第1章  仪表基础知识

1.1 仪表分类

传感器定义：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定关系的便于应用的某种物理量的测量器件或装置。

仪表的分类方法很多，根据不同的原则可以分为许多类：

（1）检测仪表的分类

根据其检测被测量的不同分为：温度检测仪表、压力检测仪表、流量检测仪表、物位检测仪表、分析仪表。

（2）显示仪表的分类

根据记录、指示、模拟和数字等功能的不同分为：记录仪表、指示仪表、模拟仪表、数显仪表。

（3）在自控仪表的校准、维修、安装过程中，有些仪表称为一次仪表，有些仪表称为二次仪表。

一次仪表是指安装在现场且直接与工艺介质相接触的仪表，如压变，温变等。热电阻、热电偶一般不称其为仪表，而称为感温元件。实际应用中我们把安装在现场的仪表（个别除外，如电动阀门定位器）统称为一次仪表。

二次仪表是指仪表示值信号不直接来自工艺介质的各类仪表的总称，其信号通常来自一次仪表的传送信号。二次仪表通常安装在值班室内的仪表盘上。

 仪表分类只是为仪表维修、维护、安装及管理上方便，如何进行分类及称谓还要根据实际情况而定。

1.2 计量检定

计量检定是指为评定计量器具的计量性能，确定其是否合格所进行的全部工作，包括检验和加封盖印等。它是进行量值传递的重要形式，是保证量值准确一致的重要措施。

计量检定按照管理环节的不同，可以分以下五种：周期检定、出厂检定、修后检定、进口检定、仲裁检定。

计量器具按照管理性质的不同，可以分为强制检定和非强制检定，两者又统称为计量法制检定。

1.3 仪表性能指标

检测仪表中常用的基本性能包括测量范围及量程、基本误差、精度等级、灵敏度、分辨率、漂移、可靠性以及抗干扰性能指标等。

（1）测量范围：是指该仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范围。

（2）量程：量程=测量上限值-测量下限值。

（3）零点迁移：是指零点的变化，而量程迁移是指量程的变化。

（4）灵敏度：反应仪表对被测参数变化的灵敏程度，常以在被测参数改变时，经过足够时间仪表指示值达到稳定状态后，仪表输出变化量与引起此变化的输入量之比作为灵敏度。

（5）分辨率：又称灵敏限，它是仪表输出能响应和分辨的最小输入量，是灵敏度的一种反应。

（6）误差的分类

绝对误差：某被测量的仪表显示值与约定真值之间的差值。

相对误差：绝对误差与约定真值的百分比。

引用误差：绝对误差与仪表满量程的百分比。

最大引用误差：最大绝对误差与量程的百分比。

回程误差：相同条件下，被测量不变，计量器具正反行程不同时其示值之差。

精度:是衡量仪表测量数值精确度的重要指标,用最大引用误差去掉“±”和“%”表示,其序列为0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、1.0、1.5、2.5等。

1.4 误差分析基础

误差可分为系统误差、随机误差和粗大误差等。

（1）准确度:测量中系统误差的反映,表征测量结果偏离真实值的程度。

通常认为，测量准确度是一个定性的概念，不宜将其定量化。例如，不宜说准确度为0.25%、16mg或±16mg等。在实际工作中，测量准确度可以用测量结果对约定真值的偏移来估计。

（2）精密度:测量中随机误差的反映,是指在规定条件下获得的各个观测值之间的一致程度。

1.5 其他常用知识

（1）压力单位换算：

1巴（bar）=105帕（Pa）  1达因/厘米2（dyn/cm2）=0.1帕（Pa） 

1托（Torr）=133.322帕（Pa）  1毫米汞柱（mmHg）=133.322帕（Pa） 

1毫米水柱（mmH2O）=9.80665帕（Pa）  1工程大气压=98.0665千帕（kPa） 

1千帕（kPa）=0.145磅力/英寸2（psi）=0.0102千克力/厘米2（kgf/cm2） =0.009气压（atm） 

    1磅力/英寸2（psi）=6.5千帕（kPa）=0.0703千克力/厘米2（kg/cm2）=0.06巴（bar）=0.06气压（atm） 

    1物理大气压（atm）=101.325千帕（kPa）=14.696磅/英寸2（psi）=1.0333巴（bar）

简化公式：1 MPa≈1 bar≈101 kPa ≈145 psi≈10 atm ≈10 kgf/cm2

（2）标准状态：气体的体积是随温度和压力而变化的，因此在测量天然气体积流量时，必须指定某一温度和压力作为计量的标准温度和压力,称之为“基准状态”和“标准状态”，我国SYL 04-83（天然气流量与标准孔板计量方法）中规定：20℃，1个标准大气压（101.325KPa）作为我国的天然气计量的标准状态。

第2章  压力测量仪表

压力是油气田生产的重要参数之一。实际工作中我们所谓的压力，等于物理概念中的压强，即垂直作用在单位面积上的力，物理公式为P=F/S。

在压力测量中，有绝对压力、表压力、真空度三种。常用是表压力。绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用符号Pj来表示。由于地球有重力，空气有质量，因此地面上的空气柱所产生的压力称为大气压力，用符号Pq来表示。绝对压力与大气压力之差，称为表压力，用符号Pb来表示，即Pb=Pj-Pq。

图2-1 表压、绝对压力、负压的关系

真空压力表：当绝对压力小于大气压力值时，表压力为负值，此负压力值的绝对值，称为真空度，用符号Pz来表示。用来测量真空度的仪表称为真空表，这种仪表通常在真空加热炉上安装，用来测量其内的真空度。 

耐震压力表：与压力表相同，不同的是表盘内充装有硅油，具有耐震性，安装在有震动的位置。

图2-2真空压力表                   图2-3 耐震压力表

2.1 压力表

目前所用的普通压力表绝大多数都是弹簧管压力表。弹簧管压力表的精度等级有0.4、1.0、1.5、1.6、2.5级等。现场压力表，从表盘直径看最常见的有60mm、100mm、150mm 三种规格。

庆深气田所应用的压力表主要有如下两大类：（1）普通表，精度等级1.6，表盘直径100mm；（2）精密压力表，精度等级0.4，表盘直径为150mm。

图2-4 普通压力表                     图2-5 精密压力表

2.1.1 结构组成

基座、弹簧管、拉杆、扇形齿轮、中心齿轮、中心轴、指针、表盘、油丝、上、下夹板等。

图2-6 压力表结构图

2.1.2 工作原理

当弹簧管的固定端通入被测压力后，由于椭圆形截面在压力的作用下将趋向圆形，弯成圆弧形的弹簧管随之向外挺直扩张变形。由于变形，其弹簧管的自由端产生位移，输入压力与自由端的位移成正比。测得自由端的位移量，就能反映压力的大小。

2.1.3 注意事项

（1）压力表的选用

压力测量的准确与可靠性跟压力表的选择和使用方法有着密切的关系。如果选用不当，不仅不能正确反映压力的大小，还可能引起生产事故。应根据工艺生产过程对压力测量的要求，按经济原则，合理地对仪表种类、型号、量程、精度等级等方面进行选择。选择时主要应从以下三个方面进行考虑：

仪表类型的选用：主要从能满足工艺生产的要求和价格方面来考虑。例如，是需要就地指示还是需要远传、自动记录或报警；被测介质的理化性能（如腐蚀性、温度高低、粘度大小、脏污程度、易燃易爆炸等）是否对测量仪表有特殊要求；现场环境条件（如高温、电磁场、振动等现场安装条件）对仪表类型是否有特殊要求等。

仪表测量范围的确定：为了兼顾压力表的使用寿命和具有足够的测量准确性，选用压力表量程的原则：在测量较稳定的压力时，被测压力值应处于压力表测量上限值的2/3处。测量脉动压力时，被测压力值应处于压力表测量上限值的1/2处。一般情况下被测压力值不应小于压力表测量上限值的1/3。

仪表精度等级的选取：主要根据生产上允许的最大误差来确定。一般来说，仪表精度等级越高，价格就越昂贵，操作维护要求也越高。因此，选择时应在满足要求的前提下，尽可能选用精度较低、结构简单、价廉且耐用的压力表。

（2）为了防止漏气，在安装压力表时应加密封垫片。

（3）压力表应安装在易观察、检修的地方。

（4）耐震压力表的硅油应在2/3左右，不能装的太满否则夏季热膨胀可能会导致表盘破裂，亦不能装的太少，否则起不到耐震的效果。

2.2 压力变送器

压力变送器是油田生产中最常用的压力检测仪表，一方面可以就地显示或指示现场压力值，另一方面可以将压力信号转换为标准的（4～20）mADC电流值，送入值班室工控机内显示。

2.2.1 分类

按照测量原理可分为：应变式、压阻式、压电式、电容式、电阻式、电感式。

按智能程度分：普通模拟型和智能型。所谓智能变送器，就是指变送器内装有微处理器，可以在手持终端上进行组态，设定仪表的零点和改变量程，显示仪表目前的工作状态，能自己诊断故障，并能和相同通信协议的设备进行数字通信。它是现代计算机技术和通讯技术发展的产物。

压力变送器中包含一类特殊变送器叫差压变送器。差压变送器与压力变送器的区别是有两个取压点，一个是高压，一个是低压。主要与流量节流元件配套使用测量流量仪表。该类型仪表往往与三阀组或者五阀组配套使用。

图2-7 压力变送器                 图2-8 差压变送器

图2-9 三阀组                     图2-10 五阀组

2.2.2 结构组成

主要由感压膜盒、接线端子、电子线路板、外壳组成。

图2-11 压力变送器结构图

2.2.3 工作原理

工作时，高、低压侧的隔离膜片和灌充液将过程压力传递给灌充液，接着灌充液将压力传递到传感器中心的传感膜片上。传感膜片是一个张紧的弹性元件，其位移随所受压力而变化,且位移量与压力成正比。两侧的电容极板检测传感膜片的位置。传感膜片和电容极板之间电容的差值被转换为相应的电流信号。基本工作原理可用如下方框图表示：

图2-12 压力变送器工作原理方框图

2.2.4 故障判断

（1）故障判断流程

在处理故障时应向工艺人员了解故障情况，了解工艺情况，如被测介质情况，简单工艺流程等。故障处理可以按下图所示思路进行判断和检查。

图2-13 压力变送器故障判断流程图

（2）常见故障判断

表2-1 压力变送器常见故障

（1）保证差压变送器导压管路流程通畅，避免差压变送器因单向受压而损坏。

（2）避免变送器量程选择不当，压力、差压变送器长时间超量程使用，造成感压元器件产生不可修复的变形。

（3）保证变送器的密封部件的密封性，避免因密封性不好使变送器的电路部分长时间在潮湿环境中工作而损坏，导致其不能正常工作。

（4）加强冬季的保温，避免导压管发生冻堵，而该冻堵部位与差压变送器之间的连接处有渗漏，气体泄漏后，导致差压变送器因单向受压而损坏。

（5）集气站员工在启用压力、差压变送器和放空操作时，应做到缓慢开启，以免变送器因频繁受巨力冲击而精度下降。

（6）气体中的粘污介质在变送器引压管内长时间堆积，这些粘污介质在气流长时间的作用下,导致变送器精度逐渐下降,仪表精度失准，为此应定期进行排污处理。

（7）重视防雷，避免因雷击导致变送器膜盒内的电路板损坏，无法进行通讯。

（8）目前国内应用三阀组较为普遍，对于三阀组类型的仪表，为防止单侧受压，有一个开关投用程序：

投用三阀组：开正压阀，关平衡阀，开负压阀

关闭三阀组：关负压阀、开平衡阀、关正压阀

（9）变送器拆卸后，信号线要用绝缘胶布分别缠上，防止短路烧坏设备。

第3章  温度测量仪表

温度是表征物体冷热程度的物理量。用来度量物体温度数值的标尺叫温标。目前国际上用的较多的有摄氏温标、华氏温标等。我国采用摄氏温标，其定义为在标准大气压下，冰水混合物为零度，水的沸点为100度，中间划分100等分，每等分为1摄氏度。

温度测量的基本原理：以热平衡为基础，当两个冷热程度不同的物体接触，必然会产生热交换现象，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具有相同的温度，通过测量另一物体的温度可以得到被测物体的温度。

温度在气田生产过程中是一个很重要的参数。目前庆深气田应用于检测温度的温度仪表主要是双金属温度计、热电阻温度计以及温度变送器。

3.1 双金属温度计

3.1.1 结构组成

主要由双金属片、外皮、连接件、轴、传动装置、表盘、指针等组成。

3.1.2 工作原理

由于两种金属的热膨胀系数不同，双金属片在温度改变时，两面的热胀冷缩程度不同，因此在不同的温度下，其弯曲程度发生改变，弯曲后表盘里的齿轮带动指针,从而指示温度。

图3-1 双金属温度计结构图                 图3-2 双金属温度计实物图

3.1.3 故障处理

（1）拆卸或送检过程中产生的振动等原因，导致零点漂移；

（2）使用时间长了金属会产生疲劳，两种金属的疲劳程度不同，内部结构发生的改变不一样，导致在每个点的偏差值的大小甚至正负也就不一样，这样很难由一个修正值来解决问题，只能降级使用或者报废；

（3）仪表进液体等原因会导致整个温度计不能使用。

3.1.4 注意事项

（1）双金属在选用时要考虑仪表测量范围、扣型（粗扣、细扣）、插身以及连接方式等因素。

（2）双金属温度计在保管、使用、安装及运输中，应避免碰撞保护管，切勿使保护管弯曲变形。

3.2 热电阻温度计

热电阻是一种常用的温度检测元器件。由于它具有灵敏度高、体积小、重量轻、热惯性小、寿命长以及价格便宜等优点，因此应用非常广泛。其主要特点是测量准确度高，性能稳定。缺点是其输出为电阻信号，易受线路中电阻的影响。

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。制造热电阻的材料需要大的温度系数，大的电阻率，稳定的化学、物理性质及良好的复现性。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，目前采气分公司应用较多的是Pt100型热电阻。

图3-3 热电阻丝                            图3-4 热电阻丝

3.2.1 结构组成

主要由热电阻、绝缘体、保护套管和接线盒等组成。

3.2.2 测温原理

热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的，用仪表测量出热电阻的阻值变化，从而得到与电阻值对应的温度值。

热电阻的电阻与温度的关系一般可以如下表示：

Rt=R0（1+At+Bt2+Ct3+…………）

式中：R0为0℃时热电阻的电阻值（Ω）

      Rt为t℃时热电阻的电阻值（Ω）

      t为被测介质的温度（℃）

      A、B、C等为有关分度常数

在实际分析处理热阻故障或大概计算一下热电阻实际测量温度时，我们可以把上式看成一个线性的公式，即：Rt= R0(1+At），这样计算起来比较方便快捷一些。

以Pt100铂电阻为例，R0=100Ω，R100 =138.5Ω，Rt=100+0.385t，温度每增加一度，阻值增加0.385Ω。

3.2.3 故障处理

（1）故障判断步骤

故障发生时，可以按下图所示思路进行故障的判断和检查：

图3-5 热电阻温度计故障判断流程图

（2）常见故障判断

表3-1  热电阻温度计常见故障

（1）热电阻和显示仪表的分度号必须一致；

（2）为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。

（3）注意仪表的密封性，防止雨水进入表体导致连接线路生锈，从而影响仪表测量结果的准确性。

3.3 温度变送器

温度变送器是油气田上最常用的温度测量仪表。两线制一体化结构，可输出与量程范围内的温度成线性关系的（4-20）mA的电流信号。由于变送器模块安装紧靠传感器元件，因此消除了连接导线阻值产生的误差，所以信号传输距离长。缺点是变送器模块坏了无法进行维修。

3.3.1 结构组成

温度变送器在结构上只比热电阻多了一个变送器模块。一般由热电阻、连接导线、显示仪表、变送模块等组成。

图3-6 变送模块                        图3-7 温度变送器

3.3.2 工作原理

变送器模块内低温漂稳压管与低漂移运放构成了高稳定度稳压源，另一运放与量程微调电位器及电阻构成一个恒流源，与高稳定稳压源相配合使得流经电阻的电流具有高稳定度。该电流经过热电阻产生的毫伏电压由差动运放放大后送入非线性转换器，使得热电阻的温度-电阻非线性曲线得到补偿。非线性转换器的输出信号与热电阻感受的温度值呈非常好的线性关系。该信号被送往运放及三极管构成的V/I转换器，变换成了（4～20）mA的直流电流信号。变送器模块上有两个对零点和量程起微调作用的精密微调电位器，用于零点及量程的校正。

3.3.3 故障处理

（1）故障判断步骤

故障发生时，可以按下图所示思路进行故障的判断和检查：

图3-8 温度变送器故障判断流程图

（2）常见故障判断

表3-2 温度变送器常见故障

（1）站控系统所输入的仪表量程一定要与变送模块量程保持一致。

（2）注意保证仪表的密封性，防止雨水进入仪表造成短路，从而烧坏模块。

第4章  物位测量仪表

在生产过程中，把容器中存放的液体表面位置称为液位；把固体堆放一定高度的表面位置称为料位；两种互不相容、密度又不相同的物质的相交处的位置称为界位或界面。液体、料位和界面总称为物位。对物位进行检测的仪表称为物位检测仪表。

目前庆深气田主要采用的是液位仪表，主要包括浮球液位控制器、磁翻板液位计以及雷达液位计。

4.1 浮球液位控制器

浮球液位控制器适用于对各种容器内液体的液位控制，当液位到达上、下切换值时，控制器触点发出通断开关式信号。

目前，庆深气田所应用的该仪表主要安装在各分离器上，与闪光报警搭配使用，对容器内设置的液位上下限进行硬性报警。

4.1.1 主要结构

由互为隔离的浮球组件和触头组件两大部分组成。

4.1.2 工作原理

经由外部浮球感受液位的变化，通过磁力轴的传动从而带动仪表触头动作，实现对液位的报警和控制。当被测液位升高或降低时，浮球随之升降，使其端部的磁钢上下摆动，通过磁力推斥安装在外壳内相同磁极的磁钢上下摆动，其另一端的触头便使静触头连通或断开，控制闪光信号报警器发出声光报警，或其它控制作用。浮球液位控制器在随液位升降时，只有在处于动作范围上、下两个最大的位置时，动触头才会使静触头连通或断开，发出通断信号，而在升降动作过程中，静触头始终处于断开状态，这样就防止了误报警及连续报警。 

4.1.3 故障处理

浮球液位控制器在生产过程起到的是开关作用，通常与闪光信号报警器或其他连锁设备配合使用，因此其出现的故障就是失去了开关作用，根据实际维修经验，产生的故障主要有以下几个方面：

（1）浮球卡脖，对于高位报警浮球液位控制器来讲，浮球卡脖多是由于浮在液位表面的油污、杂质所致，并且这种情况多发生在冬季，当容器内的液位下降时，上面的少部分油污和杂质由于天冷推在浮球卡脖处，造成浮球不能正常工作。对于低液位报警来讲，多是由于容器内的淤积物过多造成。这两种情况产生的现象都可能使值班室内的闪光信号报警器灯常亮或达到报警限时不报警。第一种情况可将容器内的液位升高，超过浮球，用容器内的液体温度将油污杂质等化开；第二种情况只能清罐，将容器内的淤积物清除掉。

（2）浮球掉头，由于长时间使用，浮球液位控制器浮球连接处受到腐蚀，造成浮球掉头。

（3）磁钢退磁，由于长时间应用，浮球液位控制器浮球端部的磁钢失去磁性，其上、下运动时，就没有磁力推斥安装在外壳内相同磁极的磁钢上下摆动，另一端的触头便与静触头连通或断开，就起不到触点开关的作用。这种情况只能停容器，更换新的浮球液位控制器。

图4-1 浮球液位控制器实物及工作原理图

4.1.4 注意事项

（1）安装容器开口直径应大于浮球直径，浮球的动作范围应达到上、下两个最大位置，否则无法安装或浮球无法正常工作。

（2）不能安装在进出液口附近，否则液面波动大，容易造成误报警。 

4.2 磁翻板液位计

磁翻板液位计可用于各种塔、罐、槽、球型容器和锅炉等设备的介质液位检测。该系列的液位计可以做到高密封，防泄漏和适用于高温、高压、耐腐蚀的场合。它弥补了玻璃板（管）液位计指示清晰度差、易破裂等缺陷，且全过程测量无盲区，显示清晰、测量范围大。

目前，庆深气田所应用的该仪表主要安装在分离器及污水罐上，用于连续监测各容器内液位的变化，分离器的液位计与自动排液系统配套使用，来实现污水的自动排放。

4.2.1 工作原理

磁翻板式液位计是以浮子内磁钢驱动双色磁翻板的翻转来指示液位的一种新型仪表。腔体内具有磁性的浮子随着液面上下浮动，并且在浮动过程中通过磁耦合带动磁翻板翻转，使其泛红，从而直观的指示出液位值，使之与容器内液位保持同一高度。同时经过磁耦合使相对应液面的某一磁敏元件动作，通过转换器转换为对应的（4-20）mA电流输出。

图4-2 磁转柱液位计实物及工作原理图

4.2.2 故障处理

表4-1  磁翻板液位计常见故障

（1）液位计安装必须垂直，以保证浮球组件在主体管内上下运动自如。 

（2）液位计主体周围不容许有导磁体靠近否则直接影响液位计工常工作。

（3）电热带的铺设不能靠近磁翻板，防止磁翻板因受热而变形。 

4.3 雷达液位计

庆深气田所应用的该类仪表主要安装在分离器、甲醇罐及污水罐上，用于连续监测容器内液位的变化。

4.3.1 结构组成

雷达液位计主要由雷达探测器和雷达显示仪构成。雷达探测器重点由主体、连接法兰和天线三部分构成。

4.3.2 工作原理

发射—反射—接收是雷达液位计的基本工作原理。采用高频振荡器作为微波发生器，发生器产生的微波用波导管将它引到辐射天线，并向下射出。当微波遇到障碍物液体液面时，部分被吸收，部分被反射回来。通过测量发射波与液位反射波之间某种参数关系来实现液位测量。             

图4-3 雷达液位计实物及工作原理图

4.3.3 故障处理

表4-2 雷达液位计常见故障

（1）应该加强天线保温，避免天线结露。

（2）液位的高度是通过计算获得的，因此，计算机所输入的参数一定要正确。

第5章  流量测量仪表

流量是天然气生产过程中一个重要的参数。流量就是在单位时间内流体通过一定截面积的量。

流量分为瞬时流量和累计流量。瞬时流量是指单位时间内流过管道某一截面流体的数量，简称流量。累积流量是指在某一段时间内流过管道的流体数量总和，即瞬时流量在某一段时间内的累积值，又称为总量。

流量和总量又有质量流量、体积流量两种表示方法。单位时间内流体流过的质量表示为质量流量。以体积表示的称为体积流量。

流量的检测方法很多，所对应的流量计种类也很多，按照检测原理不同可分为如下三大类：

（1）速度式流量计

定义：以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表。

主要种类：差压式流量计、转子流量计、电磁流量计、涡轮流量计、旋涡流量计 、超声流量计、涡街流量计等。

（2）容积式流量计

定义：以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表

主要种类：椭圆齿轮流量计、腰轮流量计等

（3）质量流量计

定义：以测量流体流过质量作为测量依据的仪表。

主要分为直接式和间接式两种：

直接式是指直接测量质量流量，主要种类包括量热式、角动量式、陀螺式、科里奥利力式

间接式是指用密度与容积流量运算得到质量流量。

目前庆深气田所应有的流量仪表主要有孔板流量计、旋进旋涡流量计、涡街流量计、电磁流量计、以及罗茨流量计等。

5.1 孔板流量计

差压式流量计是基于液体流动的节流原理，利用流体流经节流装置所产生的压力差来实现流量测量的仪表，是最成熟，最常用的流量测量方法之一，差压流量计根据节流元件可以具体分为孔板、喷嘴、文丘里管三种流量计。

孔板流量计是将标准孔板与多参数变送器（差压变送器、温度变送器及压力变送器）配套组成的高量程比差压流量装置。庆深气田所应用的该仪表主要用于计量外输天然气的流量。

图5-1 孔板流量计工作原理图

5.1.1 主要结构

 节流装置（孔板和取压装置）、导压管、差压变送器。

5.1.2 工作原理

充满管道的流体流经管道内的节流装置，在节流件附近造成局部收缩，流速增加，在其上、下游两侧产生静压力差，流体流量愈大，产生的压差愈大，因而可以根据压差来衡量流量的大小。

5.1.3 故障处理

（1）故障判断步骤

孔板流量计有很多的组成部分，其中任何一部分出现故障，均会影响整个流量计的正常工作。故障发生时，可以按下图所示思路进行故障的判断和检查：

表5-2 孔板流量计故障判断流程图

（2）常见故障判断

表5-1 孔板流量计常见故障

（1）计算机内输入的仪表量程及孔板等参数一定要与现场实际一致。

（2）孔板流量计的流量计算与天然气的物性参数有关，为此需要定期对气体组分进行分析，并依据检测结果进行重新输入。

（3）对孔板要进行定期的提取及清洗，排除孔板因素对流量计测量结果的影响。

（4）对差压变送器要定期进行放空处理，排除引压管内的积水及杂质。

5.2 旋进旋涡流量计

旋进旋涡流量计是集流量、温度、压力检测功能于一体，并能进行温度、压力、压缩因子自动补偿的新一代流量计，是石油、化工等行业用于气体计量的理想仪表。

庆深气田所应用的该仪表是TDS系列，主要用于轮换计量及自用天然气流量的计量。

5.2.1 主要结构

旋进旋涡流量计结构紧凑，主要由壳体、旋涡发生体、传感器（温度、压力、流量）、整流器、支架和转换器构成。

图5-3 旋进漩涡流量计结构图

5.2.2 工作原理

当沿着轴向流动的流体进入到流量传感器入口时，在旋涡发生体的作用下，被强制围绕中心线旋转，产生旋涡流，旋涡流在文丘里管中旋进，到达收缩段突然节流后，使旋涡流加速，当通过扩散段时，旋涡中心沿一锥形螺旋线进动。此时，旋涡中心通过检测点的进动频率与流体的流速成正比。由压电传感器检测到的旋涡流进动频率信号经放大、滤波、整形后转换成流量值进行就地显示或信号选择。

图5-4 旋进漩涡流量计工作原理图

5.2.3 故障处理

（1）正常工作下面板显示

图5-5 流量计在工作状态下的面板显示

说明：

总量（标准体积）最小可保留小数后4位，小数点自动进位，10位溢出后自动清零。

流量（标准体积）最小可保留小数后2位，最大值为9999m3/h，当超出时示值闪烁，此时实际值为示值的10倍。

温度示值为—XX.X℃至XXX℃，当小于100℃时，保留1位小数显示。

压力示值最小可保留1位小数，最大值为9999kPa，当超出时示值闪烁，此时实际值为示值的10倍。

当电池符号出现闪烁时，表示电池欠压，应在半个月内及时将电池换上。 

（2）故障判断步骤

故障发生时，可以按下图所示思路进行故障的判断和检查：

 表5-6 旋进旋涡流量计故障判断流程图

（3）常见故障判断

表5-2 旋进旋涡流量计常见故障

（1）安装流量计前应清理管道杂物，焊渣、粉尘等。

（2）流量计运行时应缓慢打开后关闭阀门，防止瞬间气流冲击而损坏管路和仪表。

（3）流量计运行时不允许打开后盖，更改内部参数，否则会影响流量计的正常运行。

（4）若输出信号为（4—20）mA，为提高其准确度，用户使用时应根据实际的最大标准流量设定20mA的对应值。

（5）对流量计进行任何形式的维修，必须先将流量计停用（正常流程走旁通）。

（6）应定期抄录表头数据（每天或每周）以及不定期查看电池状况、检查仪表系数及铅封等，如发现异常及时处理。

5.3 涡街流量计

涡街流量计主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小。

庆深气田所应用的该仪表主要用于天然气分离产生的污水流量的计量。

5.3.1 主要结构

涡街流量计由传感器和转换器两部分组成。

5.3.2 工作原理

涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的，流体在管道中经过涡街流量变送器时，在三角柱的旋涡发生体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡，涡街产生的脉冲频率与被测流体的实际体积流量成正比。

图5-7 涡街流量计实物图及原理图

5.3.3 故障处理

                         表5-3 涡街流量计常见故障

（1）安装时应使传感器的流向标志与管道内流体流向一致。 

（2）连接传感器的屏蔽电缆走向，应尽可能远离强电磁场的干扰场合。绝对不允许与高压电缆一起敷设，屏蔽电缆要尽量缩短，并且不得盘卷，以减少分布电感，最大长度不应超过200米。 

（3）安装传感器前，管道必须进行清洗。冲掉管内的杂质，避免通流后堵塞传感器。测量液体的管道必须充满被测液体，防止气泡的干扰。 

5.4 电磁流量计

电磁流量计是一种高精度、高可靠和使用寿命长的流量仪表，采用电磁感应的方法测量具有导电性的液体介质的流量，常用来测量酸、碱、盐溶液以及含有固体颗粒(例如泥浆)或纤维液体的流量。

庆深气田所应用的该仪表主要用于消泡剂流量的计量。

5.4.1 主要结构

电磁流量计简单说是由流量传感器和变送器组成的。

　　流量传感器是把流过管道内的导电液体的体积流量转换为感应电势。其转换原理就是著名的法拉第电磁感应定律，即导体通过磁场，切割电磁线，产生电动势。

变送器是把电势信号转换成统一的直流标准信号作为输出，以便进行指示、记录和控制。由励磁电路、信号滤波放大电路、A/D采样电路、微处理器电路、D/A电路、变送电路等组成。

5.4.2 工作原理

电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。在电磁流量计中，测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时，因流体切割磁力线而产生感应电势。

图5-8 电磁流量计实物图及原理图

5.4.3 故障处理

电磁流量计在运行中产生的故障有两种：一是仪表本身故障，即仪表结构件或元器件损坏引起的故障；二是由外部原因引起的故障，如安装不妥流动畸变、沉积和结垢等。

表5-4 电磁流量计常见故障

罗茨流量计又称气体腰轮流量计，是一种容积式流量计。主要用于对管道中气体流量进行连续或间歇测量的高精度计量仪表。它具有精度高、可靠性好、重量轻、寿命长、运行噪声低、安装使用方便等特点。

庆深气田所应用的该仪表主要用于外供天然气流量的计量。

图5-9 罗茨流量计实物图

5.5.1 主要结构

由壳体、腰轮转子组件（即内部测量元件）、驱动齿轮与计数指示组件等构成。在罗茨流量计的壳体内有一个计量室，计量室内有一对或两对可以相切旋转的腰轮，在流量计壳体外面与两个腰轮同轴安装了一对驱动齿轮，他们相互啮合使两个腰轮可以相互联动。

5.5.2 工作原理

利用测量元件—两个腰轮，把流体连续不断的分割成单个的体积部分，利用驱动齿轮和计数指示结构计量出流体总体积量。工作原理可以从下图中的四个过程来分析。当有气体通过流量计时，在流量计进出口气体压力差的作用下，两腰轮将按如图方向旋转。当在进气口充入气体时，两个腰轮都向外转，如图位置1所示。当下边的腰轮成水平状态时，在它下边存有一定体积量的气体，连续转动时，一定体积量的气体将从排气口排出，见图位置2所示。上边的腰轮将进来的气体存入上腔中，并将气体送出排气口，见图位置3、位置4所示。当进气压力高于排气压力时，两个腰轮将连续转动，一次次地排出气体，当两个腰轮各完成一周的转动时所排出的气体为一回转量。在腰轮转动轴上带动一副蜗轮和一套变速齿轮组合传送到计数装置进行累计流量计量。

位置1                               位置2

位置3                               位置4

5.5.3 故障处理

表5-5 罗茨流量计常见故障

（1）表头要有一定数量的润滑油，润滑油一般为硅油或砷油。

（2）应按时定期巡检，听：运转是否有杂音；看：表头机械记数器有无卡阻，记录是否连续。

（3）每半年应清洗一次过滤器，过滤器是否堵塞从进出口压力差来判断。一般压差超过0.07MPa应清洗。

（4）在流量计规定范围内使用，不得超限；超载20％不得过30分钟，否则会降低计量准确度。

（5）启用前应首先缓慢开启旁通阀然后打开流量计入口阀，再打开出口阀，打开出口阀同时一定要密切注视流量计指针的移动速度，正常工作后，再关闭旁通阀，如出现异常，应立即打开旁通阀，同时关闭出入口阀，进行检查处理。

第6章  站控系统

站控系统主要功能是对井站生产参数进行采集、传输和设备控制，在气田井站生产运行中发挥着极其重要的监控管理作用，是保证井站正常运行不可缺少的重要组成部分。

目前，庆深气田采用的是YF3021系列集气站监控系统，此系统选取了英国MTL公司生产的本质安全过程I/O模块，是“从本质上就安全的系统”。

6.1 基本概况

图6-1  PLC为中心站控系统结构图

6.2 结构组成

从结构图可以看出，站控系统主要由以下三部分组成：

（1）参数检测单元：用于监测现场温度、压力、流量、液位等生产参数的变送仪表。

（2）运算处理单元：I/O模块、CPU、电源模块、接口模块、通信模块、浪涌保护器、安全栅、交换机等。

（3）输入输出单元：上位机、打印机等输入输出设备。

6.3 工作过程

现场仪表通过屏蔽电缆将4-20mA信号送至系统I/O模块，转换为数字信号后保存在I/O模块的寄存器内。CPU通过定时扫描将寄存器内保存的数据读取至CPU模块的寄存器内，将数字信号转换为现场变送器的对应值，比如：5.1MPa、30℃等，并将转换后的数据保存在CPU的内存卡中，PLC系统通过通讯模块与上位机通讯，CPU内存卡上的数据被读取到计算机后，通过上位软件WINCC的组态，显示在上位机的工艺流程图中。

6.4 故障处理

站控系统是一个自动化程度较高，结构复杂的庞大系统，由很多组成单元，无论系统中哪一部分出现了问题，均会使站控系统运行异常，从而影响正常生产。

                            表6-1 站控系统常见故障

通过站控系统几年来的运行情况，依据故障处理的经验总结，最终归纳出 “四一致，三核实”的站控系统故障判断步骤和方法：

依据此步骤和方法，新上岗的仪表技术人员可以在很短的时间内实现、快速以及准确的进行系统的故障判断和排除。

第7章  自动排液系统

LYLCA——Ⅲ（Ⅳ）节电型自动排液系统被广泛应用于天然气井站、集气站气液分离器内的气田水的自动控制排放及计量。该系统可提高天然气井站的就地自动化水平，避免因人工操作不当造成的气液分离翻塔或串气，防止天然气能源的大量损失和环境污染及人为安全事故，有利于提高企业经济效益和减轻操作人员的劳动强度。

图7-1  LYLCA-Ⅲ(IV)节电型自动排液系统结构图

7.1 结构组成

从图7-1中可知，LYLCA-Ⅲ(IV)节电型自动排液系统主要由四部分构成：

（1）磁性液位计——含液位检测杆

（2）液位检测控制仪——含液位电子控制模块、电子计数器、声光报警器

（3）气动控制柜——含接线端子盒、防爆电磁阀、高压调压器、低压精细过滤器、高压过滤器

（4）气动排液阀——含气动排液阀门、阀套式排污阀、气源针阀

7.2 工作原理

如图7-1所示，液位计(2)筒体内磁浮子随着分离器内液位的上升而上升，并且在上升过程中吸合磁翻板磁柱，使磁翻板泛红显示分离器中污水液位的高度。液位检测杆(3)内的上下限液位开关、上下限液位报警开关用于监控其液位变化。当分离器内液位升至设定排液高度时，磁浮子使上液位开关闭合，输出讯号给液位检测控制仪(Ⅱ)内的液位电子控制模块，使电磁阀(5)通电，此时由气动控制柜控制单元(6、7、8)减压至0.2~0.5MP的天然气经电磁阀进入气动排液阀(9)上模腔，排液阀立即打开进行自动排液，随着分离器液位的下降、磁浮子使下液位开关闭合，液位电子控制模块使电磁阀失电面换向，气动排液阀模腔内气体经换向后由电磁阀排出，排液阀关闭，自动停止排液。如此周而复始进行自控排液，并自己记录排液次数累计排液量。若发生故障，分离器内液位产生超高、超低时，现场值班室的液位检测控制仪均发出声、光报警讯号，及时提醒操作人员处理和排除故障。

7.3 故障处理

系统已发生故障时，在气源压力（0.25～0.4）MPa正常状态下，应首先用磁钢接触液位检测杆的排液上下限，如果正常排液证明检测单元——液位计存在故障，如果不排液证明控制单元——控制柜故障，如果控制柜故障，则首先检查电磁阀，第一步是在切断报警器电源时用人工推、拉点磁头手动换向杆，检查排液阀是否同步开闭，若同步动作证明电磁阀体工作正常，此时应检查电器部分故障。

7.3.1 液位计故障

判断方法：此类故障较容易判断，液位计中用于显示液位的翻板损坏，排列不整齐。

解决方法：更换新翻板

注意事项：翻板安装也是有顺序的，左白右红。

7.3.2 浮子故障

判断方法：如系统不正常自动排液，则用磁钢接触检测杆的上控限和下控限，看自动排液系统是否动作，如果动作则说明系统没有问题，浮子可能存在故障。

解决办法：浮子故障主要表现为三个方面：

（1）被脏物堵住：此种问题是污水杂质多且长时间未对浮子进行清洗的缘故，可通过将浮子拆下进行清洗，并将浮筒内壁都进行擦拭来解决。

（2）温度低冻住：此种问题主要是由于温度低导致，可检查电热带工作是否正常，解决办法主要是加强保温，防止冻堵。

（3）浮子损坏：此种问题主要是由于操作不当引起的，解决办法，更换新的浮子，平时操作时要遵循操作规范。

图7-2 LYLCA-Ⅲ(IV)节电型自动排液系统浮子

注意事项：当分离器已在用，在启用液位计时应按正确顺序操作，且动作要缓慢，以免快速动作使浮子发生损坏。

拆卸浮子清洗的步骤：

停液位计顺序：先关下控阀，后关上控阀，开放空，然后将浮子取出，进行清洗，并将浮筒壁进行擦拭，然后将浮子再装上即可。

启液位计的顺序：先开上控阀，后开下控阀

7.3.3 控制柜故障

判断方法：如系统不正常自动排液，则用磁钢接触检测杆的上控限和下控限，看自动排液系统是否动作，如果不动作则说明自动排液控制柜存在故障。这部分故障主要分为以下三方面：

图7-3 LYLCA-Ⅲ(IV)节电型自动排液系统控制柜内部结构图

（1）线路故障

 判断方法：将控制箱内的防爆接线箱打开，看模块上是否有一红灯亮，另一排一绿灯在闪烁，如都不亮则可能没有供电，则检查现场输入端是否有24V电压，如果没有，则可能是值班室控制柜的保险损坏；如果有，则检查模块输入端是否有电压，如果没有则可能是线路问题。

解决方法：更换新保险或更换新的电线

注意事项：C1-C2 ：电磁阀供电；A1-A3：打开控制；A1-A3：关闭控制；

D1+-D2- ：24V供电端子（看现场有无24V则检测此端子）

（2）控制模块故障

    判断方法：（1）如果B灯亮，则模块故障（2）如果用磁钢接触排液上限时即开始排液而A2不亮；接触下限时即停止排液而A3不亮时，则可能模块故障；

解决方法： 更换控制模块

注意事项： 正常状态

第一排灯：A2 （绿）—开亮 A3（绿或黄）—关亮 A1(红)——公共端（常亮）

第二排灯：B (红) （熄灭）      C（绿）（闪烁）

图7-4  LYLCA-Ⅲ(IV)节电型自动排液系统电路板

（3）电磁阀故障

判断方法：（1）漏气；（2）掰动手动按钮，看是否有排液动作，如果没有则可能是电磁阀有脏物堵塞或损坏。

解决方法：将电磁阀阀头拆下，对电磁阀进行检查看是否有脏物堵塞，进行吹扫或更换。

7.3.4 调压阀故障

判断方法：切断气源，高低压进行放空后，旋转调压阀，压力表不归零或调压不灵活。

解决方法：更换调压阀 

注意事项：调压过程：

(1) 归零操作：关气源，开高低压放空，待气被放净后，将调压阀做逆时针旋转，

使其回零。

(2) 调压操作：关高低压放空阀，缓慢打开气源，然后顺时针旋转调压阀，将压

力调到(0.25 -0.4)MPa即可。

图7-5  LYLCA-Ⅲ(IV)节电型自动排液系统调压阀

7.3.5 液位计顶端的接线盒故障

判断方法：如果自动排液控制柜经检查无故障，工作正常，但是如果用磁钢接

触排液上限时即，开始排液而A2不亮；接触下限时即停止排液而A3不亮时，则可能接线盒故障，检测到的液位信号未传到控制柜内。

解决方法：检查并更换损坏线路

7.3.6气缸故障

判断方法：如果自动排液控制柜无故障，工作正常，但在应该排液时，听不到气

缸动作的声音，可能是汽缸存在故障。

解决方法：进一步检查，并将损坏件进行更换。

7.4 注意事项

（1）现场巡回检查时,务必观察气源过滤或减压单元的压力表指针是否在

(0.25～0.4)MPa以内。

（2）每班（8小时）应对二级高、低压过滤器人工排污一次，以排除其积液及杂

质。

（3）电磁阀头部有手拉换向杆，向外拉为人工打开排液阀，向里推为人工关闭

排液阀，仅在装置故障时短期内人工切换。须切断报警器电源。

（4）阀门的阀杆，螺栓等易锈除应常用黄油保养。

（5）应定期对液位计进行清洗，减少杂质在液位计腔体的堆积。

附录A 故障处理实例

1、温度变送器故障

实例1 2011年某天，徐深1扩建站某温度变送器显示不准确，为了查找故障原因，进行了一系列的故障排查：

（1）现场查看仪表是否有24伏供电，发现仪表供电正常；

（2）查看阻值是否正常，且经过阻值换算后查看与现场就地显示温度仪表的示值是否一致，发现一致证明热电阻正常。

（3）查看仪表输出电流与热电阻阻值二者换算后对应的温度值是否一致，发现不一致。

初步判断变送模块故障，后经更换后，工作正常。

2、孔板流量计故障

实例1 2011年某天，徐深1扩建站孔板工作异常，主要表现为瞬时显示不准确且不稳定，为了查找故障原因，进行了一系列的故障排查：

（1）对差压变送器，压力变送器进行放空操作，均归零显示且无异常，温度变送器也工作正常；

（2）提取孔板，对其进行检查和清洗，发现孔板并无异常。清洗完孔板后，注入了密封脂。恢复后，瞬时就恢复了正常，证明故障原因是密封性不好，经过注脂后恢复了正常。

实例2 2012年某天，徐深9站孔板流量计工作异常，主要表现为值班室上位机上无瞬时显示，为了查找故障原因，进行了一系列的故障排查：

（1）对压力变送器放空均归零显示且无异常，温度变送器显示与现场温度计基本一致工作正常；

（2）对差压变送器进行放空处理，发现不归零，现场测量电流，发现仪表无输出电流。

初步判断差压变送器故障，后经更换后，工作正常。

3、站控系统故障

实例1 2010年，徐深603站站控系统4个节点压力出现异常，显示-2.49 Mpa和-7.98 MPa，为了查找故障原因，进行了一系列的故障排查

（1）对现场压力变送器进行放空处理，归零显示，现场检测电流与仪表现场显示一致，证明仪表工作正常；

（2）控制柜内系统模块故障灯闪烁。

从而证明模块故障，后经更换后，系统工作正常。

实例2 2011年3月4日，徐深1扩建站孔板工作异常，主要表现为差压和瞬时显示正常，而通过底数减底数算出的全天产量要比通过瞬时推算出的全天产量多出40万m3 /d，以后每天二者相差的数值越来越少，等到3月7号的时候，就恢复正常了，即两种方式算出的产量就相同了。

2011年3月14日，徐深1老站孔板流量计发生故障，主要表现为：瞬时和差压显示正常，但用底数减底数算出的全天产量要比通过瞬时推算出的全天产量少了7000m3 /d。为了查找故障原因，进行了一系列的故障排查：

（1）对差压变送器，压力变送器进行放空操作均归零显示且无异常，温度变送器与现场双金属温度计显示基本一致，从而证明现场变送仪表均工作正常；

（2）提取孔板，对其进行检查和清洗，孔板无异常；

（3）控制柜内的差压变送器、压力变送器以及温度变送器等仪表反馈回来的电流与仪表输出电流一致，证明信号电缆工作正常；且与上位机上的显示一致，证明模块工作正常。

（4）重新启动计算机及CPU，故障未消除。

通过一步步的排查，证明瞬时流量是真实的，从而证明了底数累计出现了错误，从而初步判断出故障的原因是系统程序出现了问题，向上级进行了汇报，并通知PLC厂家来进行查看维修。厂家通过检查确定为程序在设计时对参数类型以及流量累计程度等因素考虑的不周全导致了故障，后经处理后，系统工作正常。

4、自动排液系统故障

实例1 2011年某日，徐深1-101站1号重力分离器自动排液系统故障，为了查明故障原因进行及时处理，进行了如下的故障排查：

第一步：用磁钢接触检测杆的上控限和下控限，看自动排液系统是否动作，系统不动作则说明自动排液系统的控制单元——控制柜存在故障。

第二步：在控制柜内掰动电磁阀的手动按钮，看是否有排液动作，发现没有。

初步判断电磁阀有脏物堵塞或损坏，对电磁阀进行拆卸吹扫后，系统工作正常，证明确实是电磁阀堵塞导致系统不动作。

实例2 2011年某日，徐深603 二号计量分离器自动排液系统故障，为了查明故障原因进行及时处理，进行了如下的故障排查：

第一步：用磁钢接触检测杆的上控限和下控限，看自动排液系统是否动作，发现系统不动作则说明自动排液系统的控制单元——控制柜存在故障。

第二步：在控制柜内掰动电磁阀的手动按钮，看是否有排液动作，发现系统动作，则说明电磁阀工作正常。

第三步：将控制箱内的防爆接线箱打开，发现模块上所有灯都不亮则可能没有供电，检查现场输入端发现确实没有24V电压。

初步判断可能是值班室控制柜的保险损坏，后经更换新的保险后，工作正常。

LYLCA-Ⅲ(IV)节电型自动排液系统防爆接线箱

实例3 2011年某日，徐深1站1号计量分离器自动排液系统故障，为了查明故障原因进行及时处理，进行了如下的故障排查：

第一步：用磁钢接触检测杆的上控限和下控限，看自动排液系统是否动作，发现系统动作则说明自动排液系统的检测单元——液位计存在故障。

第二步：用磁钢紧贴液位计腔体内壁吸附浮子向上移动，发现浮子并不跟随移动。

初步判断浮子被卡住导致无法移动，后经拆卸清洗后，系统工作正常。下载本文