© THK-BP presentation name Контрольно-измерительные приборы и аппаратура составил ведущий специалист ОЦОАО «ТНК-Нягань» А. В. Лодосенко
02. 2018 © THK-BP presentation name Общие характеристики КИП и А В нефтедобыче необходимо измерять и контролировать следующие параметры: давление; расход жидкости (нефти, газа, воды); количество (уровень) жидкости (нефти, газа, воды); температуру (как рабочих веществ, так и отдельных частей и узлов машин и аппаратов); плотность жидкости (нефти, воды); содержание солей, различных мех. примесей и воды в нефти. Все измерения по общим приемам получения результатов классифицируются как прямые (непосредственные) и косвенные. При прямом измерении искомое значение величины получают непосредственно. Например, измерение температуры воздуха термометром, давления – манометром. При косвенное измерении значение физической величины определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных 2
02. 2018 © THK-BP presentation name Система единиц физических величин – совокупность основных и производных единиц, использованная в соответствии с принятыми принципами для заданной системы. Для обеспечения единства измерений большое значение имеет унификация единиц физических величин. В нашей стране используется Международная система единиц (Sl). Наряду с этим допускается применение ограниченной совокупности внесистемных единиц. Международная система единиц (Cи) принята в октябре 1960 года 11 Генеральной конференцией по мерам и весам. Основные единицы физических величин: метр равен длине пути, света проходимого в вакууме за 1/299792458 долю секунды; килограмм; секунда; ампер; Кельвин; Моль; Канделла. Дополнительные единицы Си: радиан, стерадиан. 3
02. 2018 © THK-BP presentation name Характеристики измерения Важнейшими характеристиками измерения является погрешность и точность. Погрешность результата измерений – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Точность результата измерений – характеристика качества измерения, отражающая ближайшую к нулю погрешности его результата (чем меньше погрешность измерения, тем больше точность). Погрешности бывают: § систематические (инструментальные, методические). Возникают в результате некорректной настройки приборов или применении недостаточно точных методик измерения; § случайные. Случайные погрешности возникают в результате неконтролируемых внешних условий; § грубые. Грубые погрешности возникают в результате ошибок при определении величины по шкале прибора или неправильной записи. 4
02. 2018 © THK-BP presentation name Средства измерения Средство измерений – это техническое средство (или комплекс технических средств), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее или хранящее одну или несколько единиц физических величин, размеры которых принимаются неизменными в течение известного промежутка времени. Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой величины в установленном диапазоне. Как правило, измерительный прибор имеет устройства для преобразования измеряемой величины в сигнал измерительной информации и его индикации в форме, наиболее доступной для восприятия. Устройства для индикации часто содержат шкалу со стрелкой или другим указателем, диаграмму с пером и цифроуказатель, благодаря чему можно отсчитывать показания или регистрировать значения физической величины. В случае сопряжения прибора с компьютером отсчет проводится с дисплея. Диапазон измерений определяется нормативно-техническим документом (паспортом завода-изготовителя), в соответствии, с которым изготавливается тот или иной прибор. Для каждого типа прибора устанавливается свой диапазон измерений. 5
02. 2018 © THK-BP presentation name Типы приборов Различают следующие типы приборов: показывающие, регистрирующие, суммирующие, самого действия, сравнения. Класс точности – обобщенная характеристика СИ, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами СИ, влияющими на его точность. Класс точности задается любым числом из размерного ряда: (1; 1, 5; 2, 0; 2, 5; 3, 0; 4, 0; 5, 0; 6, 0) · 10 n, где n = 1; 0; - 1; - 2. Пример. Ртутный термометр с двухсторонней шкалой - 50 о. С +50 о. С имеет класс точности 1. Определим пределы абсолютной погрешности показаний: Погрешность средства измерений - разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой величины. 6
02. 2018 © THK-BP presentation name Поверка и калибровка средств измерений Погрешность средства измерений - разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой величины. Все средства измерений делятся, в зависимости от назначения и класса точности, на рабочие и образцовые. Образцовые средства измерений (ОСИ) – средство измерений, предназначенное или применяемое для поверки (калибровки) средств измерений. Образцовые средства измерений в зависимости от точности подразделяются на разряды 1 -й, 2 -й и 3 -й. Поверка средств измерений – совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы (другими уполномоченными на то органами, организациями), с целью определения и подтверждения соответствия средства измерений установленным техническим требованиям. Поверка распространяется на средства измерений, подлежащие государственному метрологическому контролю, перечень этих средств измерений на предприятии утверждается главным инженером, все остальные средства измерений, не вошедшие в этот перечень, подлежат ведомственному метрологическому контролю и подвергаются калибровке метрологическими службами предприятий. Калибровка средств измерений – совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодностью к применению средства измерений, не подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору. 7
02. 2018 © THK-BP presentation name Выбор средства измерений Основными характеристиками средств измерений являются погрешности. Они наиболее существенно влияют на качество измерений, поэтому при выборе средств измерений по точности необходимо учитывать требования к погрешности результата измерения и долю ее, приходящуюся на погрешность используемых средств измерений. В технологическом регламенте должно быть указано допустимое отклонение контролируемого параметра в единицах измеряемой величины или в процентах. При выборе измерительного прибора необходимо определить допускаемую погрешность измерения в контролируемом диапазоне и сравнить ее с допустимым отклонением, указанным в технологическом регламенте. Если погрешность прибора в указном диапазоне меньше указанного отклонения в регламенте, значит прибор выбран правильно. При обратном результате необходимо подобрать прибор с диапазоном измерения более близким к контролируемому диапазону, и вновь провести расчет погрешности. 8
02. 2018 © THK-BP presentation name Методы снятия показаний приборов Акустические – мерой уровня является время распространения звуковых колебаний от источника излучения до контролируемой границы раздела сред и обратно до приемника. С непосредственным отчетом – датчики со шкалой, показывающие или записывающие показания (указательные стекла, УДУ – 10, ДСС). С электрической передачей информации – электрическая система передачи дает возможность передавать показания на расстоянии 500 м и более. Основными датчиками, применяемыми в системах передачи на постоянном токе, являются: реостатные, диф. трансформаторные, токовые и т. д. С пневматической передачей показаний – пневматическая система передачи показаний нашла применение в тех случаях, когда применение электрических исключается ввиду пожароопасности, взрывоопасности производства. Дальность передачи 160 м. 9
02. 2018 © THK-BP presentation name Порядок ремонта, поверки и калибровки средств измерений Ремонт и калибровка средств измерений осуществляется в лабораториях специализированных предприятий. Государственная поверка СИ проводится в Стрежевском отделе госнадзора Томского центра метрологии. Сдача средств измерений на калибровку, поверку и в ремонт в лаборатории метрологии производится подразделениями НГДУ в установленном порядке, на основании графиков поверки, калибровки средств измерений, составленных подразделениями НГДУ. Графики поверки (калибровки) должны включать весь перечень средств измерений, имеющихся в подразделении, так как приборы, не включенные в графики, не будут учтены при составлении договоров на ремонт и поверку. Периодичность калибровки средств измерений устанавливается тех. советом предприятия, периодичность поверки СИ устанавливается Госстандартом России. 10
02. 2018 © THK-BP presentation name Приборы для измерения давления Классификация приборов Одним из основных параметров, характеризующих работу нефтяных скважин, насосных агрегатов, сепарационных установок, установок по подготовке нефти, газа и воды является давление. Давлением называют отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. Различают следующие виды давления: атмосферное, абсолютное, избыточное и вакуум (разряжение). Атмосферное (барометрическое) – давление, создаваемое массой воздушного столба земной атмосферы. Абсолютное – давление, отсчитанное от абсолютного нуля. За начало отсчета абсолютного давления принимают давление внутри сосуда, из которого полностью откачан воздух. Избыточное давление – разность между абсолютным и барометрическим давлениями. Вакуум (разряжение) – разность между абсолютным и барометрическим давлениями. В Международной системе единиц за единицу давления принят Паскаль (Па) – давление, создаваемое силой в 1 ньютон (Н), равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м 2, направленной перпендикулярно к ней. Внесистемная единица измерения давления – кгс/см 2, мм вод. Ст. , мм рт. Ст. (1– кгс/см 2 = 9. 8 104 Па) 11
02. 2018 © THK-BP presentation name Приборы для измерения давления Классификация приборов По роду измеряемой величины: манометры – служат для измерения избыточного давления. При помощи манометров измеряют давление в нефтепроводах, газовых линиях, водоводах, ЗУ, котельных установках, на ДНС, УПСВ, компрессорных и т. д. ; барометры – предназначены для измерения атмосферного давления; тягомеры и напоромеры – для измерения небольших разряжений или избыточных давлений до 2500 мм вод. ст. Тягомеры широко используются для измерения тяги в печах, у основания дымовых труб, а напоромеры – при измерении небольших давлений воздуха и газа в воздухо- и газопроводах; вакуумметры – используются для измерения разряжения (вакуума) до 760 мм рт. ст. Применяются в конденсаторах, вакуум-насосных установках, вакуум-аппаратах; мановакууметры – для измерения избыточных давлений от 0, 5 до 50 кгс/см 2 и вакуума до 760 мм рт. ст. ; дифференциальные манометры – для измерения разности давлений. 12
02. 2018 © THK-BP presentation name Приборы для измерения давления Классификация приборов По принципу действия: Жидкостные – измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости, заливаемой в прибор, высота которого и является величиной, определяющей давление. Пружинные – измеряемое давление уравновешивается упругими силами пружинных элементов (трубчатой пружины, мембраны, сильфона и др. ) – величиной, определяющей давление. Поршневые – измеряемое давление уравновешивается весом груза, действующего на поршень определенной площади, перемещающийся в цилиндре, заполненном маслом. Электрические – используют для измерения давления различные электрические явления, связанные с изменением давления (пьезоэлектричество, изменение сопротивления проводников, емкости и др. ). Комбинированные – основанные на использовании нескольких принципов 13
02. 2018 © THK-BP presentation name Приборы для измерения давления Классификация приборов По способу выдачи сигналов измерения: показывающие; регистрирующие с местной записью; регистрирующие с дистанционной передачей показаний. По назначению: Технические – служат для установки на объектах. Контрольные – предназначены для проверки технических приборов на месте их установки. Образцовые – используются для проверки технических и контрольных приборов, а также для точных измерений 14
02. 2018 © THK-BP presentation name Манометры. В нефтедобыче наиболее распространены пружинные манометры (рис. 1. ), где в качестве чувствительного элемента применяют трубчатые пружины, как одновинтовые, так и многовинтовые, мембраны и сильфоны. Технические манометры имеют класс точности 1, 5; 2, 5; 4, 0; контрольные – 0, 6; 1, 0; образцовые – 0, 16; 0, 25; 0, 4. Верхние пределы измерений манометров в зависимости от их типов составляют: 0, 16; 1, 0; 1, 6; 2, 5; 4, 0; 6; 10; 16; 25; 40; 60; 100; 160; 250; 400; 600; 1000 кгс/см 2. Пример обозначения манометра: манометр показывающий (МП) с диаметром корпуса 63 мм (63), радиальным штуцером (Р), диапазоном измерения от 0 до 4 МПа, классом точности 2, 5 МП 63 - Р (0. . . 4) МПа - 2, 5. 15
02. 2018 © THK-BP presentation name Принцип действия манометра основан на уравновешивании силы, возникающей под воздействием измеряемого давления, силой упругости, чувствительного элемента прибора. Манометр (см. рис. ) имеет резьбовой штуцер 7 для подключения, трубчатую пружину 5, соединенную со штуцером, стрелку 1 и кинематический узел, состоящий из поводка 6, зубчатого сектора 4 и зубчатой шестерни 2, закрепленной со стрелкой, и противодействующей спиральной пружины. Под воздействием избыточного измеряемого давления трубчатая пружина деформируется (в пределах упругих деформаций), стремясь распрямиться. При этом свободный конец пружины, перемещаясь совместно с поводком 6, , разворачивает относительно оси зубчатый сектор, который, в свою очередь, поворачивает на определенный угол зубчатую шестеренку 2 и стрелку 16 прибора. • 1
02. 2018 © THK-BP presentation name Электроконтактные манометры В отличие от обычного показывающего манометра в этом приборе имеются два электроконтакта, которые замыкаются при заданных значениях давления, передавая при этом по проводам соответствующий сигнал. Пределы, при которых подаются сигналы, устанавливаются перемещением контактных стрелок с помощью двух головок, выведенных наружу через стекло и помещенных над осью вращения стрелки прибора. Электрическая часть контактных манометров может питаться постоянным или переменным током. В целях безопасности корпус контактного манометра имеет особую клемму, которая должна быть соединена с землей. • 17 1
02. 2018 © THK-BP presentation name Эксплуатация манометров На шкалах манометров, устанавливаемых на различном оборудовании, работающем под давлением, наносятся отметки, соответствующие максимальному (иногда и минимальному) рабочему давлению. Отметки могут быть выполнены в виде стрелок или рисок, которые крепятся к корпусу манометра напротив его шкалы. • Манометр не допускается к применению в случаях, когда: • отсутствует пломба или клеймо на манометре; • просрочен срок поверки манометра; • стрелка манометра при его выключении не возвращается на нулевую отметку шкалы; • разбито стекло или имеются другие повреждения, которые могут отразиться на правильности его показаний. 18
02. 2018 © THK-BP presentation name Вакуумметры. Устройство вакуумметра аналогично устройству манометра. Различие заключается в меньшей упругости пружины. При разрежении пружина скручивается, и стрелка вакуумметра движется против часовой стрелки. На шкале вакуумметра нулевая отметка справа. Мановакуумметры предназначены для измерения переменных давлений, которые могут быть больше или меньше атмосферного. На шкале мановакуумметра – нуль в средней части. Делениям шкалы вправо от нуля соответствуют единицы давления, деления шкалы влево от нуля указывают разрежение. 19
02. 2018 © THK-BP presentation name Приборы для измерения температуры В процессах, имеющих место на нефтедобывающих предприятиях, важно знать температуры веществ, участвующих в той или иной технологии. Приборы для измерения температуры по принципу действия подразделяются на: § термометры расширения (технические стеклянные, манометрические, дилатометрические, биметаллические); § термоэлектрические пирометры (термопары); § термометры сопротивления. 20
02. 2018 © THK-BP presentation name Термометры расширения бывают: жидкостно-стеклянные термометры представляют собой стеклянную трубку, внутри которой проходит капилляр, заканчивающийся книзу резервуаром, заполненным жидкостью (спирт, ртуть). При изменении температуры рабочая жидкость, расширяясь в резервуаре, поднимается по капилляру вверх тем выше, чем выше измеряемая температура; манометрические термометры (рис) – представляют собой замкнутую систему, в которую входят: термобаллон, погружаемый в измеряемую среду, капилляр, упругая манометрическая пружина, рычажная система. При погружении термобаллона в измеряемую среду увеличивается (или уменьшается) давление в замкнутой системе, что вызывает деформацию манометрической пружины; 21
02. 2018 © THK-BP presentation name Термометры расширения дилатометрические термометры – принцип действия основан на различии коэффициентов линейного расширения металлов и сплавов. Состоит из инварного стержня, латунной трубки и показывающей стрелки; биметаллические термометры (рис. ) – принцип действия, так же, как и у дилатометрических, основан на различии коэффициентов линейного расширения металлов. 22
02. 2018 © THK-BP presentation name термоэлектрические пирометры Принцип действия термоэлектрических пирометров основан на явлении термоэлектрического эффекта (ТЭ). Сущность ТЭ заключается в том, что в местах соединения 2 -х проводников из разных металлов или сплавов возникает электрический ток, если хотя бы два места соединения этих проводников имеют разную температуру. Термочувствительный элемент, состоящий из 2 -х последовательно соединенных (спаянных) между собой разнопородных проводников или (реже) полупроводников, называется термопарой. Нагреваемый спай термопары называется “горячим” (рабочим) концом, второй слой называется “холодным” (свободным). Температура свободного конца термопары должна быть постоянной для обеспечения правильных показаний измерительного прибора. Это достигается выносом свободного конца термопары (при помощи компенсационных проводников) дальше от нагрева агрегата, в место, где может быть обеспечена постоянная и низкая температура окружающей среды. 23
02. 2018 © THK-BP presentation name Термометры сопротивления Принцип действия термометра сопротивления (ТС) основан на свойстве металлов изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. ТС – это чувствительный элемент (проводник или полупроводник), зависимость которого от температуры известна. Зная эту зависимость, можно помещая термометр в среду с неизвестной температурой и замеряя его сопротивление, определить температуру среды. Сопротивление термометра измеряется вторичными приборами типа догометр и уравновешенный мост. Основной деталью ТС является каркас, на который наматывается проволока чувствительного элемента. 24
02. 2018 © THK-BP presentation name Измерение расхода жидкости и газа Объемные камерные датчики. Для учета газа, потребляемого индивидуальными бытовыми и групповыми установками, небольшими котельными и т. п. , используются объемные камерные счетчики низкого давления. Камерные счетчики имеют одну или несколько камер с подвижной перегородкой, которые при движении потока отмеривают определенные объемы газа, с последующим подсчетом числа опорожнившихся объемов. Диапазон измерения таких счетчиков от 0 до 6, 0 м 3/час, давление до 0, 6 кг/см 2 (КГФ – 25; КГФ – 6). Погрешность этих счетчиков 1%. 25
02. 2018 © THK-BP presentation name Измерение расхода жидкости и газа Ротационные счетчики. Эти счетчики также являются объемными и могут быть использованы при расходах до 3000 м 3/час и давлении до 1 кг/см 2 (РГ – 40, РГ – 400). 26
02. 2018 © THK-BP presentation name Измерение расхода жидкости и газа Турбинные расходомеры, счетчики жидкости и газа. Принцип действия турбинных расходомеров и счетчиков заключается в преобразовании скорости потока жидкости и газа, проходящего через известное сечение трубопровода, в частоту вращения турбины, установленной в трубопроводе, которая, в свою очередь, преобразует ее в частоту электрических импульсов. Турбинные расходомеры с магнитно-индукционным преобразователем – Норд, МИГ, Турбоквант, Смит – получили широкое применение на оперативных и коммерческих узлах учета нефти в нефтедобывающей промышленности. Механические турбинные счетчики жидкости ТОР-50, ТОР-80 используются в групповых замерных установках. 27
02. 2018 © THK-BP presentation name Счетчик жидкости СКЖ (дельта) 28
02. 2018 © THK-BP presentation name Измерение расхода жидкости и газа Вихревые расходомеры жидкости и газа. Принцип действия этих расходомеров основан на эффекте Кармена, заключающегося в том, что если в потоке жидкости или газа установить призму с острыми ребрами, например, треугольную в сечении, перпендикулярном к движущемуся потоку, то на этих ребрах происходит срыв потока с образованием вихрей, частота которых пропорциональна скорости потока. Диапазоны измеряемых расходов вихревых расходомеров лежат в пределах от 0 до 50000 м 3/час. Основная погрешность от 1 до 1, 5%. Существенным недостатком вихревых расходомеров является необходимость их индивидуальной поверки. Опыт эксплуатации показывает, что их использование предпочтительно для измерения расхода жидкости (СВУ – 50, СВУ – 80, СВУ – 200) 29
02. 2018 © THK-BP presentation name Измерение расхода жидкости и газа Трубки Пито – Параданталя. Для измерения малых расходов газа в трубопроводах большого диаметра могут быть использованы расходомеры скоростного напора - трубки Пито – Параданталя. Способ измерения основан на принципе измерения перепада давления, создаваемого между скоростным напором движущейся среды и статическим давлением в трубопроводе. Трубка устанавливается в трубопровод навстречу потоку на расстоянии от верхней образующей. Для измерения давлений и перепада давления используются дифференциальные микроманометры типа ММП – 3, ММП – 4. Ультразвуковые расходомеры. Ультразвуковой (f > 20 r. Hz) метод измерения расхода основан на явлении смещения звукового колебания движущейся средой. Для измерения расхода в основном используются 2 способа: первый основан на изменении разности фазовых сдвигов двух ультразвуковых колебаний, направленных по потоку и против него. Приборы называются фазовыми расходомерами; второй основан на измерении разности частот повторения коротких импульсов или пакетов ультразвуковых колебаний, направленных по потоку и против него (частотные расходомеры). 30
02. 2018 © THK-BP presentation name Метод переменного перепада давления. В настоящее время основным методом измерения расхода и количества газа, протекающего по трубопроводам, является метод переменного перепада давления на сужающих устройствах. Метод переменного перепада давления основан на изменении перепада давления при протекании потока газа через сужающее устройство (СУ). Самым распространенным сужающим устройством является стандартная диафрагма. В России Правилами РД 50 – 213 – 80 также нормализованы следующие типы сужающих устройств: сопло, сопло Вентури, труба Вентури. Перечисленные СУ по сравнению с диафрагмой обладают повышенными гидродинамическими характеристиками, однако ввиду нестабильности расходов, сложности аттестации в нефтедобывающей промышленности широкого применения не нашли. 31
02. 2018 © THK-BP presentation name Механические турбинные счетчики Турбинный расходомер жидкости (ТОР 1 -50) в ГЗУ «Спутник» установлен ниже уровня жидкости в технологической емкости гидроциклонного сепаратора. Расходомеры ТОР-1 предназначаются для измерения жидкости вязкостью не более 80 с. Ст. Расходомеры ТОР-1 обеспечивают как местный отсчет показаний, так и передачу показаний при помощи электромагнитного датчика на БМА. Расходомеры ТОР-1 (рис. 8) состоят из двух основных частей: турбинного счетчика жидкости и блока питания. 32
02. 2018 © THK-BP presentation name Принцип работы Турбинный расходомер ТОР-1 работает следующим образом. Жидкость, проходя через входной патрубок корпуса 1 и обтекатель 2, попадает на лопатки крыльчатки 11 и приводит ее во вращение. После крыльчатки направление движения жидкости экраном изменяется на 180°, и она через окна обтекателя поступает в выходной патрубок. Число оборотов крыльчатки прямо пропорционально количеству прошедшей жидкости. Вращательное движение крыльчатки передается через понижающий редуктор и магнитную муфту на механический счетчик со стрелочной шкалой (цена деления 0, 005 м 3). Одновременно со стрелкой механического счетчика вращается находящийся с ней на одной оси диск 9 с двумя постоянными магнитами, которые, проходя мимо электромагнитного датчика, замыкают расположенный в нем магнитоуправляемый контакт. Получаемые при этом электрические сигналы регистрируются на блоке управления счетчиком, т. е. дублируют показания местного механического счетчика. В то же время каждая лопатка, проходя мимо магнитоиндукционного датчика, выдает электрический сигнал, который регистрируется в блоке регистрации. 33
02. 2018 © THK-BP presentation name Измерение уровня и применяемые для этого приборы По принципу действия приборы для измерения уровня классифицируются как: визуальные; поплавковые; гидростатические. Визуальные уровнемеры – стеклянная трубка со шкалой, закрепленная между двумя штуцерами, соединенными с резервуаром. Поплавковые уровнемеры – чувствительным элементом является поплавок, плавающий на поверхности жидкости. С изменением уровня изменяется положение поплавка, которое передается механическим (УДУ – 10), электрическим (Сапфир – ДУ, ВК - 1200) или пневматическим (УБ –ПВ) путем на вторичный прибор. Гидростатические уровнемеры – принцип действия основан на измерении давления внутри жидкости, определяемого массой столба жидкости, расположенного между точкой измерения и поверхностью жидкости в емкости. 34
02. 2018 © THK-BP presentation name Сигнализатор уровня 35
Скачать презентацию THK-BP presentation name Контрольно-измерительные приборы и аппаратура
КИП и А.ppt