长输天然气管道仪表基础知识

长输天然气管道仪表基础知识谭洪伟自动化工程师目录二、压力检测仪表三、温度检测仪表四、液位检测仪表一、仪表分类五、维护使用及仪表故障排除2021/1/28一、仪表分类自动化仪表的分类方法很多，根据不同的分类方法可以分成不同的类别，例如：按照仪表的驱动方式分类，可分为电动仪表和气动仪表；按仪表的安装方式分类，可分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表；按信号分类，可分为模拟式和数字式；根据是有微处理器分类，可分为智能式和非智能式仪表；最常用的分类是根据仪表在控制系统中所处的位置和所发挥的功能进行划分，一般分为检测仪表、显示仪表、调节（控制）仪表和执行器四大类。检测仪表根据被测变量的不同又分为温度、压力、流量、物位和分析仪表（仪器）。本课件主要对温度、压力、液位着重介绍。2021/1/28在用仪表分类举例：•压力测量仪表：压力表、压力变送器、差压变送器等•温度测量仪表：玻璃温度计、双金属温度计、热电阻、一体化温度变送器、智能温度变送器等•流量测量仪表:速度式流量计（超声波、涡轮）•液位测量仪表：连通管式液位计•火气测量仪表：点型感烟探测器、火灾报警控制器、火焰探测器、可燃气体探测器等•其他仪表：清管球指示器2021/1/28测量仪表误差基础知识1、绝对误差：测量值-真实值2、相对误差：（测量值-真实值）/真实值×100%3、引用误差：（测量值-真实值）/仪表量程×100%2021/1/28AH(AlarmHigh)PAH(PressureAlarmHigh)PAHHPALPALLLAHLAHHLALLALLTAHTAL2021/1/28常用仪表符号意义：PI（PressureIndicator）就地压力显示PT（PressureTransmitter）压力变送器DP(DifferencePressureTransmitter)差压变送器TI(TemperatureIndicator)就地温度显示TT(TemperatureTransmitter)温度变送器FT（FlowTransmitter）流量变送器FIQ(FlowIndicatorQuantity)流量指示、累计总量LI\LTLevelAL(AlarmLow)2021/1/28二、压力检测仪表1、压力的定义气体或液体均匀而垂直作用于单位面积上的力(物理学上称之为压强):P=F/SP压力Pa帕斯卡F作用力N牛顿（kg•m•s−2）S面积㎡平方米由于Pa单位较小，现场一般使用KPa（103Pa）和MPa（106Pa）来表示现场压力情况。2021/1/282、压力检测基本原理（1）利用液体压力平衡的原理：活塞式压力计（一般用于压力仪表检定）（2）利用弹性变形原理：利用弹性敏感元件在受压后产生弹性形变的特性进行压力检测。如弹簧管压力表。（3）利用某些物质的某一物理效应与压力的关系来检测压力（各种变送器）：压力传感器、压力变送器、差压变送器，常见的有电容式和扩散硅式两种。电容式是弹性变形原理的间接使用。2021/1/283、弹簧管式压力表弹簧管式压力表结构：弹簧管、齿轮传动机构（包括连杆、扇形齿轮、中心齿轮等）、示数装置（指针和分度盘）以及外壳等组成。1、弹簧管2、连杆3、扇形齿轮4、中心齿轮5、指针6、刻度盘7、游丝8、调整螺丝9、接头2021/1/28弹簧管式压力表工作原理：被测压力由接头通入，迫使弹簧管的自由端向右上方扩张，自由端的弹性变形位移通过连杆(使扇形齿轮作逆时针偏转，进而带动中心齿轮作顺时针偏转，于是固定在中心齿轮上的指针也作顺时针偏转，从而在面板的刻度标尺上显示出被测压力的数值。由于自由端的位移量与被测压力之间具有比例关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。2021/1/282021/1/28工作原理：与压力表相同，不同的是表盘内充装有硅油，具有耐震性。优点：耐震性好。缺点：室外温度较低时，硅油粘稠，示数滞后，影响读数。一般用于调压撬。耐震压力表2021/1/284、压力(差压)变送器压力（差压变送器）主要安装在进出站管线、分输管线上和干线阀室内。用于检测被测管线内压力，将测得的压力值进行远传及现场显示，远传压力信号用于站控机显示及参与工艺控制和压力保护。差压变送器与压力变送器的区别是：差压变送器有两个取压点，一个是高压侧，一个是低压侧；压力变送器的取压点只有一个。2021/1/28结构：压变主要由传感器、信号放大器、模-数转换器、微处理器、数-模转换器、显示屏等几部分组成。工作原理：（压力或差压）输入信号的变化，使检测单元的电容量与其成比例的变化，经转换单元处理放大后，再经模-数转换器转换成数字信号，在微处理器中进行线性和温度校正后经数-模转换器转换成直流4～20mA标准电流信号。分类：压力变送器按不同的转换原理可分为电容式、扩散硅式、应变式等。2021/1/28电容式压力变送器的工作原理及特点：2021/1/28左图所示是电容式压力变送器的测量部分。测量膜盒内充以填充液(硅油)，中心感应膜片(可动电极)1和其两边弧形固定电极分别形成电容C1和C2,当被测压力加在测量侧3的隔离膜片4上后，通过腔内填充液的液压传递，将被测压力引入到中心感应膜片，使中心感应膜片产生位移，因而使中心感应膜片与两边弧形固定电极的间距不再相等，从而使C1和C2的容量不再相等，通过转换部分的检测和放大，转换为4～20mA的直流电信号输出。焊接密封圈1一中心感应膜片(可动电极)；2一固定电极；3一测量侧；4一隔离膜片2021/1/28特点：电容式压力变送器具有精度高，其可靠性、稳定性高的优点，由于其测量膜盒的结构特点，使其具有很强的过压能力，能经受振动和冲击，在长输管道上常用来测量介质压力和差压。2021/1/28三、温度检测仪表1、温度的定义温度是表征物体冷热程度的物理量。我司管道上温度检测仪表的应用：现场就地指示温度仪表均为双金属温度计，部分机房内的温湿度计采用玻璃管式温度计。远传温度检测仪表基本使用热电阻（或一体化温度变送器），四线制铂热电阻（Pt100）。2021/1/282、双金属温度计应用：双金属温度计是一种测量中低温度的现场检测测仪表。可以直接测量各种生产过程中的-80℃～+500℃范围内液体、蒸汽和气体介质温度。特点：现场显示温度，直观方便；安全可靠，使用寿命长；多种结构形式，可满足不同要求管道使用的双金属温度计安装在进出站管线、分输支线及气体调压撬座等位置，用于测量相应位置的介质温度，一般采用准确度为1.0级、1.5级两种即可。2021/1/28双金属温度计工作原理：在双金属温度计制造时，通常将它的感温元件绕成螺旋形,并将一端固定，另一端连接指针轴，当温度变化时，由于双金属受温度的作用使感温元件的曲率发生变化，通过指针轴带动指针偏转，在仪表刻度盘上直接显示出温度的变化值。双金属温度计结构示意图2021/1/282021/1/283、热电阻热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器，目前在长输管道上热电阻温度传感器主要用铂电阻，常用结构类型有隔爆型、铠装型、端面型等。工业用热电阻的分度号一般为Pt100，Pt10，Cu50，Cu100，铂热电阻的测温的范围一般为零下200～800摄氏度，铜热电阻为零下40到140摄氏度。我司基本上采用Pt100，即0摄氏度时，电阻为100Ω。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。热电阻温度仪表的测量原理就是温度变化所引起导体电阻的变化，通过测量电桥转换成电压或电流信号，然后送至显示仪表以指示或记录被测温度。热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。2021/1/28热电阻的结构：金属热电阻由保护套管、电阻体、骨架和引线等部件组成。1、电阻体是温度敏感元件，其材料性能对传感器的好坏有关键性的影响。2、骨架是用来缠绕、支撑或固定热电阻丝的支架，其质量的好坏直接影响热电阻的性能，作为骨架材料，要求其绝缘性能好，比热小，导热系数大，物理化学性能稳定，膨胀系数小，并且有足够的机械强度，常用骨架材料有云母、玻璃、石英、陶瓷、塑料等。3、引线要求引线材料电阻温度系数小，电阻率小，热导率低，和电阻体接触产生的热电势小，化学性质稳定等。常用引线材料是铂、金、银和铜丝，引线形式有二线制、三线制和四线制。4、保护套管免受腐蚀性介质侵蚀和机械损伤。2021/1/28玻璃烧结式陶瓷架式云母管架式双线无感绕制热电阻感温元件的结构图2021/1/28铠装热电阻的结构图：铠装热电阻温度传感器由感温元件（电阻体）、带绝缘套管的引出线、绝缘材料、不锈钢套管以及防爆接线盒等组合而成。它的外径一般为φ2～φ8mm。2021/1/28铠装热电阻与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。2021/1/28特点：精度高、稳定性好、性能可靠、易于提纯、复制性好、具有良好的工艺性、可以制成极细的铂丝、电阻率较高；在0C以上，其电阻与温度的关系接近于直线(例如：PT100其温度每升高一度电阻值增加0.39)。作用：工业测量,温度的基准、标准仪器。ITS-90国际温标规定，在13.81K～961.78℃的标准仪器为铂电阻温度计。缺点：电阻温度系数小，在高温下，易被污染变脆、价格昂贵。常用铂电阻分度号：Pt1000，Pt100和Pt10铂热电阻2021/1/28温度变送器能与常用的各种热电偶和热电阻配合使用,将某点的温度或某两点的温差信号转换成相应的标准直流电流信号输出。根据输入信号的不同，温度变送器主要有热电偶温度变送器、热电阻温度变送器和直流毫伏变送器三种类型。目前公司所用温度变送器均为热电阻温度变送器。3、温度变送器2021/1/28热电阻温度变送器的结构大体上可以分为温度检测元件、输入电路、放大电路和反馈电路,其工作原理框图如下图所示。温度检测元件输入电路放大电路反馈电路被测温度输出电流I0温度变送器工作原理框图2021/1/28(二)一体化温度变送器它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专用接线盒内的一种温度变送器。液晶显示屏防爆接线头探头变送器模块的正常工作温度：-20～+80℃2021/1/281—变送器模块；2—穿线孔；3—接线盒；4—进线孔；5—固定螺纹；6—保护套管；7—测量元件一体化温度变送器的结构：2021/1/28智能式一体化温度变送器优点可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度；具有量程范围宽、精度高；环境温度和振动影响小、抗干扰能力强；质量轻；安装维护方便。2021/1/28四、液位检测仪表1、液位的定义在容器中液体介质的高低叫液位。2021/1/281、液位的定义在容器中液体介质的高低叫液位。公司目前用的液位计均为磁翻转式液位计，适用于各站过滤分离其及排污管上。2021/1/282、磁翻转式液位计工作原理：根据浮力原理和磁性耦合作用工作的。当被测容器中的液位升降时，液位计主导管中的带有磁铁的浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到现场指示器，由于磁性的吸引，使得带有磁铁的红白两面分明的翻板产生翻转180°,当液位上升时,翻柱由白色转为红色，红、白界位处为容器内介质液位的实际高度，从而实现液位的指示。2021/1/28磁翻转液位计特点：液体介质与指示器完全隔离，所以在任何情况下都非常安全、可靠、耐用；各种型号的磁翻柱液位计配上液位变送器，可实现液位的上、下限越位报警，控制或联锁。2021/1/281、压力变送器现场操作流程1.1检查变送器各处连接阀门是否关闭。1.2先开启变送器电源开关，再打开变送器根部阀，然后缓慢打开变送器进口阀，向变送器充压。然后检查变送器各处接头是否泄漏。1.3变送器投用后，检查现场显示是否正常，站控机显示和现场是否一致。1.4正常停运时，关闭变送器进口阀门；若拆卸检修时，则先关闭根部阀，缓慢打开放空阀，放空后关闭放空和进口阀，然后关闭变送器电源开关。五、仪表维护使用及故障排除2021/1/282、差压变送器现场操作流程2.1检查变送器各处连接阀门是否关闭。2