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用，對流量變送器技術(shù)的應用現(xiàn)狀進行了分析，從光電脈沖表頭、表頭以及型智能流量變送器三個方面進行了簡單的討論，對ZMTD性智能流量變送器的應用從安裝測試階段和推廣應用兩個階段進行了分析。

智能流量變送器；流量計；監(jiān)測裝置

容積式流量計具有較高的精準度，被廣泛用于油田的原油管道輸送計量的過程中。隨著科學技術(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表頭，通過轉(zhuǎn)換遠傳流量信號的方式，完成在線監(jiān)控的相關(guān)工作。企業(yè)應引進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確，采取現(xiàn)場試驗測試的方式，為今后的工作做準備，具有非常重要的意義。

1 流量變送器技術(shù)的應用現(xiàn)狀

1.1 流量變送器技術(shù)的應用方式

在油田的實際生產(chǎn)中，一般常用的流量計有橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、雙轉(zhuǎn)子流量計以及刮板流量計。通常在流量計的機械傳動輸出軸上進行變送器的安裝，使機械輸出信號通過計算轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，再將電信號輸送到站控操作系統(tǒng)，完成瞬時、累積流量的實時在線監(jiān)控工作。流量變送器主要采用光電轉(zhuǎn)換和電磁轉(zhuǎn)換的方式進行信號的轉(zhuǎn)換。包括脈沖信號、485信號采集和CMBUS 方式進行傳輸和采集過程，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)生器安置在流量計機械表頭輸出轉(zhuǎn)軸上，光電脈沖發(fā)生器通過“機—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，光柵盤進行旋轉(zhuǎn)，與流量計機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)進行計算，包括計算流量計的轉(zhuǎn)速以及累積流量。光電脈沖表頭也有一定的缺點，通過脈沖計數(shù)的方法計算瞬時流量和累積流量，該種計算方式不能消除流量計振動、倒轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的誤計數(shù)，并且隨著時間的增加，誤差值也在不斷擴大。流量數(shù)據(jù)的計算，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，導致計算流量工作停止，發(fā)生數(shù)據(jù)的損失，從而造成流量的精準計量和在線實時監(jiān)控受到不利的影響。

1.3 RS-485表頭

RS?485表頭在進行工作時，完全將原機械表頭進行了替換，根據(jù)“機—磁—電”轉(zhuǎn)換的增量編碼原理，完成電子顯示瞬時、累積流量的工作；再經(jīng)過信號線，把數(shù)字信號遠傳至PLC程序中，進一步完成站控系統(tǒng)流量數(shù)據(jù)的準確采集，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，使用RS?485表頭，必須將現(xiàn)場的機械表頭進行拆除，現(xiàn)場的機械表頭是讀數(shù)的唯一依據(jù)，不能準確的判斷計量的準確性，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—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，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。在進行ZMTD型智能流量變送器的安裝時，在機械輸出軸部位安裝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)的軟件進行了優(yōu)化，在實際應用中比傳統(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-磁-電”的轉(zhuǎn)換方式進行工作的，使用了360°絕對值編碼器的工作方式，進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?，利?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用研究

ZMTD型智能流量變送器的應用主要有兩個階段：實驗測試階段和推廣應用階段。實驗測試階段主要包括現(xiàn)場安裝調(diào)試、準確性測試以及穩(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)來油流量計型號為九儀刮板20-100型流量計，沒有使用數(shù)字化改造，安裝要求符合新型流量計的安裝范圍標準，對其進行下一步的安裝測試。準確性測試是指在現(xiàn)場將機械表頭、現(xiàn)場變送器表頭以及站控系統(tǒng)的累積流量真實的記錄下來。通過對1個月的數(shù)據(jù)進行跟蹤比較，將數(shù)據(jù)的偏差進行準確的計算。通過對其數(shù)據(jù)結(jié)果進行比較，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場機械表頭、現(xiàn)場變送器表頭以及站控系統(tǒng)的累積流量相當一致，使數(shù)據(jù)的準確性完成驗證過程。穩(wěn)定性測試是指在現(xiàn)場將變送器進行信號中斷、線路短路測試，進一步驗證變送器的抗干擾能力以及數(shù)據(jù)保持水平。通過反復的測試驗證，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)可以對儀表進行良好的保護，使運行穩(wěn)定性的測試得到驗證。關(guān)于推廣應用階段，通過以上試驗測試的流程后，ZMTD型智能流量變送器便可以在全廠展開推廣及應用，對站點的流量計進行更換。

3 結(jié)語

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

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