新型智能流量變送器在數(shù)字化油田的研究與應(yīng)用

任井保，劉偉，王志瑛，薛雅

（中石油玉門油田公司酒東采油廠聯(lián)合站，甘肅 酒泉 735005）

新型智能流量變送器在數(shù)字化油田的研究與應(yīng)用

任井保，劉偉，王志瑛，薛雅

（中石油玉門油田公司酒東采油廠聯(lián)合站，甘肅 酒泉 735005）

在數(shù)字化油田的生產(chǎn)中，輸油管線中容積式流量計(jì)的使用特別重要。本文分析了新型智能流量變送器的研究和應(yīng)用，對流量變送器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，從光電脈沖表頭、表頭以及型智能流量變送器三個方面進(jìn)行了簡單的討論，對ZMTD性智能流量變送器的應(yīng)用從安裝測試階段和推廣應(yīng)用兩個階段進(jìn)行了分析。

智能流量變送器；流量計(jì)；監(jiān)測裝置

容積式流量計(jì)具有較高的精準(zhǔn)度，被廣泛用于油田的原油管道輸送計(jì)量的過程中。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化油田的建設(shè)越來越多，使用傳統(tǒng)機(jī)械表頭已經(jīng)不能很好的完成數(shù)據(jù)流量的在線監(jiān)控工作，必須使用電子流量計(jì)表頭，通過轉(zhuǎn)換遠(yuǎn)傳流量信號的方式，完成在線監(jiān)控的相關(guān)工作。企業(yè)應(yīng)引進(jìn)新型智能流量變送器，這種類型的流量變送器穩(wěn)定性極高，收集的信息也比較準(zhǔn)確，采取現(xiàn)場試驗(yàn)測試的方式，為今后的工作做準(zhǔn)備，具有非常重要的意義。

1 流量變送器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 流量變送器技術(shù)的應(yīng)用方式

在油田的實(shí)際生產(chǎn)中，一般常用的流量計(jì)有橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)以及刮板流量計(jì)。通常在流量計(jì)的機(jī)械傳動輸出軸上進(jìn)行變送器的安裝，使機(jī)械輸出信號通過計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺賹㈦娦盘栞斔偷秸究夭僮飨到y(tǒng)，完成瞬時(shí)、累積流量的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控工作。流量變送器主要采用光電轉(zhuǎn)換和電磁轉(zhuǎn)換的方式進(jìn)行信號的轉(zhuǎn)換。包括脈沖信號、485信號采集和CMBUS 方式進(jìn)行傳輸和采集過程，通過不同的轉(zhuǎn)換方式和傳輸方式，生成不同類型的流量變送器。在數(shù)字化油田的生產(chǎn)中，常用的有光電脈沖表頭和RS?485表頭兩種。

1.2 光電脈沖表頭

光電脈沖表頭的工作原理是將光電脈沖發(fā)生器安置在流量計(jì)機(jī)械表頭輸出轉(zhuǎn)軸上，光電脈沖發(fā)生器通過“機(jī)—光—電”的編碼方式，組成結(jié)構(gòu)包括光柵盤和光電檢查裝置。工作時(shí)，光柵盤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，與流量計(jì)機(jī)械輸出軸保持同一速度，通過發(fā)光二極管等電子元件構(gòu)成的檢測裝置，對輸出的不同脈沖信號進(jìn)行檢測，再經(jīng)信號線把輸出的信號傳至PLC，PLC 程序?qū)γ棵腌娸敵龅拿}沖信號通過編碼器的個數(shù)進(jìn)行計(jì)算，包括計(jì)算流量計(jì)的轉(zhuǎn)速以及累積流量。光電脈沖表頭也有一定的缺點(diǎn)，通過脈沖計(jì)數(shù)的方法計(jì)算瞬時(shí)流量和累積流量，該種計(jì)算方式不能消除流量計(jì)振動、倒轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的誤計(jì)數(shù)，并且隨著時(shí)間的增加，誤差值也在不斷擴(kuò)大。流量數(shù)據(jù)的計(jì)算，是通過PLC 程序完成的，一旦發(fā)生停電的情況，PLC程序或站控系統(tǒng)就可能發(fā)生故障，導(dǎo)致計(jì)算流量工作停止，發(fā)生數(shù)據(jù)的損失，從而造成流量的精準(zhǔn)計(jì)量和在線實(shí)時(shí)監(jiān)控受到不利的影響。

1.3 RS-485表頭

RS?485表頭在進(jìn)行工作時(shí)，完全將原機(jī)械表頭進(jìn)行了替換，根據(jù)“機(jī)—磁—電”轉(zhuǎn)換的增量編碼原理，完成電子顯示瞬時(shí)、累積流量的工作；再經(jīng)過信號線，把數(shù)字信號遠(yuǎn)傳至PLC程序中，進(jìn)一步完成站控系統(tǒng)流量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集，其可靠性要比光電脈沖表頭高一些。但是，RS?485表頭也有其自身的缺點(diǎn)，使用RS?485表頭，必須將現(xiàn)場的機(jī)械表頭進(jìn)行拆除，現(xiàn)場的機(jī)械表頭是讀數(shù)的唯一依據(jù)，不能準(zhǔn)確的判斷計(jì)量的準(zhǔn)確性，RS?485表頭的抗干擾能力較弱。

1.4 ZMTD型智能流量變送器

ZMTD型智能流量變送器是通過變送器轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的“機(jī)—磁—電”轉(zhuǎn)換方式，通過磁鋼旋轉(zhuǎn)以及磁敏元件陣列，產(chǎn)生一定的磁場變化，通過磁場的作用，最終轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴Ｍ瑫r(shí)，經(jīng)信號線的傳輸，利用CMBUS把數(shù)字信號傳輸?shù)绞覂?nèi)協(xié)議轉(zhuǎn)換器，利用RS?485通訊設(shè)備傳輸至PLC，最終完成站控系統(tǒng)流量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集。ZMTD型智能流量變送器，主要由轉(zhuǎn)換器、傳感器、顯示器三個部分構(gòu)成。在進(jìn)行ZMTD型智能流量變送器的安裝時(shí)，在機(jī)械輸出軸部位安裝ZMTD?C /F 型智能流量變送器，并將2芯電纜接入設(shè)備中，再在室內(nèi)機(jī)柜端安裝ZB ?F?1型智能流量變送器，使用串口RS?485?MODBUS 協(xié)議，最后上傳至站控PLC程序。ZMTD型智能流量變送器使用的技術(shù)利用了特殊的傳感轉(zhuǎn)換方式和通訊協(xié)議，對相關(guān)的軟件進(jìn)行了優(yōu)化，在實(shí)際應(yīng)用中比傳統(tǒng)的RS?485表頭有著明顯的技術(shù)優(yōu)勢。其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在三個方面：第一，計(jì)量精度較高。ZMTD型智能流量變送器的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的測量是以“機(jī)-磁-電”的轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行工作的，使用了360°絕對值編碼器的工作方式，進(jìn)行具體位置的識別和過零檢測，可以很好的避免由于流量計(jì)振動、液體倒流產(chǎn)生的各種干擾。第二，ZMTD型智能流量變送器的性能比較穩(wěn)定，該種變送器采用“后備電池+超級電容+CMBUS總線供電”的方式，多種保障手段相結(jié)合，解決停電問題時(shí)產(chǎn)生的工作停止、數(shù)據(jù)丟失的問題，保證了掉電記憶保持功能。這種方式，對表頭的長期穩(wěn)定的工作狀態(tài)起到很好的維持作用，減小了累積流量誤差的出現(xiàn)。第三，ZMTD型智能流量變送器采用的是兩線制總線傳輸?shù)姆绞剑?線制CMBUS總線傳輸?shù)紺MBUS總線RTU，并且只需使用一臺RTU ，便可將超過255臺的變送器表頭掛在一個表頭上，更加方便了累積流量的顯示。表1為智能流量變送器和普通流量儀表的主要性能對比表。

表1 智能流量變送器和普通流量儀表的主要性能對比表

2 ZMTD型智能流量變送器的應(yīng)用研究

ZMTD型智能流量變送器的應(yīng)用主要有兩個階段：實(shí)驗(yàn)測試階段和推廣應(yīng)用階段。實(shí)驗(yàn)測試階段主要包括現(xiàn)場安裝調(diào)試、準(zhǔn)確性測試以及穩(wěn)定性測試。現(xiàn)場安裝調(diào)試是指通過現(xiàn)場考察的方式，對酒東采油廠聯(lián)合站環(huán)五轉(zhuǎn)來油流量計(jì)型號為九儀刮板20-100型流量計(jì)，沒有使用數(shù)字化改造，安裝要求符合新型流量計(jì)的安裝范圍標(biāo)準(zhǔn)，對其進(jìn)行下一步的安裝測試。準(zhǔn)確性測試是指在現(xiàn)場將機(jī)械表頭、現(xiàn)場變送器表頭以及站控系統(tǒng)的累積流量真實(shí)的記錄下來。通過對1個月的數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤比較，將數(shù)據(jù)的偏差進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。通過對其數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場機(jī)械表頭、現(xiàn)場變送器表頭以及站控系統(tǒng)的累積流量相當(dāng)一致，使數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性完成驗(yàn)證過程。穩(wěn)定性測試是指在現(xiàn)場將變送器進(jìn)行信號中斷、線路短路測試，進(jìn)一步驗(yàn)證變送器的抗干擾能力以及數(shù)據(jù)保持水平。通過反復(fù)的測試驗(yàn)證，得知在線路短路、通訊中斷的情況下，變送器和RTU 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部電路的防隔離技術(shù)可以對儀表進(jìn)行良好的保護(hù)，使運(yùn)行穩(wěn)定性的測試得到驗(yàn)證。關(guān)于推廣應(yīng)用階段，通過以上試驗(yàn)測試的流程后，ZMTD型智能流量變送器便可以在全廠展開推廣及應(yīng)用，對站點(diǎn)的流量計(jì)進(jìn)行更換。

3 結(jié)語

ZMTD型智能流量變送器在實(shí)際應(yīng)用中，比較適合用于數(shù)字化油田中帶有機(jī)械輸出轉(zhuǎn)軸的不同類型的容積式流量計(jì)，且擁有精準(zhǔn)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。站點(diǎn)的前期建設(shè)中，使用的流量計(jì)都全部按脈沖信號布置2芯信號線，在改為RS?485通訊后，需要進(jìn)行3芯信號線的布置，其工作量較大。在更換后，沒有機(jī)械表頭顯示，技術(shù)人員無法進(jìn)行精準(zhǔn)的判斷。ZMTD型智能流量變送器利用2線制的通訊方式，可以更好的進(jìn)行該部分流量計(jì)的數(shù)字化建設(shè)，也能夠方便改造工作的進(jìn)行，完成流量的在線監(jiān)控過程。

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