【分享】石油工业中的压力与温度仪表

海上钻井中的压力测量
　　在海上钻井中，压力和温度随着油层深度的增加而升高：当水深为1500米时，温度为4℃，压力为15MPa。在极深的油层中（超过5000米），例如在英国北海中的埃尔金/富兰克林地岩层，压力上升至110MPa，温度为190℃。另外，由于复杂的地质结构，在钻井过程中，压力可能会突然地发生变化。因此，必须一直控制油井压力，以免发生井喷。为了维持孔壁强度和补偿底部压力，需要向油井中灌注泥浆。MFR6是一款控制泥浆灌注高压的专用传感器。这种为钻井专门设计超耐用的压力传感器，可以测量0…6MPa直至0…100MPa的压力。
　　位于钻孔正上方的若干截止阀构成了所谓的防喷器（BOP），是一个关键的安全装置。防喷器处的压力可以用MEX5和MEX8压力表进行测量。这些仪表是专门为石油工业的苛刻工况设计的，具有不锈钢外壳，能够测量高达160MPa的压力。堡盟还可提供由316L不锈钢、蒙乃尔合金等材质的弹簧管压力表。


图2： MEX5和MEX8

在钻井期间，钻头内部装有压力变送器来测量钻头的掘进压力。由于超深油层中的温度非常高（约180℃，几乎为电子器件的耐温上限），堡盟与某大型钻井服务公司合作，特别为这些应用开发了一款专用压力变送器。PDRB型变送器凭坚固及在最苛刻工况下稳定的高精度而卓然不群。
　　在石油开采中，与测量装置接触的大多数物质均具有腐蚀性。因此，测量装置需要采用耐腐蚀材料制成。大多数压力测量装置均采用耐海水腐蚀蒙乃尔合金或哈氏合金制成的隔膜。对于涉及产生硫化氢（一种极强的腐蚀性气体）的过程，堡盟提供了带苯酚外壳的压力表。除了耐腐蚀性介质之外，测量装置还必须耐高温。这可以由同时能够应付腐蚀性或危险介质的化学密封来实现。
　　石油和天然气生产主要在于分离水、气和原油。这可以在7MPa的压力下在分离器内由重力分离各组分来实现。流量可以通过差压变送器EDD575来测量，其最低可测0-10kPa的差压。X913防爆压力变送器可安装在节流阀组上，来测量7MPa的静压。


图3：实际应用中的EDD575和/或X913

用于高过程温度的化学密封
　　在加拿大，油砂生产使用蒸汽来加热沥青。这降低了沥青的粘度，并使沥青能够容易被抽上地面。地面上的环境温度可能会低至-40℃，而过程温度则可能会高至400℃，静压达25MPa，而差压仅1kPa。针对这类应用，堡盟开发了专门用于高过程温度的化学密封。这种化学密封将介质与仪表隔离，并由密封隔膜通过导压油将压力传递至压力仪表。
　　D900系列化学密封适用于在-40℃至+400℃的过程温度下，测量粘性或腐蚀性介质的绝压、表压或差压。D902型化学密封的耐压高达25MPa，系专为油砂生产而设计的。其法兰由锻造不锈钢制造。隔膜根据不同工况有不锈钢、哈氏合金、Uranus B6 或Ta等材质。在涉及氢离子的应用中，堡盟提供镀金隔膜供选用。对于低温应用，或为了最大限度地减少对环境温度的影响，堡盟还提供带有保温层的伴热/冷毛细管。法兰上分别装有蒸汽伴热阀、排空阀和通风阀。


图4：D900系列化学密封

道达尔诺曼底炼油厂
　　法国道达尔集团在诺曼底拥有法国最大的炼油厂，该厂多年来一直在不同生产过程中使用堡盟的测量仪表。第一步工艺是常压蒸馏，将原油与多种馏分分离。此过程需要一个多点热电偶来测量最高达850℃的几个温度值。接下来是真空蒸馏，将残留物进一步分离。在此过程中，要用低压变送器测量10至40毫米汞柱的绝对压力，用热电偶传感器测量约370℃的温度。然后是催化重整工艺，将具有较低辛烷值的石脑油转化成为汽油。在此过程中，工艺温度高达550℃。道达尔采用堡盟的TBI双金属温度计进行测量，此仪表用全不锈钢制成，非常坚固，适用于-70℃至600℃的温度范围。在0.3至3.5 MPa范围内的压力则使用MEX5工业型压力表进行测量。


图5：TBI双金属温度计

　在硫回收装置中，温度从300℃升至1000℃，压力为0.3至0.5 MPa。道达尔使用带有哈氏合金隔膜密封和测温热电偶的MEP5安全压力表进行压力测量，该装置专为此类极端苛刻工况而设计。


图6：带热电偶的MEP5
　　馏出液加氢裂化器（DHC）将分子量较高的碳氢化合物馏分裂化成为汽油、柴油等产物。此过程的氢气压力为20MPa且高达480℃的高温条件下进行。氢气压缩机处的压力用工业型压力表MEX5进行测量。为了保护测量装置不发生氢脆，采用了带镀金隔膜的D900系列化学密封。
　　MEX5压力表和TBI双金属温度计亦用于炼油厂的热电厂——热电联产有助于减少二氧化碳的排放。控制压力约为0.4 MPa，温度约为140℃。
　　大型炼油厂（例如道达尔诺曼底工厂）安装有大约10,000只压力表和9,000只压力变送器。由于环境条件严苛，这些装置每年必须更换约10%，这就意味着所有测量装置必须在十年内全部更换，以保持工厂的质量与安全标准。

石化行业很多都是高温高压，易燃易爆的介质，所以对压力入温度仪表的要求会更高