數字化油氣田建設中自動化儀表的使用與維護探討

溫海寬

北京安控油氣技術有限責任公司，中國·北京 100095

在數字化轉型中，自動化儀表作為關鍵技術裝備，在提高生產效率、降低運營成本和確保安全可靠性方面發揮著重要作用。然而，在數字化油氣田建設中，自動化儀表的使用和維護仍然存在一系列挑戰。因此，論文探討數字化油氣田建設中自動化儀表的使用與維護策略，旨在為油氣田建設的數字化轉型提供指導，在提高生產效率、降低運營成本的同時確保油氣田運行的安全穩定性。

數字化油氣田；建設；自動化儀表；使用與維護

1 引言

在數字化時代背景下，數字化油氣田建設中自動化儀表的使用與維護變得至關重要。一方面，隨著信息技術的迅速發展，自動化儀表逐漸取代了傳統手動操作。通過傳感器、控制器和通信系統的結合，儀表可以實現遠程監控、智能控制和數據分析，提高生產效率和系統安全性。另一方面，數字化轉型是油氣行業提升競爭力和降低成本的必然選擇。

2 自動化儀表的使用分析

在建設數字化油氣田的過程中，自動化儀表作為感知層的關鍵設備，直接測量或者控制工藝介質，起到了至關重要的作用。其重要性，可以從以下5 個方面進行分析：①數據采集和監測：自動化儀表通過傳感器和變送器，實時采集生產過程中的各項數據，如溫度、壓力、液位、流量、電量等。并通過變送器，將數據轉換成為不同形式的信號傳輸給控制系統或其他數據應用系統，這些數據以數字形式記錄下來，為后續分析和決策提供基礎。②遠程操控和控制：通過自動化儀表的數據采集和控制功能，管理人員可以根據生產運行情況，下發指令遠程操作閥門的開關或進行開度的調節、控制電機的啟停，還可以根據需要進行自動聯鎖保護設置，不再需要人工操作現場設備，減少了人為因素帶來的誤差和風險，降低了人員的勞動強度。同時，也使得設備的操作更加精確和高效。③可視化和報表分析：自動化儀表與PLC、上位機組態軟件構成SCADA 系統，將數據以圖形化或報表形式展示，使得管理人員能夠直觀地了解生產狀況和趨勢。這些可視化數據有助于做出決策和制定改進措施，提高生產效率和資源利用率。④安全監測和應急響應：自動化儀表可以實時監測設備的工作狀態和安全狀況。一旦發現異常情況，系統可以及時發出警報，并采取相應的應急措施，保障人員和設備的安全。⑤智能優化和預測維護：自動化儀表可以與邊緣計算系統或云智能系統進行深度的融合應用。自動化儀表作為現場工藝的數據采集端和流程控制端，傳輸數據到云計算平臺，云計算平臺通過數據分析和算法模型，發出控制指令到現場自動化儀表，完成數據采集—分析—控制的閉環，實現生產過程的智能優化。通過對數據的深入分析，可以提前發現問題和異常，進行預測性維護，避免設備故障和生產損失。

3 自動化儀表的故障原因分析

3.1 人為因素

①錯誤操作：人員對自動化儀表的錯誤操作是導致故障的常見原因之一。②維護不當：自動化儀表需要定期的維護和保養，如果維護不當，可能導致故障的發生。例如，未按規定時間更換傳感器、清潔儀表面板或校準儀表參數等，都可能影響儀表的正常運行。③不當的安裝與布線：自動化儀表的安裝與布線也可能受到人為因素的影響。④環境影響：自動化儀表常常處于惡劣的環境條件下工作，如果人員沒有采取必要的防護和維護措施，可能會導致儀表故障。⑤人為破壞：有時候，故意破壞或破壞性操作也可能導致自動化儀表的故障。這可能是出于惡意破壞、不當維修或誤操作等原因。⑥培訓與意識問題：缺乏相關培訓和意識也是導致自動化儀表故障的因素。如果操作人員對自動化儀表的操作和維護流程不清楚，或者沒有意識到某些操作會對儀表造成損害，可能會導致故障的發生。

3.2 自然因素

①環境條件：自動化儀表常常處于惡劣的環境條件下工作，如高溫、低溫、高濕度等。這些極端的環境條件可能會導致儀表內部的電子元件短路、斷路或燒壞，從而引發故障。②靜電放電：靜電是油氣田中常見的自然現象之一。當空氣中的靜電電荷通過自動化儀表時，可能會產生放電現象。這種靜電放電可能會干擾儀表的正常運行，引起信號失真或損壞儀表電路。③電力波動：油氣田的電力供應系統可能會存在電壓波動或電力突變的情況。這種電力波動可能會對自動化儀表的電路和電子元件造成損壞，導致儀表無法正常工作。④天災事件：自然災害如雷擊、地震等也可能對自動化儀表造成故障。例如，雷擊可能會直接損壞儀表的電子元件，地震可能會導致儀表的機械部件松動或破裂。⑤腐蝕和污染：油氣田中存在有害氣體、化學物質和腐蝕性液體，這些因素可能會對自動化儀表的外殼和電子元件產生腐蝕作用。此外，灰塵、油脂等污染物也可能進入儀表內部，影響其正常運行。

3.3 線路接觸不良

自動化儀表線路接觸不良可以從以下幾個方面進行考慮：首先，腐蝕和污染是導致自動化儀表線路接觸不良故障的重要原因之一。在油氣田的復雜環境中，存在有害氣體、化學物質和腐蝕性液體，這些會對自動化儀表線路的接觸部件造成腐蝕和污染。長時間的暴露會使接觸表面變得粗糙，導致接觸不良。其次，振動和沖擊也是自動化儀表線路接觸不良的常見原因。在油氣田的工作環境中，存在較強的機械振動和沖擊，這對自動化儀表線路的連接部件造成松動或變形。例如，零部件的螺紋連接可能會因為振動而松動，接觸部件的彎曲或變形可能會導致接觸間隙變大，進而引起接觸不良。最后，溫度變化也是自動化儀表線路接觸不良故障的一個重要原因。油氣田的溫度變化范圍較大，自動化儀表線路的連接部件也會因此發生熱膨脹和冷收縮。長期的溫度變化可能導致連接部件尺寸的變化，使原本良好的接觸變得不可靠或失效。另外，金屬氧化和電磁干擾也可能導致自動化儀表線路接觸不良。由于油氣田環境中存在濕度、氧化劑等因素，金屬線路可能發生氧化反應，形成絕緣層，導致接觸不良。同時，電磁干擾可能干擾自動化儀表線路的正常工作，影響接觸的穩定性[1]。

4 數字化油氣田建設中自動化儀表的維護策略

4.1 加強日常檢查頻率

為了提高油氣田自動化儀表的可靠性和安全性，需要加強日常檢查頻率。第一，根據設備類型和重要性確定檢查頻率。不同類型的自動化儀表在油氣田中扮演著不同的角色，具有不同的重要性。根據設備的關鍵性和風險評估結果，制定相應的檢查頻率。關鍵設備和高風險設備應進行更頻繁的檢查，以確保其正常工作和故障預警。第二，制定詳細的檢查計劃和流程。建立一套完整的檢查計劃和流程，明確每個步驟和操作的內容和要求。確保檢查人員了解并按照規定的程序進行檢查，并記錄發現的問題、采取的措施和結果。檢查計劃和流程可以根據設備的特點和歷史故障情況進行調整和優化。第三，利用物聯網技術實現遠程監測和診斷。借助物聯網技術，將自動化儀表與監測平臺相連接，實現遠程監測和診斷功能。通過遠程監測，監測平臺可以及時獲取設備的狀態信息，并提供警報和異常通知。這樣可以快速發現問題并采取相應的措施，減少人工巡檢的頻率，提高效率和準確性。同時，注重人員培訓和技能提升。為檢查人員提供必要的培訓和技能提升機會，使其具備充分的專業知識和操作技能。培訓內容包括儀表原理、故障診斷方法、安全操作規程等。通過培訓，檢查人員能夠更加熟練地進行儀表檢查，并能夠準確判斷設備是否存在故障或潛在問題。此外，密切關注設備使用環境和工藝參數變化。油氣田的環境和工藝參數可能會隨著時間和條件的變化而發生變化。第四，建立健全的記錄和反饋機制。對于每次檢查，都應建立詳細的記錄，包括檢查時間、檢查人員、檢查內容、發現的問題以及采取的措施等。這些記錄可以作為日后分析和決策的依據。同時，也應建立反饋機制，將問題和改進意見及時反饋給相關部門和人員，以促進問題的解決和工藝的優化[2]。

4.2 制定合理的儀表排污計劃

第一，要了解儀表的類型和工作環境。不同類型的儀表在使用中會受到不同種類和程度的污垢影響，而工作環境中的各種因素（如溫度、濕度、化學物質等）也會對儀表產生影響。第二，在制定排污計劃之前，需要對儀表的類型和所處的工作環境進行詳細了解。其次，通過對儀表進行定期檢查和維護，及時發現并清除污垢。定期檢查和維護可以幫助我們了解儀表的運行狀態，并及時發現可能存在的污垢問題。在檢查過程中，可以采用適當的清洗方法和工具，如軟布、刷子等，將污垢從儀表上徹底清除，以保證儀表的準確性和穩定性。同時，合理使用化學清洗劑，防止對儀表造成損害。在清洗過程中，選擇適合儀表材質和污垢類型的清洗劑非常重要。應選擇環境友好、不會對儀表造成腐蝕和損害的清洗劑，并按照說明書中的建議使用。同時，要注意清洗劑的濃度和使用時間，避免過度使用或長時間接觸，以免對儀表產生不良影響。第三，制定定期校準計劃，保證儀表的準確性。除了定期清洗外，儀表的準確性也需要得到保證。因此，建立定期校準計劃非常重要。通過校準可以檢查儀表的準確性，并及時進行調整和修正。校準的頻率應根據儀表的類型、精度要求和工作環境等因素來確定，以保證儀表始終處于最佳工作狀態。第四，建立記錄和監測系統，追蹤儀表的工作情況。建立記錄系統可以追蹤儀表的工作情況，包括清洗、校準和維護等操作的時間和結果。通過監測儀表的工作情況，可以及時發現問題并采取相應的措施。同時，還可以根據記錄和監測數據進行分析，優化排污計劃，提高儀表的使用效率和壽命[3]。

4.3 自動化儀表的日常保養工作

①定期清潔：定期清潔是保持自動化儀表正常運行的基本步驟之一。使用干凈而柔軟的布清潔儀表表面，確保其無塵、無污垢。對于存在嚴重污染的部分，可以采用適當的清潔劑進行清洗。清潔過程中要注意避免液體滲入儀表內部，避免使用腐蝕性或磨損性強的清潔劑，以免對儀表造成損害。②檢查連接線路：定期檢查自動化儀表的連接線路是否松動、劣化或受損。確保連接線路良好接觸，沒有銹蝕或斷裂現象。如發現問題，及時修復或更換連接線路，避免信號傳輸中斷或失真。③校準和校驗：定期進行校準和校驗是確保自動化儀表測量準確性的關鍵步驟。校準可以通過與已知標準進行比較，調整儀表的測量結果，以確保其準確性。校驗是通過與其他獨立的測量設備進行比較，驗證儀表的測量結果是否在合理范圍內。根據儀表類型和使用頻率，制定相應的校準和校驗計劃，并記錄校準結果供參考。④檢查傳感器：自動化儀表中的傳感器是實現測量和控制功能的核心部件。定期檢查傳感器的工作狀態和性能表現非常重要?？梢酝ㄟ^觀察傳感器是否存在物理損壞、氧化或腐蝕來評估其狀態。同時，還需要關注傳感器的響應速度、精度和靈敏度。如發現異常情況，及時進行維修或更換傳感器。⑤確保環境適應性：自動化儀表通常工作在各種環境條件下，如高溫、低溫、潮濕等。定期檢查儀表的密封性能、防護性能和耐候性能，確保其適應不同的工作環境。必要時，采取相應的防護措施，如加裝防護罩、附加保護層等。⑥更新軟件和固件：隨著技術的不斷發展，儀表的軟件和固件可能會出現更新或升級的需求。定期查看廠家或供應商發布的更新信息，并根據需要進行相應的軟件和固件更新，以確保儀表的性能始終處于最佳狀態。

5 結語

通過論文的探討，我們深入了解了自動化儀表的關鍵作用和必要維護措施。只有確保儀表的準確性和可靠性，才能提高油氣田的生產效率和運營安全。然而，隨著技術的更新迭代，我們面臨著不斷學習和適應的挑戰。未來，我們應積極關注儀表技術的創新，并持續加強培訓和交流，以不斷提升自身水平，為數字化油氣田的發展貢獻力量。