План урока теоретического обучения по автоматизации производственных процессов

План урока теоретического обучения.

Тема 01.02.04 Автоматизация производственных процессов.

Дата проведения 23.12.15 г.

Группа ЭКС-1-15

Тема программы: Автоматический контроль.

Тема урока: Способы и средства автоматического контроля расхода при разработке и эксплуатации скважин. Устройство и принцип действия расходомеров.

Цель: способствовать формированию представления об устройстве и принципе действия приборов измерения расхода.

Задачи:

Научить освоению способов и средств измерения расхода в нефтяной и газовой промышленности (ПК 1.2, 1.3, 2.3)

Развивающая: техническое мышление, аккуратность, внимательность.

Воспитательная: интерес к будущей профессии, ответственность за принятие решений (ОК 1, ОК 2 , ОК 3)

Вид урока: Урок изучения нового материала

Тип урока: смешанный

Оснащение урока: презентация, проектор, доска

Вопросы к уроку.

1.Классификация приборов для измерения расхода.

2.Устройство и принцип действия дифманометра типа 13 ДД 11.

3.Устройство и принцип действия расходомера типа «Сапфир 22ДД».

4.Устройство и принцип действия расходомера типа Метран.

5.Устройство и принцип действия счётчика вихреакустического типа СВА.

6.Устройство и принцип действия ультразвукового расходомера УРСВ «Взлёт МР»

Ход урока.

1.Организационно - мотивационный этап. 25 мин.

1.1. Актуализация опорных знаний и навыков (Задание 1)

1.2.Мотивация.

Измерение объёма или массы протекающей по трубопроводу жидкости, газа или пара за определённое время или в каждый данный момент имеет большое значение для учёта нефти, нефтепродуктов, газа и пара при отпуске их, а также для контроля и регулирования технологических процессов бурения, добычи и транспорта нефти и газа.

Расход - величина, определяемая для равномерно перемещаемого вещества отношением массы или объёма вещества, перемещаемого через определённое сечение, перпендикулярное к направлению скорости потока, к промежутку времени, за который это перемещение происходит.

Следовательно, расход может быть массовым и объёмным.

Приборы для измерения расхода называются расходомерами. Интегрирующие приборы, используемые для измерения объёма или массы за некоторый промежуток времени, называются счётчиками.

Технические средства обучения: персональные компьютеры, программные средства: MS Word, Ms Publisher, наглядные пособия: измерительные приборы.

Итого 90 мин.

Задание 1.

Актуализация опорных знаний и навыков (Письменный опрос).

Вариант 1. Описать работу скважинного манометрического термометра.

Вариант 2. Описать работу скважинного биметаллического термометра.

Вариант 3. Описать работу скважинного дистанционного термометра.

Вариант 4. Описать работу геликсного скважинного манометра.

Вариант 5. Описать работу глубинного манометра с вращающимся поршнем.

Вариант 6. Описать работу пружинно - поршневого скважинного манометра.

Вариант 7. Описать работу компенсационного скважинного манометра.

Вариант 8. Описать работу дистанционного скважинного манометра.

Раздаточный материал: Схемы приборов.

Задание 2.

Предварительное определение уровня знаний учащихся.(Устный опрос).

1.Дайте определение «Расхода».

2.В каких единицах измеряется расход?

3.С какой целью измеряется расход жидкости, газа и пара на объектах нефтегазодобывающих предприятий?

УЧЕБНЫЙ МАТЕРИАЛ

1.Классификация приборов для измерения расхода.

Измерение объёма или массы протекающей по трубопроводу жидкости, газа или пара за определённое время или в каждый данный момент имеет большое значение для учёта нефти, нефтепродуктов, газа и пара при отпуске их, а также для контроля и регулирования технологических процессов бурения, добычи и транспорта нефти и газа.

Расход - величина, определяемая для равномерно перемещаемого вещества отношением массы или объёма вещества, перемещаемого через определённое сечение, перпендикулярное к направлению скорости потока, к промежутку времени, за который это перемещение происходит.

Следовательно, расход может быть массовым и объёмным.

Приборы для измерения расхода называются расходомерами. Интегрирующие приборы, используемые для измерения объёма или массы за некоторый промежуток времени, называются счётчиками.

По принципу действия расходомеры можно подразделить на следующие группы:

• Объёмные;

• Переменного перепада давления;

• Постоянного перепада давления;

Метод переменного перепада давления широко распространён в практике измерения расхода газообразных и жидкостных потоков в технологических процессах.

При протекании жидкостного или газообразного потока через сужающее устройство (диафрагму, сопло или трубу Вентури) давление перед сужающим устройством возрастает, а после - падает. Перепад давления до и после сужающего устройства пропорционален расходу.

• Переменного уровня;

Принцип действия расходомеров переменного уровня заключается в изменении уровня в сосуде со свободным стоком в зависимости от количества жидкости, поступающей в этот сосуд в единицу времени

• Тахометрические;

Принцип действия турбинного расходомера основан на зависимости частоты вращения тела (турбинки), установленного в трубопроводе, от расхода вещества.

• Электромагнитные;

• Ультразвуковые;

Принцип действия ультразвуковых расходомеров может быть основан на измерении:

1. Интервалов времени между приходом ультразвука, посланного по потоку и против;

2. Сдвига фаз между ультразвуковыми колебаниями, направленными по потоку и против;

3. Разности частот ультразвуковых колебаний, создаваемых автоколебательной схемой и направляемых одновременно по потоку и против него.

• Вибрационные.

Расходомеры постоянного перепада давления (ротаметры) - приборы обтекания, принцип работы которых основан на вертикальном перемещении чувствительного элемента (поплавка) при движении потока. Это перемещение зависит от расхода потока, при котором перепад давлений на чувствительном элементе остаётся практически постоянным.

Достоинства:

1. Возможность измерения малых расходов;

2. Равномерность шкалы измерений;

3. Постоянство относительной погрешности;

4. Наглядность показаний;

5. Возможность измерения расходов агрессивных жидкостей и газов;

6. Дистанционная передача показаний.

В ротаметрах наиболее часто используют поплавки 2, которые имеют нижний конический, средний цилиндрический и верхний бортики (рис.2.8). Поплавок помещается в вертикальной стеклянной или металлической трубке 1. Между ними образуется кольцевой зазор, через который снизу вверх проходит поток. В зависимости от расхода этот поток приподнимает поплавок на соответствующую высоту.

.

2.Устройство и принцип действия дифманометра типа 13 ДД 11.

Действие дифманометра основано на принципе силовой компенсации. Он состоит их двухмембранного измерительного блока и однорычажного пневмосилового преобразователя.

Перепад давления вызывает деформацию мембранного блока (рис. 2.9).

В результате рычаг 2 поворачивается на небольшой угол вокруг опоры, образованной фиксаторами 3. Заслонка 6 перемещается относительно сопла 7. Изменение давления в линии сопла усиливается пневмоповторителем 9, выходной сигнал с которого поступает в сильфон обратной связи 11 и на выход.

3.Устройство и принцип действия расходомера типа «Сапфир 22ДД».

Дифференциальные мембранные манометры типа «Сапфир» являются тонкоплёночными тензорезистивными преобразователями разности давлений с унифицированным выходным сигналом силой 0 - 5, 0 - 20 или 4 - 20 мА, предназначенными для работы в системах автоматического контроля, регулирования производственных процессов и управления ими.

Мембранный блок преобразователя (рис.2.10) содержит штуцера 1 и 10 для подвода давлений р₁ и р₂, упругие мембраны 2 и 8, являющиеся чувствительными элементами, жёстко скреплёнными с подвижными штоками 3 и 9, концы которых плотно прикасаются к рычагу 5. Этот рычаг жёстко скреплён с балкой 6, на которой размещены четыре тензорезистора 7. Верхняя часть балки защемлена в корпусе 4. При воздействии разности давлений р₁и р₂ мембраны прогибаются и в результате перемещения штоков вместе с рычагом деформирует балку. При этом тензорезисторы R₁ - R₄ (рис.2.11), расположенные на балке и включённые в мостовую схему, изменяют своё сопротивление пропорционально перепаду давлений.

Электрическая схема преобразователя имеет тонкоплёночный мостовой измерительный чувствительный элемент ЧЭ, содержащий тензорезисторы R₁ - R₄, усилитель напряжения небаланса моста У, модулятор тока МТ, стабилизатор напряжения питания моста СН и блок защиты БЗ от перемены полярности напряжения питания. При воздействии разности давлений на мембранный блок преобразователя изменяются сопротивления тензорезисторов и возникает напряжение небаланса измерительного моста. Это напряжение небаланса поступает на усилитель и модулятор, формируя усиленный выходной унифицированный токовый сигнал.

4.Устройство и принцип действия расходомера типа Метран.

Датчик состоит из преобразователя давления и электронного преобразователя.

Разность давлений рабочей среды воздействует на мембрану 1 (рис.2.12) и посредством штока 2 вызывает деформацию чувствительного элемента, прочно скреплённого с мембраной тензопреобразователя 3.

Чувствительный элемент - кристалл сапфира с кремниевыми плёночными тензорезисторами. Тензорезисторы соединены в мостовую схему 4.

Деформация измерительной мембраны приводит к пропорциональному изменению сопротивления тензорезисторов и разбалансу мостовой схемы. Электрический сигнал с выхода мостовой схемы поступает в дифференциальный усилитель 5 электронного блока. Встроенный в усилитель регулятор коэффициента усиления обеспечивает перенастройку диапазонов измерений. Усиленный сигнал преобразуется в унифицированный токовый в преобразователе 6. Питание всех звеньев электрической схемы датчика осуществляется через узел питания 7. Устройство термокоррекции 8 компенсирует влияние температурных воздействий на тензомост.

5.Устройство и принцип действия счётчика вихреакустического типа СВА.

СВА - вихреакустический счётчик - расходомер с ультразвуковым детектированием вихрей. Предназначен как для технологических целей, так и для коммерческого учёта расхода и количества различных жидкостей, неагрессивных по отношению к материалам проточной части.

Основные преимущества:

• Беспроливной, бездемонтажный метод поверки;

• Межповерочный интервал - 2 года;

• Высокая надёжность, стабильность в течение длительного времени;

• Отсутствие в проточной части подвижных элементов;

• Возможность монтажа СВА - ПП на трубопроводе при любой ориентации относительно его оси;

• Надёжная работа при наличии вибрации трубопровода и достаточно сильных загрязнениях среды;

• Сохранение информации при отключенном питании;

• Малые длины прямолинейных участков трубопровода в месте установки расходомера.

Счётчик состоит из первичного (СВА - ПП) и электронного (СВА - ЭП) преобразователей, соединённых между собой кабелем. СВА - ПП состоит проточной части и блока первичного преобразования информации. На входе проточной части СВА - ПП поперёк потока закреплено тело обтекания (призма трапециевидной формы). За телом обтекания диаметрально противоположно располагаются две пары пьезоэлементов. Пьезоэлементы устанавливаются в защитные стаканчики, не выступающие в поток жидкости.

При движении жидкости по проточной части СВА - ПП (рис.2.13)за телом обтекания 1 образуются вихри, частота которых пропорциональна расходу. На пьезоэлемент - излучатель 2 от генератора 4 подаётся переменное напряжение, которое преобразуется в ультразвуковые колебания. Проходя через поток жидкости, эти колебания в результате взаимодействия с вихрями оказываются модулированными по фазе. На пьезоэлементе - приёмнике 3 ультразвуковые колебания преобразуются в электрические, которые подаются на фазовый детектор 5, входящий в состав СВА - ПП. Для компенсации паразитных факторов служит вторая пара пьезоэлементов. В фазовом детекторе определяется разность фаз между сигналами с приёмников первой пары и второй. На выходе фазового детектора образуется напряжение, по амплитуде и частоте соответствующее интенсивности и частоте вихрей. Фильтрация паразитных составляющих производится в цифровом адаптивном фильтре 6, сигнал с которого подаётся на блок формирования выходных сигналов 7. Электронный преобразователь СВА - ЭП включает в себя узел питания, цифровой адаптивный фильтр и блок формирования выходных сигналов.

6.Устройство и принцип действия ультразвукового расходомера УРСВ «Взлёт МР»

</<br>

Расходомер состоит из первичного и вторичного преобразователей. Индикация выходной информации и установка необходимых данных при вводе в эксплуатацию осуществляется с пункта управления. Количество электроакустических преобразователей, входящих в расходомер, определяется количеством используемых измерительных каналов. Питание расходомера осуществляется непосредственно от сети переменного тока. По принципу работы расходомер относится к время - импульсным ультразвуковым расходомерам, работа которых основана на измерении разности времени прохождения УЗС по направлению потока и против него. Возбуждение УЗС производится электроакустическими преобразователями ПЭА, установленными на измерительный участок.

Первичный преобразователь расхода включает в себя отрезок трубы и закреплённые на нём два электроакустических преобразователя - ПЭА1 и ПЭА2, обеспечивающие излучение УЗС в жидкость под углом к оси трубопровода. При движении жидкости наблюдается снос ультразвуковой волны, который приводит к изменению полного времени распространения УЗС между ПЭА.

Вторичный измерительный преобразователь посредством попеременного излучения в движущуюся жидкость УЗС и их приёма осуществляет измерение разности распространения УЗС по потоку и против потока жидкости, которая пропорциональна расходу.

3.Подведение итогов учебной деятельности. 20 мин.

3.1.Закрепляющий материал (Задание 3).

3.2.Проверка усвоения изученной информации (Задание 4)

3.3.Домашнее задание: (2), стр.78 - 9

7. Подведение итогов урока (заостряется внимание на уровень освоения ЗУНов и формирования ПК)

3.3.Домашнее задание: (2), стр.78 - 94

Литература:

1.Анреев Е.Б. Автоматизация технологических процессов добычи и подготовки нефти и газа. Москва, Недра, 2008 г.

2 Шишмарев В.Ю. Технические измерения и приборы. Москва, Академия, 2012 г.

3.Прахова М.Ю. Основы автоматизации производственных процессов нефтегазового производства. Москва, Академия, 2012.

4.Сотскова Е.Л. Основы автоматизации технологических процессов переработки нефти и года. Москва, Академия 2014 г.