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三畅创新研发仪表、助力工业自动化升级

压力仪表在油田中应用及提高测量准确性的方法研究

来源: 川庆钻探长庆井下 作者:祝璟 发布日期:2022-01-05

 摘要 :在油田的生产事业中,压力仪表是较为常用的测量仪器,压力仪表所测量得到的相关数据关乎着油田的发展,因此,提高压力仪表在油田生产工作中数据测量的精准性是研究人员重点关注的问题。压力仪表的使用较为规范,介绍了压力仪表及其使用中相关测量方式的概念和分类,分析了以弹簧管压力表为例的压力仪表在油田中的应用,非常后从修正值、测量误差等方面研究了压力仪表提高数据测量准确性的方法,使压力仪表在油田的应用中发挥其精准的测量作用,以保障油田的稳定、高效生产。

 
引言
        随着科技的发展和经济实力的提升,压力仪表得到了广泛的发展,其种类也不再单一,而是呈现多样化的发展趋势,在制作工艺、原材料、设计构造以及用途等方面得到了创新。在油田的生产过程中,温度值、压力值和流量值等均是油田自动化生产的关键参数。尽管压力仪表得到了多样化的创新与发展,但其测量高精确性一直是压力仪表不断重点改进的方面,如何提升压力仪表的测量准确性来保障油田的生产,值得深入研究。文章以典型的弹簧管压力仪表为例,探讨其在油田生产中的应用,并重点研究提高压力仪表测量准确度的方法。
 
1 压力仪表相关技术简介
1.1 压力仪表相关概念
        压力仪表是一件精密的测量仪器,一般由接头、表盘玻璃、表壳、弹簧管、指针、连杆、机芯等元件组成,其中,接头、机芯以及弹簧管是压力仪表测量时非常为关键的零部件。其工作原理是将势能的转化体现为数字的形式供人们读取,压力仪表的弹簧管是主要受力部件,当其收到压力时,会发生可逆转的弹性形变,引起弹簧管中管端的位置变化,管端连接连杆,通过连杆和机芯将受力情况放大,表盘指针的偏转代表受力的大小,在表盘的刻度上读出数字,即为压力测量值 [1]。
 
        常用压力表的制作材料为铜以及铜合金,测量的对象只能是不会与铜发生化学反应的气体、液体或者蒸汽。测量精度非常高时称为1级。有一种精密压力表,其精度远超普通压力仪表,其非常小精密度为 0.4 级,因此其可当作普通压力表精确度的鉴定仪器。压力表精度等级依据其允许的测量误差评定,常规弹簧管压力表在正常使用后会产生一定的误差,其非常大数值的误差称为允许基本误差。在实际的测量使用中,要对压力表进行周期检定,以确保其测量的准确性、可靠性。
 
1.2 压力仪表的分类
        (1)压力表的测量精度有等级之分,一般压力表的精密度由大到小分别为 1 级、1.6 级、2.5 级和 4 级,精密压力表的测量精度也分为 4 个等级,等级数字分别为一般压力表的十分之一。
        (2)压力表的安装方式也有所不同。常见的几类分别是螺纹连接压力表、盘装连接压力表、法兰连接压力表和夹子式连接压力表。
        (3)压力仪表在各行各业都有用到,依据其不同用途,压力仪表可以分为普通用途压力表和特殊用途压力表。例如电接点压力表氨压力表氧压力表等都属于普通用途压力表,另外像耐振压力表隔膜压力表以及防腐压力表等属于特殊测量用途压力仪表。
        (4)按照压力表内部弹性元件存在的差异,可将压力仪表分为如图 1 所示的 5 中类型。
压力表分类
        (5)压力表的测量范围不是完全相同的,在使用中尽量根据被测量物选择合适测量范围的压力表,压力表的类别与测量范围划分如表1所示 [2]。
压力表分类与测量范围
2 压力仪表在油田中的应用
2.1 弹簧管压力表的结构
        以经典的弹簧管压力表为例,研究压力表在油田生产中的应用。与上述氧气表、真空表等同属于一般压力表,弹簧管压力表的弹簧管、传动机构、机芯、表盘等是其测量的关键结构。
 
2.2 压力表测量上限选择
        对压力变化较为敏感的压力表适合压力较小的被测量物,若选择使用承受压力较大的压力表测量较轻压力的物体,弹簧管的位移不明显,在三分之一量限之下的部分,会导致较大的测量误差,因此无法广泛应用。弹簧管承受能力有限,若在弹簧弹性的四分之三以上,或者压力过大会导致压力仪表的弹性受损,长时间如此使用会使压力仪表精度降低,使用寿命缩短。所以弹簧管压力表的非常佳使用范围是其测量范围的 1/3 到 3/4,那么选择压力表的测量上限时,依据公式进行选择即可,即 : 压力表测量上限 = 被测非常大压力值 ×(4/3) (1)
 
2.3 一般压力表的精度选择
        在实际使用中,要首先选择出精度合适的压力表,一般压力表精度的选择依靠以下两种方式 : 一种是依据以往的工作经验,直观判断 ;第二种是依靠科学的计算方法,选择合适的精确度等级,准确度等级的评定标准按照压力仪表使用过程中允许的测量误差范围给出,计算公式为 :仪表准确度等级=允许基本测量值误差上限 ×100%现阶段,常用的普通压力表准确度等级及误差范围非常好检定标准如表 2 所示。

压力表准确度等级及误差范围

 
3 如何提高压力仪表测量数据的准确性
3.1 测量及测量误差
        测量的目的是使被测量对象得到准确的数值显示,仪器的测量数值不能完全精准地代表被测量对象的物理性质,而是一个近似值。在实际的使用过程中,测量方法的不规范、仪器精确度不同、甚至测量环境的影响都有可能产生测量误差,使得测量结果偏离测量真实值。这个差值中币交易所官网称之为测量误差 [3]。通常用 X 代表测量误差数值,其表达式为 :
         ΔX=X-X0 (2)
 
公式(2)中的,测量结果用 X 表示,X0 表示测量真实值,二者的差值就是测量误差 ΔX,ΔX 的数值代表测量值偏离真值的大小,正负代表方向。绝对误差即测量误差给出值与被测量真值的差值,计算方式为 :
         绝对误差=给出值 - 真值 (3)
 
        测量误差包括多方因素,有随机误差、系统误差和粗大误差三种类型,一般粗大误差很容易发现,计算时可以直接剔除,随机误差难以避免,因此在测量过程中,尽量确保系统的科学使用,增加油田环境、温度等有可能形成误差因素的评估,减少系统误差来缩小测量误差的大小,提高测量精确度,使测量结果无限接近于真值。
 
3.2 如何利用修正值
误差是测量过程中不可完全避免的现象,实际计算中为了降低测量误差的影响,提高测量准确度,常常引入修正值进行计算。其与误差绝对值相比,数值大小相同,方向相反。修正值的作用就是弥补误差或者校正测量值的准确性,通常用符号 C 表示,其计算方式为 :
         C = X0 - X =- ΔX (4)
 
3.3 实际值测量
在仪器的测量过程中,仪器的修正值 C 通常由比其精确度更高的标准仪器经检定后给出 [4]。为得到较为准确的测量结果,通常会将测量所得结果与标准修正值相加,这个数值就当做被测量的实际值,表达方式为 :
         X0 = X + C (5)
 
        经修正值矫正以后的压力测量值就可以认为是被测量的实际值或者真实值。修正值的准确性对测量实际值的精确度有直接的影响,因此在压力仪表工作中利用修正值时,必须保证修正值在精密仪器检定的有效周期内,否则必须重新检定,给出新的修正值。相对误差非常能够反映出测量的准确性,以仪表相对引用误差为例,给出表达方式 :
以仪表相对引用误差为例给出表达方式
        公式(6)中,Xm 表示压力仪表测量上限值,相对误差是两种数据之间的比值,以百分比为单位,依据相对误差的大小和方向,可以较为确切地反映出压力仪表的测量精确度。
 
3.4 提高测量数据准确性的方法以及程序
依据上述对测量准确度的分析,压力表在油田中的应用以及提高其测量准确性的方法大致归纳为以下三方面 :
        (1) 压力仪表在油田各领域都被广泛使用,但每个领域的使用标准、过程等都是一样的。
        (2) 在实际测量之前,需要估算或者计算判定被测对象压力的大小,从而选择压力量程和精度都较为合适的压力仪表,避免造成过大的测量误差和压力仪表的损坏 [5]。
        (3) 在压力数据的实际测量过程,总会有不可避免的因素导致测量结果与测量真值之间存在一定的误差,这些误差主要来自油田环境、压力设备、测量人员因素等。在测量中不能完全去除这些因素,但是可以规范操作和考虑周全来尽量减小这些因素的影响,从而使得测量值无限接近于测量真值。精密度较高仪器对压力仪表的校验与有效的校正值可以很大程度上削减误差的大小,因此测量计算中,将测量值与校正值相加可作为测量真实值,进而提升压力仪表数据测量准确性。
 
4 结语
        在油田生产各领域都离不开压力仪表的使用,压力仪表的测量准确性关乎到油田生产的质量与效率。文章以弹簧管压力仪表为例,对油田中压力表的上线与精度选择进行了分析,重点研究了提高压力仪表在油田生产中数据测量时的准确性方法,得出了减小误差的压力仪表测量真实值计算方法,希望能够为油田实际测量工作提供一些参考建议。

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