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        低功耗無線溫度變送器應(yīng)用效果探討

        2021-05-21 05:50:38許化文高春雨大慶油田自動(dòng)化儀表有限公司
        石油石化節(jié)能 2021年5期
        關(guān)鍵詞:調(diào)試施工

        許化文 高春雨(大慶油田自動(dòng)化儀表有限公司)

        隨著中石油油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的具體實(shí)施,大慶油田作為數(shù)字化油田重點(diǎn)建設(shè)單位,其油氣水井、間、站的數(shù)字化管理已經(jīng)開始逐步實(shí)施。在井口、間、站安裝溫度變送器完成溫度測量節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與遠(yuǎn)程傳輸,是實(shí)現(xiàn)油田數(shù)字化管理的關(guān)鍵[1]。以往常規(guī)的溫度變送器功耗大,需要外接電源,工作時(shí)電纜裸露在外界環(huán)境中。安裝施工需要敷設(shè)電纜,動(dòng)用氣焊、電焊,且安裝施工成本高,存在安全隱患。通過技術(shù)革新,提高了溫度變送器精度,改進(jìn)了傳輸數(shù)據(jù)方式,改進(jìn)了供電方式,解決了變送器耐低溫效果不好、高溫溫漂問題,提高了安裝、調(diào)試工作效率,降低了人工、材料成本,降低了安全隱患,提升了產(chǎn)品質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗[2]。

        1 功能原理

        無線溫度變送器由電池、電源供電電路、單片機(jī)控制主電路MCU、數(shù)據(jù)采集傳輸電路、無線通迅電路、NFC 接口電路、放大電路、液晶顯示電路、PT100 溫度傳感器、殼體等組成。其工作原理是,溫度傳感器采集的溫度信號阻值的變化通過數(shù)據(jù)采集電路采集,放大電路把信號放大后通過MCU 電路進(jìn)行處理,數(shù)據(jù)溫度通過無線通訊電路傳給組網(wǎng)的RTU供主控室操作人員記錄,也可就地顯示供巡檢人員記錄。無線溫度變送器工作原理見圖1。

        圖1 無線溫度變送器工作原理

        2 技術(shù)特點(diǎn)

        2.1 智能補(bǔ)償,低功耗

        該溫度變送器采用STM32 系列32 位單片機(jī),該單片機(jī)具有能耗低、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),且具有溫度補(bǔ)償功能;無線溫度變送器傳感器選用高精度、高穩(wěn)定性的PT100 型號,通過可靠性高的放大電路及AD 采集模塊,將被測介質(zhì)的溫度通過無線通訊模塊傳遞到RTU。精湛的封裝技術(shù)及完善的裝配工藝確保了無線溫度變送器的優(yōu)異質(zhì)量和最佳性能[3]。無線溫度變送器可以組成龐大的無線網(wǎng)絡(luò),可以實(shí)現(xiàn)對所有監(jiān)測點(diǎn)的溫度監(jiān)測。整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)具有極高的測量精度和抗干擾能力。

        2.2 應(yīng)用成本低,方便快捷

        無線溫度變送器的超低功耗設(shè)計(jì),延長鋰電池使用壽命,無需現(xiàn)場布線,采用能量型ER26500/3.6V/9 000 mAh 耐低溫鋰電池供電(連續(xù)工作時(shí)間3 a 以上),解決了現(xiàn)場布線問題,節(jié)省了以前施工布線所用材料的費(fèi)用;采用插件式模塊化PCB板便于后期維護(hù),維護(hù)成本更低;分體式傳感器可以隨時(shí)替換玻璃管溫度計(jì)而不必動(dòng)火重新開孔施工作業(yè),安全、環(huán)保、節(jié)能,節(jié)省了改造費(fèi)用;抱箍式安裝方式可以按照現(xiàn)場安裝環(huán)境抱箍在附近管道上,不受安裝位置環(huán)境影響,安裝、維護(hù)方便快捷;殼體是鋁合金及ABS材料,結(jié)構(gòu)緊湊,體積小巧,既保證了全密封設(shè)計(jì),又保證了無線通信的順暢。外殼具有抗紫外線、抗高低溫、防水、防潮、防塵等特點(diǎn)。

        2.3 環(huán)境適應(yīng)強(qiáng),適用范圍廣

        無線溫度變送器采用耐高低傳感器,在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了重新設(shè)計(jì),供電方式上采用了耐高低溫鋰電池供電,安裝方式上采用分體式安裝,經(jīng)測試無線溫度變送器在-40~85 ℃,工作穩(wěn)定,數(shù)據(jù)采集正常,使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行條件得到了很大改善[4],減少了系統(tǒng)故障,減少因高、低溫導(dǎo)致溫度變送器的損壞,延長了溫度變送器的使用壽命,完全能夠在低溫和高溫介質(zhì)熱輻射的惡劣環(huán)境下運(yùn)行,主要應(yīng)用領(lǐng)域是針對野外或配套供電環(huán)境不便的場合,如輸油、輸氣、供暖等輸送能源管道場合進(jìn)行溫度檢測[5]。適合油田老區(qū)改造,計(jì)量閥組間等無人值守集油輸送遠(yuǎn)程監(jiān)控環(huán)境等。使整個(gè)溫度監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性得到了大幅提高。

        2.4 無線通信,安裝、調(diào)試效率高

        原有溫度變送器安裝時(shí)電纜裸露在外易損壞,改造時(shí)需要開孔動(dòng)火,存在較大的安全隱患。原有溫度變送器安裝調(diào)試需要多人配合校線聯(lián)調(diào),無線溫度變送器中無線、RFID 通訊功能解決了通訊電纜易損問題,同時(shí)還解決了后期安裝維護(hù)成本高,安裝、調(diào)試效率低的問題[6]。嵌入RFID電路及外部NFC,可以快速讀取設(shè)置地址等內(nèi)容,一個(gè)人即可以操作,節(jié)省了大量的人工調(diào)試費(fèi);現(xiàn)場可通過RFID 通訊直接調(diào)試,可靠性高,抗干擾能力強(qiáng),安裝、調(diào)試效率高。無線溫度變送器提高了調(diào)試工作效率,降低了人工、材料成本,降低了安全隱患,提升產(chǎn)品質(zhì)量。使整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性得到了大幅提高。

        3 現(xiàn)場應(yīng)用

        該無線溫度變送器應(yīng)用于大慶油田第三采油廠第二油礦700 臺(tái)、大慶油田第二采油廠1 340 臺(tái),合計(jì)應(yīng)用2 040 臺(tái)。無線溫度變送器產(chǎn)品優(yōu)勢明顯,減少了施工布線,節(jié)省了人工、材料成本,安裝、調(diào)試效率高,后期維護(hù)簡便[7-11]。

        1)有線溫度變送器年單臺(tái)能耗為0.48 W,單臺(tái)年耗電量4.2048kWh;年節(jié)約用電8577.792kWh。

        2)每臺(tái)安裝可節(jié)約1 人次人員施工調(diào)試費(fèi),人員施工調(diào)試費(fèi)700 元來計(jì)算,目前已安裝調(diào)試2 040臺(tái),節(jié)約費(fèi)用142.8萬元。

        3)無線溫變無需施工布線,若布線每臺(tái)有線溫變均需約30 m 線纜,安裝無線溫度變送器節(jié)省材料費(fèi)36.72萬元。

        4)無線溫度變送器安裝施工方便,無需施工布線,單臺(tái)施工調(diào)試減少一人次,共減少施工調(diào)試2 040/臺(tái)×人次。

        4 結(jié)論

        該無線溫度變送器結(jié)構(gòu)簡單,安裝、維護(hù)、調(diào)試方便,可靠性、穩(wěn)定性高。安裝無需布線、模塊化、功耗低,安裝、維護(hù)成本低,節(jié)省了以往的人工安裝調(diào)試費(fèi)用、材料費(fèi)等費(fèi)用。且節(jié)能降耗效果明顯,同時(shí)可以提高數(shù)字化油田數(shù)據(jù)信息管理水平??梢灾苯犹娲胁AЧ軠囟扔?jì),無需停產(chǎn)作業(yè),無需開孔布線,壓縮了施工周期,計(jì)量間無需停產(chǎn),間接提升了產(chǎn)量,大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

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