第九章-自动化仪表工程

第九章自动化仪表工程油气田地面仪表工程的自控容主要包括温度检测、液位检测报警、压力检测联锁、流量检测、可燃气体检测及报警、变频控制等。

本章仅对油气田地面工程中常见的自动化仪表设备的安装调试以及自动化仪表电缆敷设、仪表管道安装、仪表回路试验、系统调试等知识进行介绍。

第一节仪表专业分工界限及相关组成一、仪表和其他专业的分工界限油气田地面建设中的仪表工程和其他专业的分工界限可以根据施工图中设计划分进行区别，原则上是材料、设备设计到哪个专业，由哪个专业进行施工。

在实际的施工过程中，为了很好地明确施工责任，这一划分原则又被具体地定义为以下几个方面。

1．仪表与工艺专业分工界限流量计本体均由工艺专业安装，节流装置、压力检测仪表、在线分析仪表由工艺专业安装到一次取样阀；温度取源接头、法兰及保护套管由工艺专业安装；浮筒式液位计、液位开关的取源法兰、玻璃板液位计由工艺专业安装，法兰差压液位变送器、差压液位变送器要求工艺安装到一次取压阀，雷达液位计导波管、伺服液位计扶正管由工艺专业安装；执行机构本体由工艺专业安装，其气源、液源工艺需安装分支阀门到距执行机构1m以。

2．仪表与电气专业分工界限电气专业负责把电源送到仪表盘及站控PLC机柜开关的上侧，UPS的电源进线由电气专业连接；电气设备、电气盘的联锁及状态信号的配接线一般由电气专业施工。

站控室PLC机柜及仪表盘的接地由电气专业施工到盘柜附近，并预留连接接头。

3．仪表与土建专业分工界限站控室盘柜的槽钢基础、混凝土基础、地脚螺栓，电缆桥架的基础、钢结构，混凝土电缆沟、仪表电缆及桥架的进户洞、水池及污油池等的仪表安装孔均由土建进行施工。

二、仪表常用管件及阀门1．仪表常用阀门仪表常用阀门有两阀组、三阀组、高压法兰截止阀、螺纹截止阀、气源球阀等五种形式。

两阀组通常与压力变送器配套使用，三阀组通常与差压变送器配套使用。

高压法兰截止阀一般用于注水泵出口管道的压力测量管路上，螺纹截止阀通常作为取压一次阀使用，气源球阀主要用于仪表供气场合。

2．仪表常用管件仪表常用管件有防爆活接头、Y型密封接头、防爆格兰头、卡套接头、直通终端接头、承插焊锻制90°弯头、承插焊等径锻制三通、承插焊直通接头，焊接异径接头、铜制（钢制）气动管路接头等。

三、仪表回路的构成1．检测回路的构成检测回路是仪表最基本、最简单的回路之一，一般由检测仪表、防雷栅、安全栅、输入模块、控制系统等组成。

压力变送器、液位变送器、温度变送器、流量计、热电阻等一次仪表将工艺参数转化为标准的电信号，通过安全栅、防雷栅等元件进入PLC控制系统的模拟量输入模块，最终转化为数字信号，在计算机系统上显示相应的工艺参数。

2．控制调节回路的构成控制调节回路一般由检测仪表、防雷栅、安全栅、输入模块、控制系统、输出模块和调节阀及变频器等组成。

在控制调节回路中，检测仪表的测量值PV、输入到DCS控制系统的PID模块，与PID 模块的人为设定值SV进行比较，DCS系统根据这一偏差的大小，输出标准的4～20mA信号，控制调节阀的开度、变频器的输出，通过P、I、D的调整，使物料在给定值的上下围达到平衡，从而实现控制调节。

3．报警联锁回路的构成报警联锁回路一般由检测及开关仪表、防雷栅、安全栅、输入模块、控制系统、输出模块、继电器和执行机构及电机等组成。

检测仪表的测量值PV达到某一设定或开关仪表的节点动作时，DCS 控系统报警，并通过数字输出模块输出节点信号控制继电器，继电器输出控制执行机构开启或闭合、电机等动设备启动或停止。

第二节仪表设备的校准和试验仪表安装前必须进行校准和试验，以确认仪表的部参数设置符合设计文件要求，仪表的功能符合产品技术文件所规定的技术性能。

一、准备工作仪表设备在校准和试验前，应做好以下几项准备工作。

1．试验间准备仪表设备校准和试验应在室进行，室应清洁、安静、光线充足、通风良好；温度保持在10～35℃之间，空气相对湿度不大于85%；有符合试验要求的电源和仪表风气源；无强磁场干扰。

2．标准仪器准备试验用的标准仪器，应具备有效的检定（校准）合格证，其基本误差的绝对值不超过被校仪表基本误差绝对值的1/3。

3．人员准备仪表校准和试验的人员应具审核图纸能力及仪表专业等方面的基础知识，并经培训合格取得计量检定员证书。

二、一般要求经校准和试验合格的仪表，应满足以下两方面的要求。

1．外观检查（1）设备的型号、规格、测量围、材质、显示部分、电源等级等技术条件，外形尺寸、连接规格应符合设计要求。

（2）设备无变形、损伤、油漆脱落、零件丢失等缺陷。

（3）端子、接头、安装支架等附件齐全。

（4）出厂合格证及检验报告、说明书齐全。

2．试验结果（1）仪表零点正确，偏差值不超过允许误差的1/2。

（2）基本误差小于该仪表精度等级。

（3）变差应符合仪表精度等级的允许误差。

（4）液晶显示部分数字完整，多种模式可调。

（5）指针灵活无抖动、阻尼和跳动现象。

（6）双法兰等变送器能够100%负迁移。

三、校准和试验仪表的校准和试验按计量法要求，与工程的安全相关的仪表及参与贸易计量的仪表，必须送到国家法定计量部门进行校准和试验，并出具合格的检定证书。

仪表校准和试验一般采用0、50%、100%三点校验法和0、25%、50%、75%、100%五点校验法。

1．仪表电源设备的试验仪表电源设备的试验容主要包括绝缘电阻测量、电源输出试验和带负载能力试验等。

仪表电源设备的绝缘电阻一般不应小于5MΩ，电源箱的电源输出试验及带负载能力应符合产品说明书及设计文件的规定。

2．压力检测仪表试验压力检测仪表的试验设备主要有压力校验台、真空泵和压力校验仪等。

试验时，采用试验设备对压力检测仪表进行加压，并与标准压力表或加压设备的示值进行比较，以验证压力检测仪表的准确性。

3．温度检测仪表试验温度检测仪表用Fluke 9011高低温校准炉对温度仪表进行校验。

将温度仪表插入Fluke 9011高低温校准炉中，对各校验点进行加热升温，并且将各仪表的输出与Fluke 9011高低温校准炉的示值进行比较。

双金属温度计的校准点不应少于三点，设计有特别要求的温度计，应作五点的校验。

热电偶、热电阻、一体化温度变送器校准点不应少于五点，校验前应作导通和绝缘检查。

4．分析检测仪表试验分析检测仪表用标准样品进行试验。

含水分析仪校验时，用符合设计规定的标准样品进行试验，与标准样品进行比较，计算其检测精度是否符合要求。

可燃气体报警器、有毒、有害气体传感器和感烟感温探测器一般在安装后，在现场采用标准样品进行试验。

5．显示仪表示值误差试验（1）信号比较法：用信号发生器向被校仪表和标准仪器加同一信号，将被校仪表的示值与标准仪表的示值进行比较，求出各点示值误差。

（2）直接试验法：用FLUK等标准仪器直接给被校仪表加信号，通过标准仪器的信号示值与被校仪表示值相比较，然后求出被校仪表的各点误差。

6．流量检测仪表试验流量检测仪表一般委托国家法定计量部门进行试验。

7．物位仪表试验（1）雷达液位计、超声波物位计安装完成后，将容器的制造高度、体积、死区等参数通过仪表面板或远红外通讯器置入仪表，进行现场投用，超差时，改变以上参数值，重新设置，直至满足测量要求。

（2）浮筒式液位计可用带有刻度的容器中加入符合要求的液体介质（水）进行试验，检测其输出是否符合要求。

（3）浮球式液位变送器在全量程围三点手动托动浮球，变送器输出信号分别为0、50%、100%，其基本误差及变差均不应超差。

（4）浮球式液位开关检查时，用手操作浮球上、下移动，带动磁缸使开关触点动作，用万用表检查触点的通断。

（5）电容式物位开关试验时，将探头插入物料后，通电后状态指示灯亮，输出继电器应动作。

（6）音叉式物位开关试验时，通电后，用手指按压音叉端部强迫停振，输出继电器应动作。

（7）双法兰液位变送器试验用压力校验台在正压室侧全量程五点校验，安装完成后，在空容器的状态下进行负迁移。

8．调节阀、执行机构试验（1）调节阀模头应进行气密性试验，试验时，将O.6MPa的仪表空气输入薄膜气室，切断气源后5min，气室压力不下降为合格。

（2）事故切断阀应进行阀座密封试验，调节阀、开关阀进行耐压强度试验，调节阀进行泄漏量试验。

（3）调节阀的行程进行试验，在全行程进行正反行程试验，分五点进行检测，行程允许偏差为±1%。

（4）事故切断阀必须进行全行程时间试验，在切断阀处于全开（或全关）状态下，操作电磁阀，使切断阀全关（或全开），用秒表测定电磁阀开始动作到切断阀走完全行程的时间，该时间不得超过设计规定值。

第三节 仪表的安装一、施工程序自动化仪表工程施工一般程序如图9-1所示。

图9-1 自动化仪表工程施工程序图二、仪表安装1．一般要求（1）有脱脂要求的仪表在安装前应进行脱脂。

（2）仪表应安装在无强烈振动、无高温、无腐蚀、无强电磁场干扰的地方，安装位置应符合设计规定，并且便于安装、维护、观察及操作，所有仪表进线口不应朝上。

（3）仪表校准合格后方可安装。

（4）仪表应安装在介质流速稳定处，尽量避免安装在管道的弯头处和工艺阻流件附近。

（5）压力与温度仪表在同一管段上安装时，压力仪表应在温度仪表的上游侧。

（6）仪表取源部件距离焊道的距离不应小于100mm 。

（7）仪表安装应在工艺吹扫完成后进行，避免损坏仪表传感部件。

2．温度检测仪表安装油气田地面工程常用的温度检测仪表主要包括热电阻、热电偶、温度变送器、双金属温度计等。

热电阻一般用于测量低温，在油气田地面工程中应用比较普遍，如图9-2所示；热电偶一般用于测量高温，在油气处理厂应用较多；双金属温度计用于就地温度指示。

温度检测仪表的安装方法大体相同，首先在工艺管道或设备上安装温度取源部件，然后安装仪表设备，仪表设备与温度取源部件之间一般采用螺纹连接。

施工准备 仪表的校准和试验 电缆桥架安装 试压和吹洗 系统测试 仪表联调 投运 仪表盘箱柜安装 二次仪表安装 现场仪表安装 电缆敷设接线图9-2 热电阻安装图1）温度取源部件安装温度取源部件由工艺专业安装在工艺管道上，安装位置及方法由仪表专业技术人员现场进行交底。

安装要求如下：（1）取源部件的安装应在工艺管道预制、安装的同时进行，尤其是防腐、衬里管道和砌体或混凝土浇注体上的取源部件，应预埋、预留。

开孔和焊接工作必须在设备、管道的防腐衬里和压力试验前完成。

（2）在高压、合金钢、有色金属工艺管道和设备上开孔，应采用机械加工的方法，不可用火炬切割。

（3）取源部件的焊接应符合工艺管道焊接专业的要求。

（4）取源部件在管道上安装时，应逆介质流向成45°角安装，或垂直安装。

（5）安装位置应选择在被测介质温度变化灵敏，具有代表性和便于观察的地方。

（6）温度取源部件插入管道深度：直型连接头、45°角连接头以不露出管道壁为宜。