分析传感器技术在海洋平台仪控系统中的应用

孙婧

海上平台仪控系统作为海上油气田安全生产的重要核心设备，为确保其平稳运行和安全生产，本研究在概述海上平台仪控系统的基础上，重点对传感器技术在该系统中的应用展开了分析，并以平台测量控制系统为例，对传感器技术在其中的具体应用展开了探索。

一、前言

对于海洋平台而言，其不仅所处的环境非常复杂，而且大多是距离海岸比较远的地方。在海洋平台上，其涉及诸多设备，如压力设备、温度设备等等。而海洋平台上的诸多设备，其能否正常运行将直接决定整个海上油气田能否高效、稳定并安全地运行。其中，海洋平台仪控系统起到非常关键的作用。在海上平台日益发展和进步的今天，其对海上平台仪控系统的设计也提出了更高的要求。海洋平台仪控系统应用水平的提升，其不仅有助于降低劳动力的强度，而且有助于在最大的限度内提升海洋平台的经济和社会效益。在海洋平台仪控系统中，主要以物理型传感器为主，传感器技术的应用，其可以检测出海上油气田生产中的主要参数和环境状态，进而能够对于出现的问题进行及时的处理，从而确保安全生产。

二、传感器技术

近年来，伴随传感器技术的日益进步，其逐渐被应用于各个系统中，如应急开关系统、可燃性气体预警系统等。除此之外，传感器技术还被应用在海洋平台仪控系统中，具体而言，传感器技术在该系统中的应用领域，如表1所示。

以温度测量为例，接触式测量方式、非接触式测量方式是相对较为常见的测量方法。其中，接触式测量方式的优势在于测量仪表简单且具有较高的精确度。然而，在这一测量方式下，需要考虑测量介质与原件是否能够充分进行热交换，由于需要时间，因而并不适宜现场作业。而非接触测量方式，其测量仪表较为多样，且普遍采用的原理是传感器原理，如热点偶、热电阻、双金属温度计以及压力式。

三、海上平台仪控系统

海上平台仪控系统，全称为海上平台仪表与控制系统。在海上油气田生产的众多设备中，仪控系统是中央控制系统，同时也是生产自动化的核心设备和关键设备。不仅如此，该系统还是海上平台的完全卫士。对于海上平台仪控系统来说，其管理方式大多采用的是集中监管和分散控制方式。通常情况下，该系统典型的构成部分主要可包括中央控制系统、现场仪表等。

该系统中的中央控制系统由三套独立的控制系统组成，即应急关断控制系统、过程控制系统以及火气探测控制系统。中央控制系统的硬件设备主要包括打印机、控制系统以及应急操作盘等。中央控制系统的功能是实时采集海上平台的生产数据，并对生产过程进行监测，同时对生产过程中出现的故障进行警报等。应急关断系统的功能则主要是在发生危险的时候，为保障海上平台工作人员以及生产设备安全而设计的系统。通常情况下，应急关断系统主要包括四个等级，分别为弃平台关断、火气关断。生产系统关断以及单元关断。火气探测系统的功能是准确并及时探测可能或已经发生的事故，并及时采取相应的措施。现场仪表也是一个重要的组成部分，其主要包括温度仪表、压力仪表。液体仪表以及流量计等。井口控制盘主要由两个部分组成，即单井模块和公用模块。就地控制盘的功能是与中央控制系统进行连接，以起到远程监控现场设备的作用。

四、海洋平臺仪控系统中传感器技术的具体应用原理

（一）非接触式温度测量仪表

从温度测量的角度来说，非接触式温度测量方式的依据是传感器原理。因此，对非接触测量方式中的各个测量仪表展开分析尤为必要。在众多测量仪表中，热点偶主要是通过串联不同的导体，并在闭合电路形成的过程中在结合点位置产生温差，也就是热点效应，那么在回路中就会产生电流。其中，热电偶是导体组合。热电阻在对温度进行测量的过程中，其原理是基于温度和电阻两者之间成函数关系的半导体或金属导体制作成而感温元件展开测量的。由此可见，对于热电阻温度仪表来说，其最为重要的元件就是感温元件。而制成感温元件的材料则主要有两类，一类是半导体，另一类则是金属导体。其中，由半导体制成的感温元件，其大多是碳、锗及热敏电阻。而由金属材料制成的感温元件，其则大多是柏热电阻，这也是最为常见的。对于铂热电阻而言，其优势在于具有较好的复线性能，同时还具有较稳定的物理性能。另外，还具有低成本和应用范围广等优势。除此之外，在测量精度方面也比较高。然而，与铜热电阻相比，其具有较小的测量范围。上述两个温度测量仪表很好地利用了传感器原理，其优势和劣势，如表2所示。双金属温度计在应用的过程中，其主要是通过将固体受热而产生的几何移位视为温信号。压力式温度计则主要是将温度变化转化为液体或气体，受热后通过观察压力的变化或体积膨胀的情况，以获得检测信号。无论是双金属温度计，还是压力式温度计，其都仅仅是简单应用了传感器技术。

综上所述，在选取温度测量仪的过程中，应针对不同的情况和应用进行合理的选择。其中，对于就地温度仪表，为确保测量范围及精确度，双金属温度计是较好的选择。而在选择温度检测元件时，海洋平台可选择热电阻。

（二）压力测量仪表

在海洋平台中，其拥有较多的高压设备。因此，压力测量也是海洋平台监控和测量的重要关键。从压力测量仪表的角度来说，其具体分类，如表3所示。其中，前三种压力表又可称为弹性压力表，其制作依据是弹性元件受压后，与被测量的压力大小成比例形变。此类压力测量仪表也充分利用了传感器技术，通过传感器原理的利用，依据变形大小直观地测量压力。

依据检测原理，可将压力变送器分为六种，即电阻式、电容式、电感式以及压电式变送器。其中，电阻式是以固体压阻效应作为依据制作而成的变动器；电容式在检测的过程中，其是以被测量改变线圈的电感量作为基础和依据的；电感式变送器又可以分为涡流式、差动式以及磁阻式；压电式变送器在制作的过程中，其是以特殊压电材料的压电效应为依据，促使内部静电荷产生变化而制成的。

五、结语

我国海洋石油工业历经多年发展，现阶段我国国内的年产油气当量已突破5600万吨，并成为当下乃至未来我国国内油气产量增加的主阵地。海上油气田直接关系到我国能源的安全性。而海上平台仪控系统作为海上平台油气田生产设施的核心设备，在海上油气田生产日益复杂化和自动化的今天，对其安全性和可靠性提出了更高的要求。传感器作为重要器件，其是感受规定的被测量的各种量且依据一定规律将其转换为有价值信号的装置。

作者单位： 中海油海油发展装备技术公司研发中心