化工仪表故障全解析Word下载.docx
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1、温度变送器故障44
2、孔板流量计故障44
3、站控系统故障45
4、自动排液系统故障45
第1章仪表基础知识
1.1仪表分类
传感器定义：
传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定关系的便于应用的某种物理量的测量器件或装置。
仪表的分类方法很多，根据不同的原则可以分为许多类：
（1）检测仪表的分类
根据其检测被测量的不同分为：
温度检测仪表、压力检测仪表、流量检测仪表、物位检测仪表、分析仪表。
（2）显示仪表的分类
根据记录、指示、模拟和数字等功能的不同分为：
记录仪表、指示仪表、模拟仪表、数显仪表。
（3）在自控仪表的校准、维修、安装过程中，有些仪表称为一次仪表，有些仪表称为二次仪表。
一次仪表是指安装在现场且直接与工艺介质相接触的仪表，如压变，温变等。
热电阻、热电偶一般不称其为仪表，而称为感温元件。
实际应用中我们把安装在现场的仪表（个别除外，如电动阀门定位器）统称为一次仪表。
二次仪表是指仪表示值信号不直接来自工艺介质的各类仪表的总称，其信号通常来自一次仪表的传送信号。
二次仪表通常安装在值班室内的仪表盘上。
仪表分类只是为仪表维修、维护、安装及管理上方便，如何进行分类及称谓还要根据实际情况而定。
1.2计量检定
计量检定是指为评定计量器具的计量性能，确定其是否合格所进行的全部工作，包括检验和加封盖印等。
它是进行量值传递的重要形式，是保证量值准确一致的重要措施。
计量检定按照管理环节的不同，可以分以下五种：
周期检定、出厂检定、修后检定、进口检定、仲裁检定。
计量器具按照管理性质的不同，可以分为强制检定和非强制检定，两者又统称为计量法制检定。
1.3仪表性能指标
检测仪表中常用的基本性能包括测量范围及量程、基本误差、精度等级、灵敏度、分辨率、漂移、可靠性以及抗干扰性能指标等。
（1）测量范围：
是指该仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范围。
（2）量程：
量程=测量上限值-测量下限值。
（3）零点迁移：
是指零点的变化，而量程迁移是指量程的变化。
（4）灵敏度：
反应仪表对被测参数变化的灵敏程度，常以在被测参数改变时，经过足够时间仪表指示值达到稳定状态后，仪表输出变化量与引起此变化的输入量之比作为灵敏度。
（5）分辨率：
又称灵敏限，它是仪表输出能响应和分辨的最小输入量，是灵敏度的一种反应。
（6）误差的分类
绝对误差：
某被测量的仪表显示值与约定真值之间的差值。
相对误差：
绝对误差与约定真值的百分比。
引用误差：
绝对误差与仪表满量程的百分比。
最大引用误差：
最大绝对误差与量程的百分比。
回程误差：
相同条件下，被测量不变，计量器具正反行程不同时其示值之差。
精度:
是衡量仪表测量数值精确度的重要指标,用最大引用误差去掉“±
”和“%”表示,其序列为0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、1.0、1.5、2.5等。
1.4误差分析基础
误差可分为系统误差、随机误差和粗大误差等。
（1）准确度:
测量中系统误差的反映,表征测量结果偏离真实值的程度。
通常认为，测量准确度是一个定性的概念，不宜将其定量化。
例如，不宜说准确度为0.25%、16mg或±
16mg等。
在实际工作中，测量准确度可以用测量结果对约定真值的偏移来估计。
（2）精密度:
测量中随机误差的反映,是指在规定条件下获得的各个独立观测值之间的一致程度。
1.5其他常用知识
（1）压力单位换算：
1巴（bar）=105帕（Pa）1达因/厘米2（dyn/cm2）=0.1帕（Pa）
1托（Torr）=133.322帕（Pa）1毫米汞柱（mmHg）=133.322帕（Pa）
1毫米水柱（mmH2O）=9.80665帕（Pa）1工程大气压=98.0665千帕（kPa）
1千帕（kPa）=0.145磅力/英寸2（psi）=0.0102千克力/厘米2（kgf/cm2）=0.0098大气压（atm）
1磅力/英寸2（psi）=6.895千帕（kPa）=0.0703千克力/厘米2（kg/cm2）=0.0689巴（bar）=0.068大气压（atm）
1物理大气压（atm）=101.325千帕（kPa）=14.696磅/英寸2（psi）=1.0333巴（bar）
简化公式：
1MPa≈1bar≈101kPa≈145psi≈10atm≈10kgf/cm2
（2）标准状态：
气体的体积是随温度和压力而变化的，因此在测量天然气体积流量时，必须指定某一温度和压力作为计量的标准温度和压力,称之为“基准状态”和“标准状态”，我国SYL04-83（天然气流量与标准孔板计量方法）中规定：
20℃，1个标准大气压（101.325KPa）作为我国的天然气计量的标准状态。
第2章压力测量仪表
压力是油气田生产的重要参数之一。
实际工作中我们所谓的压力，等于物理概念中的压强，即垂直作用在单位面积上的力，物理公式为P=F/S。
在压力测量中，有绝对压力、表压力、真空度三种。
常用是表压力。
绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用符号Pj来表示。
由于地球有重力，空气有质量，因此地面上的空气柱所产生的压力称为大气压力，用符号Pq来表示。
绝对压力与大气压力之差，称为表压力，用符号Pb来表示，即Pb=Pj-Pq。
图2-1表压、绝对压力、负压的关系
真空压力表：
当绝对压力小于大气压力值时，表压力为负值，此负压力值的绝对值，称为真空度，用符号Pz来表示。
用来测量真空度的仪表称为真空表，这种仪表通常在真空加热炉上安装，用来测量其内的真空度。
耐震压力表：
与压力表相同，不同的是表盘内充装有硅油，具有耐震性，安装在有震动的位置。
图2-2真空压力表图2-3耐震压力表
2.1压力表
目前所用的普通压力表绝大多数都是弹簧管压力表。
弹簧管压力表的精度等级有0.4、1.0、1.5、1.6、2.5级等。
现场压力表，从表盘直径看最常见的有60mm、100mm、150mm三种规格。
庆深气田所应用的压力表主要有如下两大类：
（1）普通表，精度等级1.6，表盘直径100mm；
（2）精密压力表，精度等级0.4，表盘直径为150mm。
图2-4普通压力表图2-5精密压力表
2.1.1结构组成
基座、弹簧管、拉杆、扇形齿轮、中心齿轮、中心轴、指针、表盘、油丝、上、下夹板等。
图2-6压力表结构图
2.1.2工作原理
当弹簧管的固定端通入被测压力后，由于椭圆形截面在压力的作用下将趋向圆形，弯成圆弧形的弹簧管随之向外挺直扩张变形。
由于变形，其弹簧管的自由端产生位移，输入压力与自由端的位移成正比。
测得自由端的位移量，就能反映压力的大小。
2.1.3注意事项
（1）压力表的选用
压力测量的准确与可靠性跟压力表的选择和使用方法有着密切的关系。
如果选用不当，不仅不能正确反映压力的大小，还可能引起生产事故。
应根据工艺生产过程对压力测量的要求，按经济原则，合理地对仪表种类、型号、量程、精度等级等方面进行选择。
选择时主要应从以下三个方面进行考虑：
仪表类型的选用：
主要从能满足工艺生产的要求和价格方面来考虑。
例如，是需要就地指示还是需要远传、自动记录或报警；
被测介质的理化性能（如腐蚀性、温度高低、粘度大小、脏污程度、易燃易爆炸等）是否对测量仪表有特殊要求；
现场环境条件（如高温、电磁场、振动等现场安装条件）对仪表类型是否有特殊要求等。
仪表测量范围的确定：
为了兼顾压力表的使用寿命和具有足够的测量准确性，选用压力表量程的原则：
在测量较稳定的压力时，被测压力值应处于压力表测量上限值的2/3处。
测量脉动压力时，被测压力值应处于压力表测量上限值的1/2处。
一般情况下被测压力值不应小于压力表测量上限值的1/3。
仪表精度等级的选取：
主要根据生产上允许的最大误差来确定。
一般来说，仪表精度等级越高，价格就越昂贵，操作维护要求也越高。
因此，选择时应在满足要求的前提下，尽可能选用精度较低、结构简单、价廉且耐用的压力表。
（2）为了防止漏气，在安装压力表时应加密封垫片。
（3）压力表应安装在易观察、检修的地方。
（4）耐震压力表的硅油应在2/3左右，不能装的太满否则夏季热膨胀可能会导致表盘破裂，亦不能装的太少，否则起不到耐震的效果。
2.2压力变送器
压力变送器是油田生产中最常用的压力检测仪表，一方面可以就地显示或指示现场压力值，另一方面可以将压力信号转换为标准的（4～20）mADC电流值，送入值班室工控机内显示。
2.2.1分类
按照测量原理可分为：
应变式、压阻式、压电式、电容式、电阻式、电感式。
按智能程度分：
普通模拟型和智能型。
所谓智能变送器，就是指变送器内装有微处理器，可以在手持终端上进行组态，设定仪表的零点和改变量程，显示仪表目前的工作状态，能自己诊断故障，并能和相同通信协议的设备进行数字通信。
它是现代计算机技术和通讯技术发展的产物。
压力变送器中包含一类特殊变送器叫差压变送器。
差压变送器与压力变送器的区别是有两个取压点，一个是高压，一个是低压。
主要与流量节流元件配套使用测量流量仪表。
该类型仪表往往与三阀组或者五阀组配套使用。
图2-7压力变送器图2-8差压变送器
图2-9三阀组图2-10五阀组
2.2.2结构组成
主要由感压膜盒、接线端子、电子线路板、外壳组成。
图2-11压力变送器结构图
2.2.3工作原理
工作时，高、低压侧的隔离膜片和灌充液将过程压力传递给灌充液，接着灌充液将压力传递到传感器中心的传感膜片上。
传感膜片是一个张紧的弹性元件，其位移随所受压力而变化,且位移量与压力成正比。
两侧的电容极板检测传感膜片的位置。
传感膜片和电容极板之间电容的差值被转换为相应的电流信号。
基本工作原理可用如下方框图表示：
图2-12压力变送器工作原理方框图
2.2.4故障判断
（1）故障判断流程
在处理故障时应向工艺人员了解故障情况，了解工艺情况，如被测介质情况，简单工艺流程等。
故障处理可以按下图所示思路进行判断和检查。
图2-13压力变送器故障判断流程图
（2）常见故障判断
表2-1压力变送器常见故障
故障表现
故障原因
故障处理
无输出
导压管的阀门未开
打开阀门
导压管堵塞
疏通导压管
未供电或电源电压低
调整电源正常供电
仪表输出回路断线
接通线路
仪表内部接、插件接触不良
查找处理
内部电子器件故障
更新电路板
输出值不准确
导压管内部有残余物
排出导压管内部的残余物
输出导线接反或接错
检查处理
检测膜片有卡阻
输出不稳
导压管内有残存介质
排出导压管内的介质
信号线有虚接
检查重新连接
2.2.5注意事项
（1）保证差压变送器导压管路流程通畅，避免差压变送器因单向受压而损坏。
（2）避免变送器量程选择不当，压力、差压变送器长时间超量程使用，造成感压元器件产生不可修复的变形。
（3）保证变送器的密封部件的密封性，避免因密封性不好使变送器的电路部分长时间在潮湿环境中工作而损坏，导致其不能正常工作。
（4）加强冬季的保温，避免导压管发生冻堵，而该冻堵部位与差压变送器之间的连接处有渗漏，气体泄漏后，导致差压变送器因单向受压而损坏。
（5）集气站员工在启用压力、差压变送器和放空操作时，应做到缓慢开启，以免变送器因频繁受巨力冲击而精度下降。
（6）气体中的粘污介质在变送器引压管内长时间堆积，这些粘污介质在气流长时间的作用下,导致变送器精度逐渐下降,仪表精度失准，为此应定期进行排污处理。
（7）重视防雷，避免因雷击导致变送器膜盒内的电路板损坏，无法进行通讯。
（8）目前国内应用三阀组较为普遍，对于三阀组类型的仪表，为防止单侧受压，有一个开关投用程序：
投用三阀组：
开正压阀，关平衡阀，开负压阀
关闭三阀组：
关负压阀、开平衡阀、关正压阀
（9）变送器拆卸后，信号线要用绝缘胶布分别缠上，防止短路烧坏设备。
第3章温度测量仪表
温度是表征物体冷热程度的物理量。
用来度量物体温度数值的标尺叫温标。
目前国际上用的较多的有摄氏温标、华氏温标等。
我国采用摄氏温标，其定义为在标准大气压下，冰水混合物为零度，水的沸点为100度，中间划分100等分，每等分为1摄氏度。
温度测量的基本原理：
以热平衡为基础，当两个冷热程度不同的物体接触，必然会产生热交换现象，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具有相同的温度，通过测量另一物体的温度可以得到被测物体的温度。
温度在气田生产过程中是一个很重要的参数。
目前庆深气田应用于检测温度的温度仪表主要是双金属温度计、热电阻温度计以及温度变送器。
3.1双金属温度计
3.1.1结构组成
主要由双金属片、外皮、连接件、轴、传动装置、表盘、指针等组成。
3.1.2工作原理
由于两种金属的热膨胀系数不同，双金属片在温度改变时，两面的热胀冷缩程度不同，因此在不同的温度下，其弯曲程度发生改变，弯曲后表盘里的齿轮带动指针,从而指示温度。
图3-1双金属温度计结构图图3-2双金属温度计实物图
3.1.3故障处理
（1）拆卸或送检过程中产生的振动等原因，导致零点漂移；
（2）使用时间长了金属会产生疲劳，两种金属的疲劳程度不同，内部结构发生的改变不一样，导致在每个点的偏差值的大小甚至正负也就不一样，这样很难由一个修正值来解决问题，只能降级使用或者报废；
（3）仪表进液体等原因会导致整个温度计不能使用。
3.1.4注意事项
（1）双金属在选用时要考虑仪表测量范围、扣型（粗扣、细扣）、插身以及连接方式等因素。
（2）双金属温度计在保管、使用、安装及运输中，应避免碰撞保护管，切勿使保护管弯曲变形。
3.2热电阻温度计
热电阻是一种常用的温度检测元器件。
由于它具有灵敏度高、体积小、重量轻、热惯性小、寿命长以及价格便宜等优点，因此应用非常广泛。
其主要特点是测量准确度高，性能稳定。
缺点是其输出为电阻信号，易受线路中电阻的影响。
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。
制造热电阻的材料需要大的温度系数，大的电阻率，稳定的化学、物理性质及良好的复现性。
热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，目前采气分公司应用较多的是Pt100型热电阻。
图3-3热电阻丝图3-4热电阻丝
3.2.1结构组成
主要由热电阻、绝缘体、保护套管和接线盒等组成。
3.2.2测温原理
热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的，用仪表测量出热电阻的阻值变化，从而得到与电阻值对应的温度值。
热电阻的电阻与温度的关系一般可以如下表示：
Rt=R0（1+At+Bt2+Ct3+…………）
式中：
R0为0℃时热电阻的电阻值（Ω）
Rt为t℃时热电阻的电阻值（Ω）
t为被测介质的温度（℃）
A、B、C等为有关分度常数
在实际分析处理热阻故障或大概计算一下热电阻实际测量温度时，我们可以把上式看成一个线性的公式，即：
Rt=R0（1+At），这样计算起来比较方便快捷一些。
以Pt100铂电阻为例，R0=100Ω，R100=138.5Ω，Rt=100+0.385t，温度每增加一度，阻值增加0.385Ω。
3.2.3故障处理
（1）故障判断步骤
故障发生时，可以按下图所示思路进行故障的判断和检查：
图3-5热电阻温度计故障判断流程图
表3-1热电阻温度计常见故障
热电阻丝短路
检查后更换
线路接触不良
检查，重新接线
连接线路断路
查找接通
输出值偏大
热电阻丝断路
更换热电阻丝
线路连接有生锈处
处理
3.2.4注意事项
（1）热电阻和显示仪表的分度号必须一致；
（2）为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。
（3）注意仪表的密封性，防止雨水进入表体导致连接线路生锈，从而影响仪表测量结果的准确性。
3.3温度变送器
温度变送器是油气田上最常用的温度测量仪表。
两线制一体化结构，可输出与量程范围内的温度成线性关系的（4-20）mA的电流信号。
由于变送器模块安装紧靠传感器元件，因此消除了连接导线阻值产生的误差，所以信号传输距离长。
缺点是变送器模块坏了无法进行维修。
3.3.1结构组成
温度变送器在结构上只比热电阻多了一个变送器模块。
一般由热电阻、连接导线、显示仪表、变送模块等组成。
图3-6变送模块图3-7温度变送器
3.3.2工作原理
变送器模块内低温漂稳压管与低漂移运放构成了高稳定度稳压源，另一运放与量程微调电位器及电阻构成一个恒流源，与高稳定稳压源相配合使得流经电阻的电流具有高稳定度。
该电流经过热电阻产生的毫伏电压由差动运放放大后送入非线性转换器，使得热电阻的温度-电阻非线性曲线得到补偿。
非线性转换器的输出信号与热电阻感受的温度值呈非常好的线性关系。
该信号被送往运放及三极管构成的V/I转换器，变换成了（4～20）mA的直流电流信号。
变送器模块上有两个对零点和量程起微调作用的精密微调电位器，用于零点及量程的校正。
3.3.3故障处理
图3-8温度变送器故障判断流程图
表3-2温度变送器常见故障
检查
变送器模块损坏
更换变送器模块
变送器输出回路断线
检查接通
输出值大
变送器模块故障
输出线性不好或抖动
变送模块工作不稳定
重新校验或者更换模块
输出不稳定
连接线接触不良
3.3.4注意事项
（1）站控系统所输入的仪表量程一定要与变送模块量程保持一致。
（2）注意保证仪表的密封性，防止雨水进入仪表造成短路，从而烧坏模块。
第4章物位测量仪表
在生产过程中，把容器中存放的液体表面位置称为液位；
把固体堆放一定高度的表面位置称为料位；
两种互不相容、密度又不相同的物质的相交处的位置称为界位或界面。
液体、料位和界面总称为物位。
对物位进行检测的仪表称为物位检测仪表。
目前庆深气田主要采用的是液位仪表，主要包括浮球液位控制器、磁翻板液位计以及雷达液位计。
4.1浮球液位控制器
浮球液位控制器适用于对各种容器内液体的液位控制，当液位到达上、下切换值时，控制器触点发出通断开关式信号。
目前，庆深气田所应用的该仪表主要安装在各分离器上，与闪光报警搭配使用，对容器内设置的液位上下限进行硬性报警。
4.1.1主要结构
由互为隔离的浮球组件和触头组件两大部分组成。
4.1.2工作原理
经由外部浮球感受液位的变化，通过磁力轴的传动从而带动仪表触头动作，实现对液位的报警和控制。
当被测液位升高或降低时，浮球随之升降，使其端部的磁钢上下摆动，通过磁力推斥安装在外壳内相同磁极的磁钢上下摆动，其另一端的触头便使静触头连通或断开，控制闪光信号报警器发出声光报警，或其它控制作用。
浮球液位控制器在随液位升降时，只有在处于动作范围上、下两个最大的位置时，动触头才会使静触头连通或断开，发出通断信号，而在升降动作过程中，静触头始终处于断开状态，这样就防止了误报警及连续报警。
4.1.3故障处理
浮球液位控制器在生产过程起到的是开关作用，通常与闪光信号报警器或其他连锁设备配合使用，因此其出现的故障就是失去了开关作用，根据实际维修经验，产生的故障主要有以下几个方面：
（1）浮球卡脖，对于高位报警浮球液位控制器来讲，浮球卡脖多是由于浮在液位表面的油污、杂质所致，并且这种情况多发生在冬季，当容器内的液位下降时，上面的少部分油污和杂质由于天冷推在浮球卡脖处，造成浮球不能正常工作。
对于低液位报警来讲，多是由于容器内的淤积物过多造成。
这两种情况产生的现象都可能使值班室内的闪光信号报警器灯常亮或达到报警限时不报警。
第一种情况可将容器内的液位升高，超过浮球，用容器内的液体温度将油污杂质等化开；
第二种情况只能清罐，将容器内的淤积物清除掉。
（2）浮球掉头，由于长时间使用，浮球液位控制器浮球连接处受到腐蚀，造成浮球掉头。
（3）磁钢退磁，由于长时间应用，浮球液位控制器浮球端部的磁钢失去磁性，其上、下运动时，就没有磁力推斥安装在外壳内相同磁极的磁钢上下摆动，另一端的触头便与静触头连通或断开，就起不到触点开关的作用。
这种情况只能停容器，更换新的浮球液位控制器。
图4-1浮球液位控制器实物及工作原理图
4.1.4注意事项
（1）安装容器开口直径应大于浮球直径，浮球的动作范围应达到上、下两个最大位置，否则无法安装或浮球无法正常工作。
（2）不能安装在进出液口附近，否则液面波动大，容易造成误报警。
4.2磁翻板液位计
磁翻板液位计可用于各种塔、罐、槽、球型容器和锅炉等设备的介质液位检测。
该系列的液位计可以做到高密封，防泄漏和适用于高温、高压、耐腐蚀的场合。
它弥补了玻璃板（管）液位计指示清晰度差、易破裂等缺陷，且全过程测量无盲区，显示清晰、测量范围大。
目前，庆深气田所应用的该仪表主要安装在分离器及污水罐上，用于连续监测各容器内液位的变化，分离器的液位计与自动排液系统配套使用，来实现污水的自动排放。
4.2.1工作原理
磁翻板式液位计是以浮子内磁钢驱动双色磁翻板的翻转来指示液位的一种新型仪表。
腔体内具有磁性的浮子随着液面上下浮动，并且在浮动过程中通过磁耦合带动磁翻板翻转，使其泛红，从而直观的指示出液位值，使之与容器内液位保持同一高度。
同时经过磁耦合使相对应液面的某一磁敏元件动作，通过转换器转换为对应的（4-20）mA电流输出。
图4-2磁转柱液位计实物及工作原理图
4.2.2故障处理
表4-1磁翻板液位计常见故障
液位升降、仪表无指示
浮子损坏
更换浮子
浮子失磁
腔体内有异物，浮子卡死或不能升降
清洗液位计腔体和浮子
磁翻板失去磁性不工作
更换磁翻板
磁翻板显示异常
磁翻板失磁
更换部分磁翻板
仪表发生渗漏
密封处没有密封好
压
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