護和管理,都不能使儀表的性能達到zui佳。各類自控儀表在安裝方面均有其具體規范和要求,比如國家標準 GB50093-2002、行業標準 SYT0090-2006 就對自控儀表取源部件、儀表的安裝及驗收標準等均作了具體的要求,規范安裝可以提高自控儀表的準確度,減少系統誤差。在現場安裝中因工況條件的限制及安裝人員的技術水平等因素會影響自控儀表的安裝質量。其影響主要體現在以下兩方面:
(1)安裝方式不規范
每類自控儀表均有其適用條件,如果現場的安裝條件與儀表的適用條件不相符,則會影響到儀表計量的準確性。例如:速度式流量計的安裝,要求其前后有一定的直管穩定段,如果上下游直管段長度不夠,氣流得不到充分發展,將使流量計計量結果造成較大誤差;壓力取源部件的安裝位置應選在被測流體流速穩定的地方,為此在國家標準GB50093-2002 中 4.3.2 規定,壓力取源部件與溫度取源部件在同一管線時,應裝在溫度取源部件的上游側。如果壓力變送器安裝在了溫度變送器的后面,這將會影響到壓力變送器測量結果的準確性。
(2)安裝質量不合格
行業標準 SY 4205-2007 對安裝質量有明確的要求:接線正確、牢固,導電良好等。在徐深氣田所應用的自控儀表中,因安裝質量不合格影響儀表運行主要有以下兩方面表現:由于防爆接頭連接不緊密,雨水滲入變送器接線腔,易造成變送器故障或輸出電流異常、Pt100 型鉑熱電阻的線路連接處生銹,導致溫度輸出值偏大;信號電纜接入變送器后留得過長過粗,接線完畢恢復儀表外殼時造成電纜擠壓破損,引起短路,使儀表出現故障或輸出電流異常。
2 使用和維護
良好的使用和維護是儀表穩定運行的重要保證。使用和維護不當影響自控儀表的運行,主要有以下兩方面:
(1)儀表原理不清晰,致日常操作不正確
每類自控儀表都有其自身的工作原理,如果了解原理就會對其日常操作和使用起到指導的作用。相反如果對儀表的主要結構和工作原理不了解,誤操作就會導致儀表故障或儀表出現問題時,無法迅速查明原因,實例如下:在安裝初期,由于對其工作原理不清晰,導致在啟停液位計時,開關上下控閥門時操作順序的錯誤,導致浮子受到強烈的撞擊而發生損壞。差壓變送器是基于膜片的移動來實現壓力測量的,新員工由于對這一原理不了解,導致在進行導壓管路吹掃時,控制閥開關頻繁而猛烈,致使壓力也頻繁而猛烈地反復作用在變送器的傳壓膜片上,易導致膜片損傷,使儀表損壞或出現較大測量偏差。
(2)儀表特性未掌握,致維護措施不得當每類自控儀表都有其自身的特點,在維護、使用過程要根據儀表的特點,采取不同的措施,這樣才能保證其正常運行。實例如下:
某站污水罐處雷達液位計冬季環境溫度低時,總是高報顯示滿罐,現場我們也做了保溫。后來研究發現,由于雷達液位計是依靠天線發射和接收微波并通過計算來進行液位的測量的,一旦天線產生結露現象,就會使發射出去的微波直接被反射回來,所以一直顯示滿罐,為此雷達液位計的天線也是保溫的重點。
3 計量介質
儀表通常是與被測介質(天然氣和水)直接或間接接觸的,為此,計量介質的潔凈與否,介質的物性參數等特點,均會影響到儀表的正常運行及計量結果的準確性,具體主要體現在如下三個方面:
(1)介質含雜質
由于采出的天然氣常含有雜質,經過分離后產生的污水也含有各種雜質,與此種計量介質相接觸的儀表的正常運行及計量結果的準確性就會受到不同程度的影響。天然氣中的雜質易造成孔板粘有污物、劃痕甚至損壞,從而導致孔板流量計流量計量的不準確。天然氣經分離后產生的污水中雜質偏多,雜質在浮子以及液位計腔體上的堆積,就會影響浮子的上下自由移動,造成磁轉柱液位計對液位的測量偏差;也會造成造成浮球液位控制器卡脖,使上位機上容器的液位始終顯示液位高報或低報;zui典型的就是造成金屬管浮子流量計無法正常使用。污水內黑色雜質聚集在測量管內,在流量計運行中對測量管造成磨損,聚集凝結較大的雜質還會對浮子托盤帶來撞擊,造成托盤磨損甚至完全損壞。在故障處理時發現了流量計核心部件轉子被打彎、測試管接口處金屬纏繞墊片損壞并進入測試管內將轉子頂起、測量管腔體內出現結塊雜質、浮子托損壞等現象。
(2)天然氣含水
目前部分井站外輸的孔板流量計所計量的是未經三甘醇脫水裝置脫水的天然氣,由于含有未被分離掉的飽和水,冬季溫度低時凝析出液態水后易在差壓變送器的引壓管內結冰,從而造成壓管堵塞,zui終影響孔板流量計計量結果的準確性。
(3)物性參數變化
此部分主要指的是孔板流量計。由于孔板流量計測量的流量不僅與壓力、溫度和差壓有關,還與天然氣的物性參數有關。這里主要指對測量結果影響較大的相對密度。
4 站控系統
目前,徐深氣田各集氣站均安裝有 PLC 站控系統,該裝置可以實現數據顯示和遠程控制,給站內的生產管理帶來了很大方便。所用自控儀表用于檢測現場各環節的生產參數,然后將信號傳輸給 PLC 站控系統,經過系統運算和處理后,zui終在上位機上進行參數的顯示,zui終實現實時監控,為此,如果站控系統出現問題,也會影響到儀表的應用效果,具體表現為如下三個方面:
(1)設置問題
這里主要指的是儀表量程的設置,由于自控儀表傳輸回來的都是標準的 4-20mADC 標準信號,系統根據上位機上設置的量程進行換算,然后進行參數的顯示和計算,如果設置與儀表真實量程不符,會造成上位機上顯示的數據與實際不符。
(2)硬件故障
現場自控儀表所采集的生產參數傳輸到站控系統的模塊中,經過系統運算和處理后,zui終在上位機上進行顯示。如果系統模塊出現故障,則上位機上將不顯示或顯示出錯誤的運行參數。
(3)軟件故障
如果系統的運算和處理程序出現問題,則會造成站控系統計算出的數值錯誤,從而造成測量、顯示數據不正確。
5 認識及建議
(1)監督安裝質量
在儀表安裝施工過程中,要加強儀表安裝質量的監督,嚴格執行相關的規范和標準,確保安裝質量,通過對儀表安裝質量的監督,一是可以及早進入現場,核查施工質量,二也可以提早學習,為以后的使用維護打下基礎。
(2)加強員工培訓
加強對員工和技術人員的培訓,使其掌握各類自控儀表的結構和原理,避免因原理不清楚導致操作失誤,zui終造成儀表計量不準確或損壞的情況發生。
(3)及時修正計量參數
目前也周期性對天然氣進行取樣和分析,但在取樣周期內,隨著開關井數的變化,天然氣的物性參數也在變化,為此可考慮縮短氣樣的分析周期,或安裝在線氣體組分分析設備,實現氣體組分的在線實時分析,以及物性參數的實時更新,可有效降低因物性參數更新不及時對計量準確性造成的影響。
(4)加強站控系統維護
每個儀表都有檢定周期和維護制度,站控系統也不應例外,應定期對站控系統進行維護、升級及漏洞修補,排除此因素對自控儀表正常運行的影響。
(5)發掘自控儀表潛力
目前徐深氣田自控儀表的作用還僅局限于檢測,為此以后可考慮發揮自控儀表更大的作用,繼續開發 PLC 站控系統,使自控儀表更多的參與控制,從而進一步提高井站的自動化水平。
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