武理工油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)油氣集輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

（油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)使用）實(shí)驗(yàn)?zāi)夸浺?、?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)一管道輸送流量、壓力和溫度測試實(shí)驗(yàn)3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)原理……………3.2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備……………………3.2.2實(shí)驗(yàn)原理……………………3.3實(shí)驗(yàn)裝置及流程…………………3.3.1實(shí)驗(yàn)裝置…………………3.3.2實(shí)驗(yàn)流程…………………3.4實(shí)驗(yàn)步驟…………四、實(shí)驗(yàn)二原油泵站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)4.1系統(tǒng)組成………4.2仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的運(yùn)行…………4.3系統(tǒng)仿真操作…………………五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告5.1原油泵站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告……5.2兩相流實(shí)驗(yàn)報(bào)告…………油氣集輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠蜌饧斞芯康闹饕獙?duì)象是油、氣田生產(chǎn)過程中原油及天然氣的收集和輸送問題。通過本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可使學(xué)生對(duì)集輸工藝元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及有關(guān)工藝流程有一定了解；能利用相關(guān)工藝軟件編程計(jì)算部分冷凝和部分汽化、露點(diǎn)與泡點(diǎn)、節(jié)流制冷工藝、膨脹制工藝；掌握乳狀液的鑒別和含水量的測定、氣液兩相流流型的測定、氣液兩相流參數(shù)的測定方法；通過在仿真計(jì)算機(jī)終端模擬實(shí)施改變某一站的工藝控制參數(shù)、給定值、泵組合，啟停泵、開關(guān)閥門、倒流程等操作訓(xùn)練，讓學(xué)生對(duì)抽象的理論知識(shí)有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步提高基本實(shí)驗(yàn)技能，訓(xùn)練學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.集輸工藝元件實(shí)驗(yàn)由教師講解SJT-88型精餾塔裝置、列管式換熱器、XFQ-88旋風(fēng)式分離器、TST填料吸收塔、過濾器等儀器設(shè)備，掌握氣體的脫水（甘醇）、甘醇的再生、氣體中機(jī)械雜質(zhì)的分離等工藝流程。2.輕烴回收上機(jī)實(shí)驗(yàn)通過相關(guān)工藝計(jì)算軟件，學(xué)生使用計(jì)算機(jī)編程開展部分冷凝和部分汽化、露點(diǎn)與泡點(diǎn)的計(jì)算、節(jié)流制冷工藝計(jì)算、膨脹制工藝計(jì)算，使學(xué)生對(duì)課本理論知識(shí)得到進(jìn)一步加深。實(shí)驗(yàn)儀器：。3.乳狀液的鑒別和含水量的測定利用顯微鏡、汽輪機(jī)油破乳時(shí)間測定儀、離心機(jī)等儀器設(shè)備對(duì)乳狀液的類型進(jìn)行鑒別、破乳，同時(shí)開展乳狀液含水量的測定。實(shí)驗(yàn)儀器：。4.兩相流模擬實(shí)驗(yàn)利用兩相流實(shí)驗(yàn)臺(tái)架開展氣液兩相流流型的測定、氣液兩相流參數(shù)的測定。5．原油泵站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)在仿真計(jì)算機(jī)終端實(shí)施改變某一站的工藝控制參數(shù)、給定值、泵組合，啟停泵、開關(guān)閥門、倒流程等操作；設(shè)計(jì)各種事故工況，實(shí)施操作，訓(xùn)練對(duì)事故工況的處理能力；演示各種水擊事故超前保護(hù)運(yùn)作過程等。三、實(shí)驗(yàn)一兩相流模擬實(shí)驗(yàn)3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解電阻式應(yīng)變壓力傳感器、熱電阻溫度變送器和電磁流量計(jì)的工作原理。2.了解數(shù)據(jù)采集的基本原理,包括采樣、量化和編碼一系列的A/D轉(zhuǎn)換過程。3.測定主泵工作在不同頻率下管道的流量。4.測定當(dāng)前環(huán)境溫度。5.測定主泵工作在不同頻率下管道上的10個(gè)壓力取樣點(diǎn)的值，并分析管道特性曲線。3.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)原理3.2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1）水池。內(nèi)徑ф2.5m，高1.8m，中間設(shè)有ф1m的圓桶；（2）管道。長度為150m，直徑為120mm，包括兩段長為1m的透明玻璃管；（3）主泵。型號(hào)為100LXLN-115-19，功率為15KW，轉(zhuǎn)速1450轉(zhuǎn)/分，總揚(yáng)程19m，流量為115m3/h；（4）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。包括各類型的傳感器、LU-906M智能調(diào)節(jié)儀、XSJ流量積算儀和計(jì)算機(jī)等；表1系統(tǒng)傳感器列表檢測量傳感器類型工作電壓精度壓力JYB-KO-HAG型壓力/液位變送器24V（DC）±0.5%F.S溫度JWB/pt100一體化溫度變送器24V（DC）±0.5%液體流量KTLDE-125-103智能電磁流量計(jì)220V（AC）±0.5%3.2.2實(shí)驗(yàn)原理（1）壓力變送器電阻應(yīng)變式傳感器是根據(jù)彈性元件在應(yīng)力拉伸作用下發(fā)生應(yīng)變而使電阻改變的原理制成的。它的阻值變化與其物理性質(zhì)的關(guān)系如式（1）（1）式中，為材料的泊松比，為電阻率，K代表應(yīng)變靈敏系數(shù)，即每單位應(yīng)變引起的阻值相對(duì)變化量。作為測量應(yīng)變的敏感元件，K越大越好。忽略影響小的項(xiàng)可得材料的靈敏系數(shù)分別為和。其中為壓阻系數(shù)，E為材料的彈性模量。由于、、E都是常數(shù)。由此可見電阻的變化量與應(yīng)變（壓力）成正比，因此可根據(jù)阻值來測壓力。電阻式傳感圖1電阻式壓力傳感器測壓原理器測壓原理如圖1所示，其中應(yīng)變電橋由恒流源供電，當(dāng)傳感器上無壓力時(shí)，R1=R2=R3=R4，左右橋臂的電流相等，即I1=I2。有壓力時(shí)R4減小，R2增大，因I2不變導(dǎo)致b點(diǎn)電位升高；同時(shí)R3增大，R1減小，引起a點(diǎn)電位下降；ab間的電壓反應(yīng)了壓力的大小。JYB-KO-HAG型壓力/液位變送器的工作原理是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)，在單晶硅膜片上擴(kuò)散一個(gè)惠斯登電橋，被測壓力通過隔離膜片和灌充的硅油傳送到敏感元件上，由于壓阻效應(yīng)，四個(gè)橋臂電阻的阻值發(fā)生變化，電橋失衡，敏感元件輸出端就有一個(gè)對(duì)應(yīng)于壓力變化的信號(hào)輸出。此信號(hào)經(jīng)由IC放大電路和信號(hào)調(diào)理電路，輸出一個(gè)4-20mA的電流信號(hào)。（2）溫度變送器熱電阻或熱敏電阻都是利用材料的電阻對(duì)溫度敏感的特性制成的電阻溫度傳感器，在工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。與熱電偶相比，在低溫區(qū)域，熱電阻產(chǎn)生的電動(dòng)勢較大，測量精度較高，而且不存在冷端補(bǔ)償問題。JWB一體化溫度變送器是一種接觸式測量溫度的現(xiàn)場用儀表，通常與其相應(yīng)的二次儀表或計(jì)算機(jī)采集測量系統(tǒng)配套使用,可準(zhǔn)確測量生產(chǎn)工作過程中各種介質(zhì)或物體的溫度（使用范圍

-200℃～1600℃）。

JWB一體化溫度變送器是在裝配式溫度傳感器的防水或隔爆接線盒內(nèi)裝入放大變送模塊，與傳感器連接形成一體化，輸出標(biāo)準(zhǔn)4～20mA

DC（兩線制）。（3）液體流量計(jì)KTLDE型智能電磁流量計(jì)適用測量封閉管道中導(dǎo)電液體和漿液的體積流量，如潔凈水、污水、各種酸堿鹽溶液、泥漿、礦漿、紙漿以及食品主面的液體等。KTLDE型智能電磁流量計(jì)的測量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)原理定律，如圖2所示，導(dǎo)電液體在磁場中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其感應(yīng)電熱E為：（2）式中：--------儀表常數(shù)；--------磁感應(yīng)強(qiáng)度；--------測量管道截面內(nèi)的平均流速；--------測量管道截面的內(nèi)徑；

測量流量時(shí)，導(dǎo)電性液體以速度流過垂直于流動(dòng)方向的磁場，導(dǎo)電性液體的流動(dòng)感應(yīng)出一個(gè)與平均流速成正比的電壓，其感應(yīng)電壓信號(hào)通過二個(gè)或二個(gè)以上與液體直接接觸的電極輸出，并通過電纜送至轉(zhuǎn)換器通過智能化處理，然后通過LCD顯示和轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)4～20mA或0～1kHz輸出。圖2電磁流量計(jì)工作原理（4）數(shù)據(jù)采集基本原理“數(shù)據(jù)采集”是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬量采集、轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示或打印的過程。數(shù)據(jù)采集基本原理是將連續(xù)時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字信號(hào)，包括采樣、量化和編碼，通常稱為A/D轉(zhuǎn)換過程，其工作原理如圖3所示。采樣采樣量化編碼模擬信號(hào)采樣脈沖序列數(shù)字信號(hào)圖3A/D轉(zhuǎn)換過程①采樣——或稱之為抽樣，是利用采樣脈沖序列，從連續(xù)時(shí)間信號(hào)抽取一系列離散樣值，使之成為采樣信號(hào)的過程，0，1，2，……，N；稱為采樣間隔；稱為采樣頻率。采樣頻率可由采樣定理確定，即設(shè)采樣信號(hào)的頻率為，輸入模擬信號(hào)的最高頻率分量的頻率為，則與必須滿足式（3）的關(guān)系：（3）一般取。②量化——又稱幅值量化，把采樣信號(hào)經(jīng)過舍入的方法變?yōu)橹挥杏邢迋€(gè)有效數(shù)字的數(shù)，這一過程稱為量化。若取信號(hào)可能出現(xiàn)的最大值為，令其分為個(gè)間隔，則每個(gè)間隔的長度，稱R為量化增量或量化步長。當(dāng)采樣信號(hào)落在某一小間隔內(nèi)，經(jīng)過舍入的方法而變有限值時(shí)則產(chǎn)生量化誤差。量化增量越大則量化誤差越大，量化增量的大小稱為分辨率。③編碼——將離散幅值經(jīng)過量化以后變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字，稱為編碼。編碼器的輸出為數(shù)字量D，即（4）式中，m、n為正整數(shù)，只能取“0”或“1”。3.3實(shí)驗(yàn)裝置及流程3.3.1實(shí)驗(yàn)裝置流程實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。試驗(yàn)臺(tái)為一閉式循環(huán)系統(tǒng)，即主泵把流體從水池吸出，沿管道輸送并最終排回水池中。設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，各采樣點(diǎn)的傳感器把采樣信號(hào)變?yōu)?-20mA的電信號(hào)，經(jīng)各控制儀表和流量積算儀A/D轉(zhuǎn)換后在儀表上顯示，同時(shí)將數(shù)字信號(hào)送至RS485總線上，由RS485/RS232轉(zhuǎn)換器從PC機(jī)的串口送入PC機(jī)中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄到ACCESS數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的框架圖如圖5所示。圖4實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖3.3.2實(shí)驗(yàn)裝置流程液體流量計(jì)液體流量計(jì)氣體流量計(jì)智能儀表智能儀表壓力變送器智能儀表RS485數(shù)據(jù)總線RS485/RS232轉(zhuǎn)換器工控機(jī)RS485數(shù)據(jù)總線RS485/RS232轉(zhuǎn)換器COM1COM2溫度變送器智能儀表圖5數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的框架圖根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)間取出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。10個(gè)壓力傳感器的安裝位置如下表：表2壓力表安裝位置壓力表1壓力表2壓力表3壓力表4壓力表5距主泵（m）12.320.435.948.763.8壓力表6壓力表7壓力表8壓力表9壓力表10距主泵（m）82.895111123.4138.63.4實(shí)驗(yàn)步驟1.熟悉實(shí)驗(yàn)裝置的流程及流量、壓力和溫度的測定方法。2.檢查水池中的水位，如水位低則開啟進(jìn)水閥向水池送水，保證主泵能正常工作。3.檢查主泵軸承潤滑情況，用手轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)軸節(jié)看其是否轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。4.啟動(dòng)測控系統(tǒng)，注意控制柜中設(shè)備的啟動(dòng)時(shí)間比較長，從上電開始至少30S后設(shè)備才能正常運(yùn)行。5.選擇主泵的控制方式；如果選擇手動(dòng)控制，則只能通過操作臺(tái)上的切換開關(guān)來調(diào)節(jié)主泵的運(yùn)行頻率；如果選擇自動(dòng)控制，則只能在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的界面上輸入頻率調(diào)節(jié)主泵運(yùn)行頻率。6.檢查控制柜上的儀表和計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)采集界面能非黨員正常顯示環(huán)境溫度。7.以50Hz的頻率啟動(dòng)主泵，檢查主泵是否能正常吸上流體，檢查控制柜上的儀表是否能正常顯示，并檢查計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集界面能否正常顯示。8.調(diào)整主泵的運(yùn)行頻率，并記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)間，重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)。9.按實(shí)驗(yàn)時(shí)間獲取有效數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。10.實(shí)驗(yàn)完成后，停止主泵，關(guān)閉計(jì)算機(jī)，關(guān)閉控制柜電源。11.做好清潔衛(wèi)生工作。四、實(shí)驗(yàn)二原油泵站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)4.1系統(tǒng)組成仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是建立在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上的離線仿真模擬系統(tǒng)。它一般用一些工作站模擬現(xiàn)場的泵站、調(diào)度中心等，利用軟件模擬管道在不同工況下的參數(shù)變化過程，學(xué)員在工作站上能看到與現(xiàn)場相同的現(xiàn)象。仿真教學(xué)具有直觀、生動(dòng)、安全、易于更新和維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，更主要的是離線仿真能模擬在現(xiàn)場不允許出現(xiàn)的事故狀態(tài)，還能演示現(xiàn)場看不到的不穩(wěn)定工況的變化過程。仿真培訓(xùn)系統(tǒng)包括硬件平臺(tái)、系統(tǒng)軟件平臺(tái)和仿真模擬系統(tǒng)軟件等幾個(gè)部分，它的硬件平臺(tái)和系統(tǒng)軟件平臺(tái)基本上是通用的，對(duì)于不同的管道系統(tǒng)可以開發(fā)相應(yīng)的仿真模擬軟件，因此仿真教學(xué)的設(shè)備利用率高、適應(yīng)性強(qiáng)?？墒贡慌嘤?xùn)人員可在仿真計(jì)算機(jī)終端實(shí)施改變某一站的工藝控制參數(shù)、給定值、泵組合，啟停泵、開關(guān)閥門、倒流程等操作；培訓(xùn)教師可設(shè)計(jì)各種事故工況，由被培訓(xùn)人員實(shí)施操作，以訓(xùn)練其對(duì)事故工況的處理能力；可給被培訓(xùn)人員演示各種水擊事故超前保護(hù)運(yùn)作過程。本系統(tǒng)由七臺(tái)電腦組成，一臺(tái)電腦設(shè)為中控（服務(wù)器），其它六臺(tái)電腦為各仿真泵站（分機(jī)）。各機(jī)通過局域網(wǎng)分配的固定IP地址相互識(shí)別，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換從而完成仿真。本仿真系統(tǒng)的軟件平臺(tái)是HoneywellScan3000工業(yè)組態(tài)軟件。4.2仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的運(yùn)行運(yùn)行仿真培訓(xùn)系統(tǒng)前，請(qǐng)先確定所有安裝了系統(tǒng)程序的計(jì)算機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)（需要系統(tǒng)管理員身份登錄），并且局域網(wǎng)是連通的。首先需要啟動(dòng)“控制中心”。一般情況下，Scan3000系統(tǒng)在安裝完成后，已經(jīng)隨操作系統(tǒng)的啟動(dòng)在后臺(tái)運(yùn)行了，如果已經(jīng)停止了，需要重新啟動(dòng)，方法參見第一部分。啟動(dòng)“控制中心”的方法是，在c:\wen\center文件夾里運(yùn)行“控制中心.exe”程序，啟動(dòng)仿真主程序。在菜單中選擇“初始化”命令，將調(diào)用相應(yīng)的程序完成管線的初始穩(wěn)態(tài)計(jì)算，每次執(zhí)行該程序都會(huì)將系統(tǒng)恢復(fù)到同樣的狀態(tài)，即將前一次的操作復(fù)位。之后再選擇“開始仿真”命令，將啟動(dòng)仿真引擎。這時(shí)，其它泵站可以啟動(dòng)程序與“控制中心”通訊了。對(duì)于其它泵站，需要運(yùn)行c:\wen文件夾下的相應(yīng)站點(diǎn)的程序（程序名為相應(yīng)站點(diǎn)名的漢語拼音）。系統(tǒng)提示輸入控制中心的IP地址，輸入后即可實(shí)現(xiàn)與控制中心的通訊，此時(shí)各泵站與控制中心可以完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換，即全線所有的數(shù)據(jù)在控制中心和各個(gè)泵站是同步更新的?？刂浦行牡臋?quán)限是最大的，相當(dāng)于管線中的調(diào)度中心，可以監(jiān)控全線的所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并且在“遙控”狀態(tài)下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全線各泵站的操作。泵站的權(quán)限較小，在“遙控”狀態(tài)下只能監(jiān)視本站的數(shù)據(jù)，在“站控”狀態(tài)下，也只能進(jìn)行本站的操作，不能瀏覽全線的數(shù)據(jù)。4.3系統(tǒng)仿真操作（1）設(shè)置初始狀態(tài)： （2）初始化完成后的狀態(tài)：（3）點(diǎn)擊開始仿真按鈕：（4）仿真開始界面（5）進(jìn)入仿真系統(tǒng)：（6）新廟子站控制界面：（7）昌圖子站控制界面：（8）相應(yīng)泵站流程圖：（9）流程圖中進(jìn)行的切換閥室操作：（10）流程圖中進(jìn)行的切換泵房操作：（11）對(duì)泵站中的泵進(jìn)行起停操作：（12）經(jīng)用戶最終確認(rèn)方可起停泵：（13）泵經(jīng)過一段延時(shí)反應(yīng)時(shí)間：（14）新線2#泵最終停運(yùn)界面