仪表专业培训讲义.ppt

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1、,项目管理基础知识培训仪表专业莫儒志,ODP报告,ODP指勘探钻井有油气发现后，进行的包括油田开发的地质油藏、钻井完井、采油工艺、健康、安全与环保、开发工程、油气市场、开发投资及费用估算、经济评价等相关评价、研究、报告编制，直至总体开发方案获得批准的全部工作内容。在此阶段，仪表专业需要完成的工作：对开发油田控制系统的总体规模进行定义；对开发油田采用的系统网络结构进行定义；对开发油田所采用的系统类型进行定义。,ODP报告,文昌井口平台中控系统方案考虑到各井口平台的井数较少、工艺相对简单，平台面积不大，即控制回路和控制点数较少，总控制点数估计在400点以下。井口平台的控制系统应选用小型、工作可靠的

2、控制系统。考虑在各井口平台上设置两套独立的控制系统，一套用作构成过程控制系统（PCS），另一套用作安全监控系统(FPS)，包括应急关断（ESD）和火气监控系统（FGS）。两套控制系统进行适当集成，共享人机接口和数据通信网络，控制系统的选择和集成应符合开放的、规范的通信协议。人机接口主要包括2台操作站（1台兼做工程站）和2台打印机。,ODP报告,可靠性设计上，PCS的CPU模块、电源模块、通讯模块和数据通信总线等采用1:1冗余。FPS的CPU模块、电源模块、通讯模块、数据通讯总线和所有I/O均采用1:1冗余配置。各井口平台控制系统通过光纤通信链路实现与FPSO控制系统的双向通信。ODP作为设计的

3、基础，不仅要掌握本专业的内容，还要对相关专业的知识亦有所了解。,自动控制基本知识,自动化控制系统设计与使用中，管路及仪表图、仪表回路图、程序控制梯形逻辑图、自动调节系统是仪表人员必须掌握的知识。1、管线及仪表图（PI图）：PI图是用线条、圆形和球形为基础的符号将平台上各设备橇块内的配管及仪表布局和外部接口进行综合描述，PI图中既表明了物料的流向又标明了所用现场仪表的类型、设点、安装位置及仪表的外接口情况。,自动控制基本知识,2、仪表回路图是管路及仪表图的延伸。回路图展示了仪表的横向连接，把仪表控制盘的配线、施工和仪表盘的测试连成一体，表明了现场仪表、现场接线盒、就地控制盘、中央控制系统间的接线

4、情况。在投产、启动、操作和维修期间，回路图是非常有用的。,自动控制基本知识,3、梯形逻辑图：是实现自动化顺序控制的常用方法。其实现顺序控制的优点是直观而且符合人们的习惯。除了集散控制系统（DCS）之外，几乎所有的过程逻辑控制均是采用此方法进行顺序控制。梯形逻辑图是随着继电器控制系统的“软件”而产生的一种解释执行程序设计语言。这些系统中除了包括基本的触点、线圈以及逻辑与、或、非关系，还包括了诸如定时器、计数器、数字算法、寄存器运算、数据转换等。此外，它还可以方便将梯形逻辑控制回路同连续调节控制算法通过数据库连接起来，以实现更复杂的功能。,自动控制基本知识,4、自动调节系统：是具有被调参数负反馈的

5、闭环系统，它与自动操纵、自动信号报警等开环系统有本质差别，关键就在于调节系统有负反馈。从调节系统的组成来看，要进行调节，就需要不断地把输出量又送回到输入端（与给定值比较后送入调节器），这种将输出反送回来又作为输入的系统，称为反馈系统，反送回来的信号称为反馈作用。由于这一反馈作用，把系统各环节联系起来。自动调节系统的组成：自动调节系统由检测元件、变送器、自动调节器和执行器（如调节阀）三部分组成。,中央控制系统,海洋石油平台要求生产和安全管理的自动化程度较高，平台上都设有一套自动化控制系统，即中央控制系统。这套系统是整个平台的控制中心，它能对整个平台的生产和安全进行监控，确保平台及人身安全，保证生

6、产的持续性，保护原油生产系统及其设施。中央控制系统是由生产过程控制系统（PCS）和安全控制系统(FPS)组成。其中安全控制系统又分为紧急关断系统（ESD）和火气探测系统（F&G）两个相对独立的子系统。,过程控制系统,过程控制系统是基于DCS的控制系统，通过对现场的温度、压力、液位、流量等工艺参数的采集和处理，在操作站上进行显示，报警；实现对相关控制回路中阀门的自动控制。过程控制系统一般由电源模块、控制处理器、通讯模块、输入输出模块和工程师站组成。,PCS主要的功能：,1、动态显示生产流程主要工艺过程参数及设备运行状态2、对生产过程进行监控 3、实现两位式开/关控制、连续的PID 调节等其它高级

7、控制 4、泵、阀的手动或自动开/关操作 5、PCS、ESD、FGS系统的图形动态显示 6、记录并打印所有警报事件 7、在线精确地调整各种测量数值的比例系数。8、在线对数据库定义进行修改、组态、调整参数、改变警报点设置以及备份历史记录 9、在故障时或平台投产调试时，由软件提供关断信号的旁路功能,紧急关断系统（ESD),设置紧急关断（ESD）系统的主要目的是为了保护平台人员和设施的安全，防止环境污染，将事故的损失限制到最小。系统的关断逻辑由独立的紧急关断系统来实现。平台的应急关断系统分为四级：ESD1级关断，全平台关断，为最高级别关断。平台上设备除应急支持系统延时关断外全部关停。此关断只能由平台主

8、要负责人或指定专人手动启动。ESD1级启动按钮分别安装在井口平台的中控室、救生艇登船处和直升机坪，并有明显的标志或警告牌。ESD2级关断，火气关断。该级关断由平台火灾或可燃气体严重泄漏引起。它可由操作人员观察到火情后手动启动，也可由火气控制逻辑自动启动。除执行本级关断的功能外,ESD2级关断将引起ESD3、4级关断发生。,紧急关断系统（ESD),ESD3级关断为生产/公用关断。该级关断由主电源、仪表风等公用系统故障或生产系统的重要环节故障引起，可手动和自动启动。除执行本级关断的功能外，ESD3级关断将引起ESD4级关断。ESD4级关断为单元关断。由单个设备或单井故障引起的关断。此关断仅关断故障

9、设备或单井，而不影响其它设备的正常操作。ESD4级关断可手动/自动启动。,紧急关断系统设计原则,1、ESD系统不依附过程控制系统就能独立完成自动保护连锁的安全系统，另外，按需要配置相应的通讯接口，使过程控制系统能监控ESD系统的运行过程。2、ESD系统为故障安全型，ESD系统的检测元件和最终执行元件在系统正常时是带电状态，在系统不正常时是失电状态。3、ESD系统采用电气、电子或可编程技术，也可采用它们组合技术。4、ESD系统的中间环节是最少的。5、ESD系统一般都选择具有TUV SIL3认证的产品。,火气探测和报警系统利用各种探测设备对平台上发生的火灾和泄漏的危险气体进行自动检测，并对意外的危

10、险源进行预报警，在确定危险的情况下，通过手动和自动方式启动平台的安全消防系统，为平台操作人员和生产设施提供安全保障。火气探测系统的输入输出系统都应该具有自监测和诊断功能，对于系统短路、断路和接地都能够识别并进行报警。,火气监控系统（FGS）,火气监控(FGS)系统由火气监控系统控制逻辑设备、火气现场探测、报警设备及其与消防系统、应急关断系统、报警系统、PA 系统和HVAC 系统的接口组成。火气监控(FGS)系统的控制逻辑及操作、显示功能由安装于各中控室内的安全监控系统完成。,火气监控系统（FGS）,FGS 系统与现场探测设备之间具有自动探测火灾和可燃气体泄漏，自动/手动启动报警、消防系统，自动

11、/手动执行火气状态应急关断逻辑，故障容错及对现场探测设备和系统进行诊断的功能。现场火气探测、报警设备包括火焰探测器、热探测器、烟探测器、可燃气体探测器、手动报警站等。设置可燃气体探测器、火焰探测器、热探测器（易熔塞回路）和手动报警站,火气监控系统（FGS）,1、火焰探头：目前设计大多采用三频红外式探头。它以三种不同的波长分析辐射能，根据条件的不同输出4-20mA 的信号。它具有探测范围比较广、模块化设计、紧凑型设计、连续光路检测等特点被广泛应用。2、热探头：当周围环境温度达到设定值或温升速率超过一定值时，探头探测器内电阻值发生明显变化，导致探测回路的电流值发生变化，向控制系统发出报警信号。3、

12、烟探头：采用的是光电式烟探头，当电器设备受高温作用或有危险火源时，会有大量烟雾产生，这些烟雾使烟探头的电流发生变化，当这个变化达到设定值时，向控制系统将发出报警信号。,火气系统探测设备,4、可燃气探头：红外式可燃气体探头测量两个波长上的红外线的强度；一个是吸收波长，一个是非吸收波长，通过比较这两个参数，连续地监测可燃气体的浓度，并输出420mA 的信号。5、手动报警站：设置在每一逃生通路和楼梯口处，出现火灾时启动，掀盖打碎玻璃进行相应的关断和报警。6、弃平台站：设置在直升机甲板和救生艇旁，为逃生时启动。启动弃平台按钮将执行一级关断。7、手动CO2 释放按钮和抑制按钮：设置在每一个CO2 保护区

13、的房间内外，出现火灾时启动CO2 灭火。,火气系统探测设备,井口控制盘是油田生产中的重要设备。井口控制盘分为公用模块和单井模块。通过公用模块能对所有井进行控制，单井模块具体控制每一口井。井口控制盘通过电气接口，还能够实现远程控制。另外，井口控制盘还兼具其它控制，如紧急关停控制、采油树易熔塞回路控制等。,井口控制盘,1、井口控制盘可以有选择地对每一口井或全部井的地面安全阀、井下安全阀和电潜泵进行操作控制，也可在中控对某一口井的地面安全阀、井下安全阀和电潜泵实施遥控关闭和停泵。2、当井口区发生火灾或温度高于160时，井口盘易熔塞熔化，易熔塞回路压力开关动作，中控将发出ESD2级关断，实施相应关断。

14、3、每口井的油管上设有PSH和PSL开关，当PSH或PSL动作时，井口盘自动关闭该井的地面安全阀及电潜泵，并将信号送到中控室，中控系统经逻辑运算产生关断相应井电磁阀的信号传送到井口盘关闭井上安全阀。,井口控制盘功能,4、井口控制盘上提供运行状态信号和控制功能，包括井上安全阀、井下安全阀、液压控制回路、电潜泵的状态和电流信号，将这些信号送到中控系统，在中控室内进行集中监控和报警。5、当操作者发现异常状态或意外事故时，可在井口盘上触发ESD关断回路，关闭SCSSV和WSSV及电潜泵。并将信号传到中控系统执行2级关断。,井口控制盘功能,井口控制盘控制回路分为气动控制回路和液压控制回路。气动控制回路包

15、括ESD手动站、易熔塞回路、每口井管线高低压开关、盘内逻辑控制系统。液压控制回路包括井上安全阀（液动）、井下安全阀和套管放气阀（如有），另外还设有高压储能器，当液压回路有渗漏出现较小波动，储能会释放一定的压力以维持回路压力的稳定。,井口控制盘控制回路,多相流量计是一种油、气、水三相在线计量的特殊流量计，它可以取代测试分离器直接安装在输送管线上对油、气、水三相的产量进行在线测量，它为油田生产带来更经济的投入和简单的管理，因此被广泛应用。主要的厂家，国外：MFI、AGAR、ROXAR，国内：海默公司、西安交大等多相流量计的优点:1、对油气进行连续、在线、自动测量。2、系统重量轻、结构紧凑、占地面积

16、小。3、无任何可动部件，几乎不需要维护，简化工艺流程4、被计量原油无需加热，节能。5、测试周期短6、投资少，操作费少。,多相流量计,海默多直流量计采用互相关测量方式检测管道测量上通过的油气水三相为气、液流速，利用双能射线结合单能射线测量方式测定测量截面上油气水三相中的含水率和含气率，同时，还对油气水三相的温度和压力进行监测，根据上述的测量值，可以计算出实际状态下的油气水体积流量,海默多相流量计工作原理,多相流量计的组成：1、文丘里管及流型调整装置 2、单能伽马传感器 3、双能伽马传感器 4、流量计算机（DAU）5、测量仪表,海默多相流量计,主要仪表功能1、文丘里管测总流量2、单能传感器测含气率

17、，得到气量液量3、双能传感器测含水率,得到纯油水量4、高含气时增加气液旋流器，（气路标准型）以保证液量测量的准确度5、，数据采集与处理6、压力、温度变送器，供状态转换及PVT修正,海默多相流量计仪表功能,自力式调节阀有两种：一种是调节阀前的压力，当阀前的压力超过设定点的时候，调节阀开启，释放压力，使阀前的压力保持不变；如果阀前的压力低于设定点时，调节阀关小，使阀前的压力增加到设定点。另一种是调节阀后的压力，当阀后的压力低于设定点的时候，调节阀开启；如果阀后的压力高于设定点时，调节阀关小，使阀后的压力保持在设定点。,自力式调节阀,紧急关断阀是工艺安全系统的重要组成部分，是平台的紧急关断系统中的主

18、要执行元件。它能够根据现场或远传的关断信号及时有效地切断或打开管线流体的通路，从而保证生产设施及人身的安全。气动紧急关断阀应该具有较小的操作扭矩，以便于在使用的时候很轻松地完全打开或紧急关断。当中控向关断阀的电磁三通阀提供24 V 电源时，电磁阀导通，仪表气经过过滤减压阀和电磁三通阀进入关断阀的气缸或直接进入关断阀的执行机构，将关断阀打开，同时行程开关动作将关断阀打开的状态传送到中控系统在显示器上显示。,紧急关断阀（SDV）,多路阀(MSV)综合生产与测试端口为一体，极大的减少传统管线占用空间，减少控制要求。多路阀由八个流体入口、一个测试端口、一个主出口以及一个选择器组成。它用于分开来自井口的

19、一单井的流体到测量设备。多路阀的8 个入口，用于连接生产井口；有一个测量出口，用于连接测量设备；有一个汇管出口，用于将其他当前没有测量的井口流体汇合，接到下游的管线。汇管出口同测量出口是相互隔离的，这样就可以通过阀芯的旋转，测量任何一个入口的井口流量。,多路阀（MSV）,多路阀可以手动操作，也可以远程控制执行器进行操作，这它的执行器可以自动完成对多路阀的操作，它带有LED显示选择信息，并通过RS485MODBUS进行远程传输。多路阀上的执行器可实现八个入口选择的功能，也就是说将每个入口的位置、以及可以性动作编入程序，这样八个入口的位置可通过现场按钮或远程接口打开和关闭命令来选择，当远程操作时，

20、在标准的开关命令下远程接口会对所有的位置关闭，并开启新被选择的位置。现场与远程均可以操作选择器可以直接转到被选择的位置。,多路阀（MSV）,安全阀的作用是防止管路或装置中的介质压力超过规定数值，从而达到安全保护的目的。安全阀是一种安全保护用阀，它的启闭件受外力作用下处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力升高，超过规定值时自动开启，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值。安全阀属于自动阀类，控制压力不超过规定值，对人身安全和设备运行起重要保护作用。,安全阀（PSV）,控制阀又称调节阀，是执行器的主要类型，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变流体流量。控制阀一

21、般由执行机构和阀门组成。如果按其所配执行机构使用的动力，控制阀可以分为气动、电动、液动三种，即以压缩空气为动力源的气动调节阀，以电为动力源的电动控制阀，以液体介质(如油等)压力为动力的电液动控制阀。,控制阀,控制阀的阀体种类很多，常用的有直通单座、直通双座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋转、蝶形、套筒式、球形等。在具体选择时，可做如下考虑：1.(1)阀芯形状结构，主要根据所选择的流量特性和不平衡力等因素考虑。(2)耐磨损性，当流体介质是含有高浓度磨损性颗粒的悬浮液时，阀的内部材料要坚硬。2.(3)耐腐蚀，由于介质具有腐蚀性，尽量选择结构简单阀门。(4)介质的温度、压力，当介质的温度、压力高且变化大时，应选用阀芯和阀座的材料受温度、压力变化小的阀门。(5)防止闪蒸和空化，闪蒸和空化只产生在液体介质。在实际生产过程中，闪蒸和空化会形成振动和噪声，缩短阀门的使用寿命，因此在选择控制阀时应防止阀门产生闪蒸和空化。,控制阀,