新型智能流量变送器在数字化油田的研究与应用

任井保，刘伟，王志瑛，薛雅

（中石油玉门油田公司酒东采油厂联合站，甘肃 酒泉 735005）

新型智能流量变送器在数字化油田的研究与应用

任井保，刘伟，王志瑛，薛雅

（中石油玉门油田公司酒东采油厂联合站，甘肃 酒泉 735005）

在数字化油田的生产中，输油管线中容积式流量计的使用特别重要。本文分析了新型智能流量变送器的研究和应用，对流量变送器技术的应用现状进行了分析，从光电脉冲表头、表头以及型智能流量变送器三个方面进行了简单的讨论，对ZMTD性智能流量变送器的应用从安装测试阶段和推广应用两个阶段进行了分析。

智能流量变送器；流量计；监测装置

容积式流量计具有较高的精准度，被广泛用于油田的原油管道输送计量的过程中。随着科学技术的发展，数字化油田的建设越来越多，使用传统机械表头已经不能很好的完成数据流量的在线监控工作，必须使用电子流量计表头，通过转换远传流量信号的方式，完成在线监控的相关工作。企业应引进新型智能流量变送器，这种类型的流量变送器稳定性极高，收集的信息也比较准确，采取现场试验测试的方式，为今后的工作做准备，具有非常重要的意义。

1 流量变送器技术的应用现状

1.1 流量变送器技术的应用方式

在油田的实际生产中，一般常用的流量计有椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、双转子流量计以及刮板流量计。通常在流量计的机械传动输出轴上进行变送器的安装，使机械输出信号通过计算转变为电信号，再将电信号输送到站控操作系统，完成瞬时、累积流量的实时在线监控工作。流量变送器主要采用光电转换和电磁转换的方式进行信号的转换。包括脉冲信号、485信号采集和CMBUS 方式进行传输和采集过程，通过不同的转换方式和传输方式，生成不同类型的流量变送器。在数字化油田的生产中，常用的有光电脉冲表头和RS−485表头两种。

1.2 光电脉冲表头

光电脉冲表头的工作原理是将光电脉冲发生器安置在流量计机械表头输出转轴上，光电脉冲发生器通过“机—光—电”的编码方式，组成结构包括光栅盘和光电检查装置。工作时，光栅盘进行旋转，与流量计机械输出轴保持同一速度，通过发光二极管等电子元件构成的检测装置，对输出的不同脉冲信号进行检测，再经信号线把输出的信号传至PLC，PLC 程序对每秒钟输出的脉冲信号通过编码器的个数进行计算，包括计算流量计的转速以及累积流量。光电脉冲表头也有一定的缺点，通过脉冲计数的方法计算瞬时流量和累积流量，该种计算方式不能消除流量计振动、倒转时产生的误计数，并且随着时间的增加，误差值也在不断扩大。流量数据的计算，是通过PLC 程序完成的，一旦发生停电的情况，PLC程序或站控系统就可能发生故障，导致计算流量工作停止，发生数据的损失，从而造成流量的精准计量和在线实时监控受到不利的影响。

1.3 RS-485表头

RS−485表头在进行工作时，完全将原机械表头进行了替换，根据“机—磁—电”转换的增量编码原理，完成电子显示瞬时、累积流量的工作；再经过信号线，把数字信号远传至PLC程序中，进一步完成站控系统流量数据的准确采集，其可靠性要比光电脉冲表头高一些。但是，RS−485表头也有其自身的缺点，使用RS−485表头，必须将现场的机械表头进行拆除，现场的机械表头是读数的唯一依据，不能准确的判断计量的准确性，RS−485表头的抗干扰能力较弱。

1.4 ZMTD型智能流量变送器

ZMTD型智能流量变送器是通过变送器转换环节的“机—磁—电”转换方式，通过磁钢旋转以及磁敏元件阵列，产生一定的磁场变化，通过磁场的作用，最终转变为电信号。同时，经信号线的传输，利用CMBUS把数字信号传输到室内协议转换器，利用RS−485通讯设备传输至PLC，最终完成站控系统流量数据的精准采集。ZMTD型智能流量变送器，主要由转换器、传感器、显示器三个部分构成。在进行ZMTD型智能流量变送器的安装时，在机械输出轴部位安装ZMTD−C /F 型智能流量变送器，并将2芯电缆接入设备中，再在室内机柜端安装ZB −F−1型智能流量变送器，使用串口RS−485−MODBUS 协议，最后上传至站控PLC程序。ZMTD型智能流量变送器使用的技术利用了特殊的传感转换方式和通讯协议，对相关的软件进行了优化，在实际应用中比传统的RS−485表头有着明显的技术优势。其优势主要表现在三个方面：第一，计量精度较高。ZMTD型智能流量变送器的转换环节的测量是以“机-磁-电”的转换方式进行工作的，使用了360°绝对值编码器的工作方式，进行具体位置的识别和过零检测，可以很好的避免由于流量计振动、液体倒流产生的各种干扰。第二，ZMTD型智能流量变送器的性能比较稳定，该种变送器采用“后备电池+超级电容+CMBUS总线供电”的方式，多种保障手段相结合，解决停电问题时产生的工作停止、数据丢失的问题，保证了掉电记忆保持功能。这种方式，对表头的长期稳定的工作状态起到很好的维持作用，减小了累积流量误差的出现。第三，ZMTD型智能流量变送器采用的是两线制总线传输的方式，利用2线制CMBUS总线传输到CMBUS总线RTU，并且只需使用一台RTU ，便可将超过255台的变送器表头挂在一个表头上，更加方便了累积流量的显示。表1为智能流量变送器和普通流量仪表的主要性能对比表。

表1 智能流量变送器和普通流量仪表的主要性能对比表

2 ZMTD型智能流量变送器的应用研究

ZMTD型智能流量变送器的应用主要有两个阶段：实验测试阶段和推广应用阶段。实验测试阶段主要包括现场安装调试、准确性测试以及稳定性测试。现场安装调试是指通过现场考察的方式，对酒东采油厂联合站环五转来油流量计型号为九仪刮板20-100型流量计，没有使用数字化改造，安装要求符合新型流量计的安装范围标准，对其进行下一步的安装测试。准确性测试是指在现场将机械表头、现场变送器表头以及站控系统的累积流量真实的记录下来。通过对1个月的数据进行跟踪比较，将数据的偏差进行准确的计算。通过对其数据结果进行比较，发现现场机械表头、现场变送器表头以及站控系统的累积流量相当一致，使数据的准确性完成验证过程。稳定性测试是指在现场将变送器进行信号中断、线路短路测试，进一步验证变送器的抗干扰能力以及数据保持水平。通过反复的测试验证，得知在线路短路、通讯中断的情况下，变送器和RTU 转换器内部电路的防隔离技术可以对仪表进行良好的保护，使运行稳定性的测试得到验证。关于推广应用阶段，通过以上试验测试的流程后，ZMTD型智能流量变送器便可以在全厂展开推广及应用，对站点的流量计进行更换。

3 结语

ZMTD型智能流量变送器在实际应用中，比较适合用于数字化油田中带有机械输出转轴的不同类型的容积式流量计，且拥有精准度高、稳定性强的优点。站点的前期建设中，使用的流量计都全部按脉冲信号布置2芯信号线，在改为RS−485通讯后，需要进行3芯信号线的布置，其工作量较大。在更换后，没有机械表头显示，技术人员无法进行精准的判断。ZMTD型智能流量变送器利用2线制的通讯方式，可以更好的进行该部分流量计的数字化建设，也能够方便改造工作的进行，完成流量的在线监控过程。

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