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第一章 自动化仪表在生产过程中的作用" V! h3 X; C) k& h1 A7 P
' F* X& B2 ?9 N: R4 W
1.1 自动化仪表及其应用
7 B3 p& l/ `2 u" a, k: h5 _
c4 K1 u. E: x/ H' k1 s8 @3 w- D自动化仪表，是指在工业生产过程中对工艺参数进行检测、显示、控制的仪表。自动化仪表大体可分为检测仪表、显示仪表、控制仪表和执行器四大类。检测仪表是利用各种物理、化学效应，实现各种信息参数测量的仪表。显示仪表则用于对各种变量检测、控制及操作状态参数的数据显示和记录，承担人—机联系的任务。有的仪表则集检测与显示一体。控制仪表把来自检测仪表的信号值与所要求的信号值进行比较、综合，按预定控制规律发出控制信号，操纵执行器动作，使被控变量达到预期值。执行器则是实现这种控制作用的终端控制装置。
! k! Q8 J0 p$ a( o
2 Q, x5 u* T3 P! [1 @* l0 l! w* Q9 V工业自动化仪表是实现工业生产过程自动化的一种重要装置。应用自动化仪表和设备，构成各种类型的自动化系统，可以代替人的重复性劳动，实现工艺过程的自动检测、调节和控制。在海洋石油的油气田生产中，为了正确地指导生产操作，保证人员和生产安全，都广泛应用自动化仪表和控制系统。0 B8 ~$ L, m4 s6 a p. E( _9 X1 O
, T, ^$ s( [0 f8 ~# m1.2 自动化仪表的分类# y {2 }" F8 T( k. Y
3 r% T6 o( q! n, m9 b! E9 x2 w海洋石油平台使用的自动化仪表类型繁多，因而分类的方法也不同，下面介绍几种常见的分类方法。* A; n* F; L7 g/ m
$ A* L, a& k- q1 y( R7 Y$ {- g7 w
按使用能源不同，可分为气动仪表、电动仪表和液动仪表。0 q2 D9 T* m( K- E# U1 D
8 [6 e2 g1 D* }5 J t4 Q
按所测量参数不同，可分为压力仪表、温度仪表、液位仪表、流量仪表。; a. Q/ S; q2 K2 P$ K
8 A1 j3 ~) u m0 ^6 l
按所使用系统不同，可分为生产系统检测仪表和安全系统检测仪表。
& f- @5 P$ A8 |( ?: T7 t1 `* M2 Z
2 ?. }" |# O9 Z# t7 h/ H) H0 V* {1.3 自动化控制系统
7 R- E8 p/ L8 R2 y8 Q L! t" G6 K: y
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，保证生产的持续性，保护原油生产系统及其设施。
9 k6 G' M2 u1 a. M6 p$ x5 t3 t) M) h$ _+ {+ |
中央控制系统是由生产过程控制系统（PCS）和安全控制系统(SCS)组成。
8 n; N7 b( K7 z' j/ J4 N: p/ }& [
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。如下图所示：
# _+ r3 n# G9 O! A) L9 ` c7 c
7 s6 e& p+ `9 [
0 u0 W; P) E- K& V& v
2 _5 y* k# ?& ?& D: `2 h5 h. f. e0 N
, r7 e* Q- N2 i& a' c; Q6 H
5 d- ?) i1 h( B1 R& Z Y* T) n
/ N/ }/ a8 g( Q* k5 q) B) T E
/ I1 w5 L5 H2 S/ ]9 _( z* `* c8 w+ d q* [( b' ~
% `# A4 @+ f, s9 `9 P2 V' n
1 u& x( |& M# s% H, C' X, U
! D/ z$ z: K" b( _: Y: r% ? t9 M) N
! N% T6 T4 @4 o- s
1 b! G( X# ~! q
- L& K- J) i+ b
: r. ~& [ d/ V3 w! e
3 x6 k" [0 @# p$ ]! C) U9 R2 N3 H4 |9 P
. t$ S6 A( a X' W0 I4 Q9 b4 O" d0 z
+ f# G! A' O7 N. h中央控制系统的构成- Q8 Q. ~; K+ W. s6 y7 o
7 s F$ S5 F: {4 y, o+ T2 g
P, G, e' C- Y+ C
6 @! M4 R" _8 _) q( Z1 W
/ Y/ U6 d9 U! t. b# L# }6 H% i8 c e m, ?' G
V% B) A' r% `$ j* S0 T
现场仪表
; p( F8 a# J* L4 `' u0 N
: K" H9 z8 U# E* w# ~PT# H" G% f2 z' A, ?, }( J
5 K9 z0 A- f- c/ w* f; I5 l3 bTT; {" x% g( y5 ^4 ^8 _
9 Q9 h7 c" A) J1 a W: ?( \ P+ KLT: c5 B+ G% c/ I8 l8 s. A% W8 C
1 W+ H/ S4 ?. d
FT
( d9 X" R f9 T# q! A9 ]
6 B q+ L$ D$ f7 Y8 V" c3 B" I* U- j" W# q b. }0 ]
" D0 q' S3 k1 k
; W. U! Y9 |6 [. Q5 C. H( I- y- R
5 y! Y' ?( P" F4 I' n% o1 b
中央控制系统" B1 ^0 l; w+ E: w
, @6 t5 N2 ~, G) N( m6 F2 B
: P2 H y& N: B& S+ b' s( G( f# O* i1 w7 d
过程控制系统
3 H. Z( ], P& S4 g* x; ^ R F
% b% S& Z" @$ f6 o7 j0 l1 |PCS4 ~) ^9 G( ~1 w
9 N5 o1 t; [# Y! m; h* V- n# K9 n s/ [# y5 ^' b
. k I8 `# v2 L. u- q逻辑关断系统# ~* N- u6 P, E0 ^
: \6 q- Z5 I' S' t# h5 W9 i
ESD( z- |, }7 } P9 |3 _
/ ~& ^& i8 S+ o4 B; V& y2 R8 |) |( u
& a9 x9 N) V, L6 Q. e
火气系统
, N3 f+ V, M" p* A" F1 I8 X3 m
0 p" T% \8 m. ?" cF&G( J& H. h- {' f+ e6 t% Y5 L& J0 t
E" R1 s4 c" H2 T
9 y8 ~# C( c9 U3 E# s- }- e
5 k. z" J$ E8 e, F) m安全控制系统& u+ M; t3 r% q- M) x" @7 O9 N I! T9 d
( g, r& m4 `, a) n1 p8 l6 r! y2 W
SCS
$ _# I: ~/ H- ]! y* T w; R* _$ B5 u8 G2 o/ ~
5 L! ?' i" K$ C. T4 Q. P; ^: ]" F V; k# F- a
阀位状态# H- |% c% q8 V- a/ P& i# K
0 J7 a+ T) y1 p: g! v( T% A& j1 A泵状态及故障信号; C- H: P. ]( A. z9 F% m
- [8 M% b* G& i( i7 b) g$ D$ H5 m
, o( H9 L9 C; v1 o0 o/ T. r V% a
$ v4 }8 a" T( z! [* \
! M3 s( y4 g- l2 e4 X4 t* d
8 d. H* I$ C4 n: y8 S& [# i8 f& T开关报警信号. ]9 p* Q; n+ p5 j
C2 O, n$ C0 T4 \0 D+ T8 D7 l6 l
PSL3 l1 F/ [% P8 f! k3 c7 W; j
7 l8 Z) x: F2 k7 {9 G, {* uTSL
, d4 _7 E3 f( m8 Q2 j# [* h* Q, C; b0 C0 z C9 R) J% C
LSL Y! e& \1 T( }* N* z
{8 @; K5 ~- ^( a! c: N
6 K: P& J$ V5 G
l3 u4 I- Y# m& _2 z
7 C' F6 N6 X& ^. h6 B F2 l! M* M4 W
2 c5 o2 [& h7 X! \# Z* _控制阀1 x7 p, B ]% L3 t/ N
5 X# Z+ F& y. w0 H# a# ]: g
7 s! J7 N8 T+ [$ M) m- ~ Z5 T. [: J( _" c
启停泵
3 z' d/ c0 y, n5 t
* V$ ~6 I0 q- S" k* c
: {' a, O w+ M1 G& S* K9 Q
8 J; X( D' c7 d声光$ |1 M5 C, a: C2 | K
9 P& y o, E8 e1 e7 Y& @
报警
. Z' |9 N2 g$ h( x2 r% o P2 O9 ^( [+ s
l) A1 o( U# x/ J1 `
: Z! l, f; S, ~$ q+ E' v3 v6 j开关报警高高低低信号+ q6 O% n' R( G3 \8 y
# c4 l7 C. {3 u }1 K/ a# b' g/ T& P
) T& g/ U) m9 b) Y1 c/ M( Y2 _8 G2 C/ t: U3 p
# B+ h; o' \+ K8 J. F其它关断信号
. _ R4 k2 f% ^3 J
+ c1 Q; k, D$ Z4 j# w$ l( E5 G1 {& q: q$ U& t
5 m9 \# N& E! x! O, \
$ U# Q- L/ |! V; t: ]* i& l
- M% o! s9 C; B5 U' W' J状态灯及PA广播
( ]5 M( ^; T% N1 k% t: B# C! T* j2 h+ _" ?
' R" n i: C4 A9 C* v" F% C5 }3 e7 t Q4 _$ r
关断相应设备
0 Z. s2 A! ]+ j8 V0 _8 U7 t9 k
$ N+ t3 S* w" }# `! N2 d* H; ^
2 w8 _' v; B8 _0 m$ k
' H4 F5 e" u9 ]2 p7 q关断相应系统
% i h# S' c% B( D8 Z. g. x+ W7 G# R: l, @0 _
2 a- ^$ V' S/ a- @# H: O$ E
5 M9 |6 i. G v- t6 `: G- z现场仪表
; I5 _$ s0 Q7 r. d& U% M9 U8 x- h3 V% S5 T* m6 f
PT
, g2 i S2 r- d2 W+ x" Z: T, [4 ^6 M. }8 T. h! `
TT
/ ^6 E7 f3 J7 \7 d4 t* b0 d. D. V0 y$ Q/ {
LT
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# S, K7 }% W$ _1 N. w' C; E6 _FT. h0 k: K. k5 o+ s" X2 \
# z* o) i) W! V) J' ^
7 J" ^9 `, g k t* ~
! t7 m% Q3 a4 g7 U/ |8 \0 K9 j& x+ {7 n
+ [: o! B! O* }' \2 R( w9 H; X+ ?; r# F7 Y/ Z/ M8 t0 Y
中央控制系统
$ Y: }4 f: C4 z2 L+ }4 ^
- U- J# B8 ?' G( u3 T" Q
3 N) O3 ~* O. w* s5 g* L% @/ k8 Z& @$ ^% f
过程控制系统! N: v0 L$ i' P5 s2 ^
* J2 i7 w) Q- G/ I* b/ mPCS
: \" t6 ]9 x- G2 p1 o, U/ U; I
4 E8 H& v( O" r$ |# n7 Q# l- k5 c9 Q! x) ]6 {
逻辑关断系统
7 ` ^4 m5 e2 Y) u/ L, }5 Q( a' {4 [( D1 z1 b) ~9 J; ?; s
ESD' m, r& x4 e* @+ y0 E9 q/ j- k
0 @4 X6 p. @) y$ W- E- D. l9 L6 i" X/ X; { E9 \1 o) Y
6 O8 E1 O( Z' Z" ?& O
火气系统
4 i* C! e2 t7 `8 P: M: ?
* B9 l2 v6 {. h5 H( w5 XF&G$ q) P! m8 {9 |8 ~6 H8 {2 \, q
# { R' W' M- J# l9 S- T, m
x: X, K% n _% T6 V- L- `+ L: K
# B$ l; R; g# X/ u+ N# W! M; ^
安全控制系统7 w- S1 ^5 `: u* i* f$ e
+ g) I* I$ h. m" l- O! V( J4 {SCS2 {. R) ^, I* {
+ ^5 {- f& U* T+ J& L
3 A3 _' `* c1 q6 ]# w @: r$ [3 y9 A: n0 R4 `
阀位状态
# [9 R6 Z. d7 X4 O0 D5 y! Y; c( z* W, P0 F4 K3 w
泵状态及故障信号
: X9 x! q; I# q7 m+ A
0 A$ M3 ^3 [, C3 ~+ K0 J8 | s- \- ^
5 `0 P: f7 z4 B) A1 r+ E) @7 A& G( R4 T( N
; B& U# x# g. Z6 d' {/ @' C
9 Q! D/ z( { `( P+ M2 S开关报警信号
) _7 {" E6 m% M+ q! G0 P7 Y7 J7 S+ R1 |$ \
PSL
7 u' } U9 b- x& `
& B; B5 `. N1 l6 MTSL
& n3 Z: O* B8 f3 M
" t1 U8 w; p) U9 f5 N8 ]/ P. A8 y5 uLSL
9 r) Y. s' ?6 b" P- N6 R# N j
+ e4 A: Z) H" y( c' _
& r M, W8 I5 N0 g) Z# A
' Y& N& j8 ^+ m5 O- I8 J6 @
# r+ o5 M$ }. Q6 ~7 L- |$ j
& b' P/ q$ [( l4 i4 @控制阀4 V4 N% Y/ K- `/ o |
# S1 |. U$ H; q3 i
7 d! Z' n7 ~3 P r
/ h5 Y' q3 e9 V! O2 {启停泵% a- y4 v8 ?! d" o6 t, v
3 R* M& P6 E4 p. S8 |1 Y7 a
) z C4 z/ X* V2 r/ E. q0 F
- t, G- V5 O0 u# w/ j2 U声光
# D8 _9 W8 x( G) L4 N' q$ m1 ^- \+ Y! H) Y
报警
9 \7 D' K5 q1 W) c6 B
. C4 \7 r5 d0 i! N
) v6 W# |" z, V5 J; t% d1 g' }
% H3 ]2 H$ V; f, L% H! B/ r: I开关报警高高低低信号
" |" N: K) K- q8 b" @
$ W0 N ^$ A u" x9 B! L7 b- H3 n; ]* Y3 T" V0 l
( {1 Z0 ]: n% @3 e' `# c( t" D, E% B2 N' A" E1 o: O3 k
$ i+ I. A3 F; |7 b- n! @
火气探头及火灾手动站
1 h& b' E: ?7 t) _8 R" [ C6 a$ [
% I# P3 e* Z8 k3 |" K8 h, T' D% F4 t* z* W; \
7 ]9 F# e) w+ J6 b% M5 t
: `- w, v; B: c+ b: m) d- p8 L! \* A* ]
其它关断信号
/ w9 x( m, o. |; g% R9 x Q4 u: ~- r
( D6 s$ ^0 s, s6 u: Z" X0 F: n/ l# Y5 @" E, }
, B9 R1 e/ B7 [2 v7 e
. W8 E4 A0 u8 a, c
: ~+ v/ q" e0 ^. q) N* L$ w其它检测信号
, q/ j$ j# X$ H
0 t. f' N; B! Z4 K6 t( P2 H% v- u3 t- u4 q( X5 j! c, b/ \4 a
2 j8 b, I1 }% O, {
状态灯及PA广播
, u2 M- ?; \. L$ l- E: w, j# @. ?1 i4 a: @1 ~2 M
$ X$ D- x$ U$ A* J8 }
( d( g, E/ a" K7 T) j消防泵及喷淋阀和CO2系统
* `3 r1 D3 p0 x8 n8 N$ C
$ b6 D. I( f" a8 K3 y0 [+ Z1 r( z, Q1 |& i# U
2 z" e% ^( Y2 f0 j' N6 G( j
关断相应设备- _3 {9 D4 w5 p' x# p
' ^; H8 L* o# w9 ?2 \: @3 q |8 V7 X1 E. e+ E) b
9 q( y' R' x3 `+ {5 Y( _; a* C6 e关断相应系统
! s, x1 W# `& ]! @" l9 z* V6 t8 Y( q1 g' Y* c9 I
& @& h3 c! T' u2 _1 J2 L6 j7 [& o# d: z+ O
4 |9 [( ~) x8 {. G2 z
7 U; |9 X/ @$ g. A9 b
. K' R' Q: O; j+ c% u# E6 G( f1 T# f; f; G% k
7 h' @7 s& a/ d) Y1 e1 F: K2 l7 G& ^; u) |+ c+ n! j( ^
/ }: E( ^7 }' o/ _7 r6 u# a) U+ f
2 P8 q+ Y3 v2 Q
# m# g" a3 [* K6 ~" |# e5 b: X8 G6 i% |' h- Y# h! }
6 l: ~ |4 u O+ l
3 Q! a% B! ]% h7 r) \! R! d1 ]& u
) P l: H4 e6 ]2 Q, Q3 c0 ~
/ N/ x% l- ]) W1 ?& f# Y
/ ?% B1 d6 r# L& |4 q7 \+ t+ F/ F/ U) N$ I; f* E1 Z( |
. s) V5 \6 a4 e) l8 m& g i
- b5 V( j$ g4 l( Z4 K- Y$ f$ y; r, Q4 G; x0 w( K, }4 ]
1 K9 p+ _/ R1 V6 Q3 V4 A$ o# f. e+ K
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. Z1 q, k$ Y: Q9 l& O# }% n
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( E& \5 T. K6 C0 l4 E' S+ J, L+ X
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5 f- q0 m; C( p) n( u2 J0 t6 j
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" K" X2 o. B: d6 D, I" C4 o g$ V+ v- G2 y8 j8 u7 j
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+ q3 u: K) T2 @) i0 x3 k
+ g0 T( y$ m" _+ p. Y& `, {6 L3 R; k1 Q% P/ j4 i
+ }2 q' C q2 A$ C0 @7 b9 ~4 B& ^; I3 @- Z- I3 Z
! i; @/ m6 T2 v5 W) ?6 d
+ B+ z9 L9 G' H) e+ k
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- Z9 I' S' u- f7 r3 p/ d% B. |# b7 d
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2 ^5 a+ u, t' w4 H+ m+ @% P5 z ~" L$ b& X7 k
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- D& S/ i4 g3 O+ o- b# ]9 ^+ k, K/ h- l1 t X; `
3 @! K' X; w: C" i# k9 x8 j
2 `( f& Z) C0 W) ` _! R( T/ W第二章 压力检测仪表 _8 _5 s% ^7 i& b
- a4 H% p/ j4 }0 O9 P3 L
" y& [+ z, c* Q3 R, \. K0 b7 M1 @) {
- s3 \! m, ?; d/ p- t; u% I9 g压力（包含差压和真空度）是工业生产中最重要的参数之一。它决定着生产过程能否正常进行，关系到设备和人身的安全等。- Y! X& a: k2 t k. N- [
$ n7 }' H) b2 t3 m: X( `$ f& T0 h
2.1 压力的定义及单位
( Q( p* s: V: Q' k6 N; t, r/ X4 c; h
垂直作用在物体单位面积上的力称为压力。它的数值由两个因素决定，即受力面积和垂直作用力的大小。
$ K4 ^- G+ |; |; l' S! U8 R
! z# i/ @$ ` n7 Y在国际单位制中其单位为牛顿/米2，即：帕斯卡，其表示的符号为：Pa ，简称“帕”，帕这个单位很小，约为0.1mm水柱所产生的压力。Pa、kPa 、MPa是法定的压力计量单位。在工程中常用单位还有工程大气压（kgf/cm2）、物理大气压（atm）、毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O）、磅/英寸2（psi）、巴（bar）等，工程大气压（kgf/cm2）、物理大气压（atm）和巴（bar）压力等级基本相同。1巴≈1公斤力≈100KPa≈14.5psi，相当于10米水柱的压力。它们之间的常用换算见表2-1 各压力单位间的换算。
2 h( b6 `! G M$ T
( }& w4 O- R8 b表 2-1 各压力单位间的换算
/ c+ E2 Z" L' [8 p6 V帕& H4 U, z' P M- c- y9 Y# [
+ u4 B, k- Y- vPa; _9 |9 s6 x& I# B9 m
5 `% K4 d) l# K# X. L: k$ r7 b% v5 U
千帕
# \: U1 j$ V& t7 W" b: X7 p" l( Q: w/ R: P
KPa
7 k7 M( [) d; B" n
# w( G, `7 I& t大气压
0 q9 ?7 e; L( M) @3 ~/ R- @; n- {: W1 y! M; }$ g, ]
(kgf/cm2)- a- l. h8 W( h: w* p% N' [
; C( _" h$ N. ^# r; t8 |* e
毫米水柱
/ R( o; @ ]( P; m
2 {! a5 w' Y; T, SmmH20/ _& J6 ^) T1 Q3 @7 A4 j
' d, ~% A& T7 ?& c
磅/英寸2 Ib/in2 (psi)% Y, f# B$ ]+ G% `
7 w9 `* E K+ K* w I& O: \
巴 bar( b9 R5 j$ O) j) z6 n/ a! l4 W
8 E9 P- L/ }% n+ u: {
! N C: Y7 Y7 |) b1 l
1
8 F9 b. h/ c$ \5 S' t( i# Y; g
1 Y/ j2 c& `5 w M+ L" `6 X/ x1×10-3
; K! ]) l* v c4 g1 ?& K0 t3 W4 l( J; b: r# H
1.02×10-5 b! s0 m+ v* n9 _) @3 M
: x8 P3 [+ ?8 A# Y. l* J
1.02×10-1
/ T; C4 r% E1 }5 k- ]/ Q4 H) K5 u0 W8 e
1.45×10-4
, f7 @# }4 V# R% R7 K. w7 _
+ ^2 v& N+ Q" S1×10-5* o9 _& D9 e" z p! L! k! v5 Q
- x ^: |% y, y$ Y9 |
9 N" z0 [9 f4 s) z u$ h
1×103; u7 @$ S2 {5 |" j1 ^. b
+ T6 B2 k3 E9 s0 l& E; V0 s" V
1
0 y9 K5 J) C1 b3 p
. ^ F& P* S. e( n/ q2 [7 ]1.02×10-2
* q& A& K) q. V$ M, E
/ e& P5 H% l# m* Y M3 ~' T( y1.02×102/ E" x3 g h4 {6 b# H
) U7 [" R# x i8 M: w
1.45×10-1
1 H* d) ^7 ?# S0 e: G
/ T& k6 S9 l+ e4 ]; C% f+ t( s1×10-2
) F9 K: ]3 N2 g2 C* h
# I( F9 q8 l4 Y9 t/ b) v4 }# _2 f9 N! N
9.8×1040 H J* ~: k, j% ?) `, {
5 M7 c6 v# X, y0 X; {: Q) I1 d9.8×10
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发表于 2008-1-10 23:27:20