分析傳感器技術在海洋平臺儀控系統(tǒng)中的應用

孫婧

海上平臺儀控系統(tǒng)作為海上油氣田安全生產(chǎn)的重要核心設備，為確保其平穩(wěn)運行和安全生產(chǎn)，本研究在概述海上平臺儀控系統(tǒng)的基礎上，重點對傳感器技術在該系統(tǒng)中的應用展開了分析，并以平臺測量控制系統(tǒng)為例，對傳感器技術在其中的具體應用展開了探索。

對于海洋平臺而言，其不僅所處的環(huán)境非常復雜，而且大多是距離海岸比較遠的地方。在海洋平臺上，其涉及諸多設備，如壓力設備、溫度設備等等。而海洋平臺上的諸多設備，其能否正常運行將直接決定整個海上油氣田能否高效、穩(wěn)定并安全地運行。其中，海洋平臺儀控系統(tǒng)起到非常關鍵的作用。在海上平臺日益發(fā)展和進步的今天，其對海上平臺儀控系統(tǒng)的設計也提出了更高的要求。海洋平臺儀控系統(tǒng)應用水平的提升，其不僅有助于降低勞動力的強度，而且有助于在最大的限度內(nèi)提升海洋平臺的經(jīng)濟和社會效益。在海洋平臺儀控系統(tǒng)中，主要以物理型傳感器為主，傳感器技術的應用，其可以檢測出海上油氣田生產(chǎn)中的主要參數(shù)和環(huán)境狀態(tài)，進而能夠對于出現(xiàn)的問題進行及時的處理，從而確保安全生產(chǎn)。

近年來，伴隨傳感器技術的日益進步，其逐漸被應用于各個系統(tǒng)中，如應急開關系統(tǒng)、可燃性氣體預警系統(tǒng)等。除此之外，傳感器技術還被應用在海洋平臺儀控系統(tǒng)中，具體而言，傳感器技術在該系統(tǒng)中的應用領域，如表1所示。

以溫度測量為例，接觸式測量方式、非接觸式測量方式是相對較為常見的測量方法。其中，接觸式測量方式的優(yōu)勢在于測量儀表簡單且具有較高的精確度。然而，在這一測量方式下，需要考慮測量介質(zhì)與原件是否能夠充分進行熱交換，由于需要時間，因而并不適宜現(xiàn)場作業(yè)。而非接觸測量方式，其測量儀表較為多樣，且普遍采用的原理是傳感器原理，如熱點偶、熱電阻、雙金屬溫度計以及壓力式。

海上平臺儀控系統(tǒng)，全稱為海上平臺儀表與控制系統(tǒng)。在海上油氣田生產(chǎn)的眾多設備中，儀控系統(tǒng)是中央控制系統(tǒng)，同時也是生產(chǎn)自動化的核心設備和關鍵設備。不僅如此，該系統(tǒng)還是海上平臺的完全衛(wèi)士。對于海上平臺儀控系統(tǒng)來說，其管理方式大多采用的是集中監(jiān)管和分散控制方式。通常情況下，該系統(tǒng)典型的構成部分主要可包括中央控制系統(tǒng)、現(xiàn)場儀表等。

該系統(tǒng)中的中央控制系統(tǒng)由三套獨立的控制系統(tǒng)組成，即應急關斷控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)以及火氣探測控制系統(tǒng)。中央控制系統(tǒng)的硬件設備主要包括打印機、控制系統(tǒng)以及應急操作盤等。中央控制系統(tǒng)的功能是實時采集海上平臺的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并對生產(chǎn)過程進行監(jiān)測，同時對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的故障進行警報等。應急關斷系統(tǒng)的功能則主要是在發(fā)生危險的時候，為保障海上平臺工作人員以及生產(chǎn)設備安全而設計的系統(tǒng)。通常情況下，應急關斷系統(tǒng)主要包括四個等級，分別為棄平臺關斷、火氣關斷。生產(chǎn)系統(tǒng)關斷以及單元關斷。火氣探測系統(tǒng)的功能是準確并及時探測可能或已經(jīng)發(fā)生的事故，并及時采取相應的措施。現(xiàn)場儀表也是一個重要的組成部分，其主要包括溫度儀表、壓力儀表。液體儀表以及流量計等。井口控制盤主要由兩個部分組成，即單井模塊和公用模塊。就地控制盤的功能是與中央控制系統(tǒng)進行連接，以起到遠程監(jiān)控現(xiàn)場設備的作用。

（一）非接觸式溫度測量儀表

從溫度測量的角度來說，非接觸式溫度測量方式的依據(jù)是傳感器原理。因此，對非接觸測量方式中的各個測量儀表展開分析尤為必要。在眾多測量儀表中，熱點偶主要是通過串聯(lián)不同的導體，并在閉合電路形成的過程中在結合點位置產(chǎn)生溫差，也就是熱點效應，那么在回路中就會產(chǎn)生電流。其中，熱電偶是導體組合。熱電阻在對溫度進行測量的過程中，其原理是基于溫度和電阻兩者之間成函數(shù)關系的半導體或金屬導體制作成而感溫元件展開測量的。由此可見，對于熱電阻溫度儀表來說，其最為重要的元件就是感溫元件。而制成感溫元件的材料則主要有兩類，一類是半導體，另一類則是金屬導體。其中，由半導體制成的感溫元件，其大多是碳、鍺及熱敏電阻。而由金屬材料制成的感溫元件，其則大多是柏熱電阻，這也是最為常見的。對于鉑熱電阻而言，其優(yōu)勢在于具有較好的復線性能，同時還具有較穩(wěn)定的物理性能。另外，還具有低成本和應用范圍廣等優(yōu)勢。除此之外，在測量精度方面也比較高。然而，與銅熱電阻相比，其具有較小的測量范圍。上述兩個溫度測量儀表很好地利用了傳感器原理，其優(yōu)勢和劣勢，如表2所示。雙金屬溫度計在應用的過程中，其主要是通過將固體受熱而產(chǎn)生的幾何移位視為溫信號。壓力式溫度計則主要是將溫度變化轉化為液體或氣體，受熱后通過觀察壓力的變化或體積膨脹的情況，以獲得檢測信號。無論是雙金屬溫度計，還是壓力式溫度計，其都僅僅是簡單應用了傳感器技術。

綜上所述，在選取溫度測量儀的過程中，應針對不同的情況和應用進行合理的選擇。其中，對于就地溫度儀表，為確保測量范圍及精確度，雙金屬溫度計是較好的選擇。而在選擇溫度檢測元件時，海洋平臺可選擇熱電阻。

（二）壓力測量儀表

在海洋平臺中，其擁有較多的高壓設備。因此，壓力測量也是海洋平臺監(jiān)控和測量的重要關鍵。從壓力測量儀表的角度來說，其具體分類，如表3所示。其中，前三種壓力表又可稱為彈性壓力表，其制作依據(jù)是彈性元件受壓后，與被測量的壓力大小成比例形變。此類壓力測量儀表也充分利用了傳感器技術，通過傳感器原理的利用，依據(jù)變形大小直觀地測量壓力。

依據(jù)檢測原理，可將壓力變送器分為六種，即電阻式、電容式、電感式以及壓電式變送器。其中，電阻式是以固體壓阻效應作為依據(jù)制作而成的變動器；電容式在檢測的過程中，其是以被測量改變線圈的電感量作為基礎和依據(jù)的；電感式變送器又可以分為渦流式、差動式以及磁阻式；壓電式變送器在制作的過程中，其是以特殊壓電材料的壓電效應為依據(jù)，促使內(nèi)部靜電荷產(chǎn)生變化而制成的。

我國海洋石油工業(yè)歷經(jīng)多年發(fā)展，現(xiàn)階段我國國內(nèi)的年產(chǎn)油氣當量已突破5600萬噸，并成為當下乃至未來我國國內(nèi)油氣產(chǎn)量增加的主陣地。海上油氣田直接關系到我國能源的安全性。而海上平臺儀控系統(tǒng)作為海上平臺油氣田生產(chǎn)設施的核心設備，在海上油氣田生產(chǎn)日益復雜化和自動化的今天，對其安全性和可靠性提出了更高的要求。傳感器作為重要器件，其是感受規(guī)定的被測量的各種量且依據(jù)一定規(guī)律將其轉換為有價值信號的裝置。

作者單位： 中海油海油發(fā)展裝備技術公司研發(fā)中心