无线监测仪表在现场应用中更具备灵活性
微波射频网 2022-11-23

凡是新建项目,无论规模大小,采用智能无线技术都能显著节省安装成本,如果无线所占项目点数的比重为45%,那么其在工程、基建和开车上的花费要比有线方案节省35%以上。

在过去两年里,油气行业的创新者们已经体验并证实了无线监测仪表在远程或难以到达区域中的应用价值,在这些应用中如果采用有线设备,那么所需的高昂建设成本将是无法承受的。无论从运行性能还是成本考虑,无线方案都具有很大优势,而且安全可靠,可以广泛应用于传统采用有线方案的上游作业中。

传统的接线依然会用于连续控制,如海上平台和炼油厂,以及安全系统。但无线技术已普遍应用于现有工厂装置中,而且在新建项目中也已开始使用。

先进的无线技术与有线技术相比,投入成本低,占地面积少,是平台应用的理想选择。与传统4-20毫安有线模拟量仪表相比,安装无线每个节点可节省30%的费用,无线技术在北美地区已成为主流应用。

任何熟悉工业自动化的人都知道,从本世纪90年代中期开始,人们就在寻找一种可以替代4-20mA模拟标准的技术,后来ISA开发了Foundation现场总线等技术,已为各工业行业广泛应用。

最新的研究表明如果所需敷设电缆不超过250米,连接点数小于500点,那么无线仪表的安装成本比Foundation现场总线方案还要低。如果高于这个指标,现场总线方案会比无线方案更省钱。这就说明海上应用可以综合利用这些技术,在安全系统中采用传统的4-20毫安;控制采用现场总线;监测和低频率控制应用则使用无线技术。无线的优势还包括:简化工程和实施工作,启动更快更灵活,既使后期改变设计也没问题,因为它的安装非常简单。

安全也是需要考虑的因素,过程和运行信息可根据需要进行无线传递,工作人员无需在高压高温的地方人工读取数据。

艾默生智能无线方案采用自组织网状网络技术,弥补了老式的,需要目视路径的系统所存在的缺陷。比如,无线仪表可以任意分布在陆上油田,而采用传统的有线仪表进行数据采集难以实施,而且缺乏灵活性。自组织网状网络连续监测压力、温度、流量和振动测量设备的数据传输,并自动寻找信号到达网关的最佳通讯路径,如果临时出现某个障碍物挡住了通讯路径,邻近的无线仪表可作为路由器继续传递信号。通过这种方法保持信号的连通,可使数据传输的可靠性达到99%以上。

这项技术是WirelessHART标准的根本,该标准获得了200多个代表仪表厂商和用户的HART通讯基金会成员的认可。目前已有相当数量的现场仪表、阀门和设备定位监测器、振动数据变送器和智能无线网关可以满足这项标准,并已应用于石油工业。

成功项目

英国BPWytch油田很早就开始应用智能无线网络,这是欧洲最大的海上作业油田之一。为了提高工作人员的效率,免除每天人工巡检读取井口仪表读数的工作,BP公司安装了40台罗斯蒙特无线压力变送器,每个井口2台。智能无线网关单独安装在过程区域以外,将无线变送器的信号传递到控制系统。新添加任何一台无线仪表只需30分钟即可运行,无线仪表可对油井进行连续监测,发现压力的异常情况。

BP公司的经理ChrisGeen说:“Wytch油田是BP公司用以证明自组织无线网络是否适用的一个重要试点项目。随着这个项目的成功应用,BP还准备将智能无线方案应用于相类似的海上平台中。”

StatoilHydro公司在其Grane石油平台上也采用了智能无线网络,用以对地处北海岸偏远地区的井口和热交换机进行远程监测。有些障碍物会阻挡目视通讯路径,但对于自组织无线网络来说这完全不是问题。

在这个案例中,井口安装了22台无线压力变送器,用以测量环空压力,另外12台表监测进口压力和热交换机的压降。每台变送器通过无线网关将数据传递到控制室操作站。

在无线仪表的使用过程中,信号强度和一致性表现出色,数据可靠性和稳定性达到100%,大大减少了人工读取仪表数据的工作量。同时也减少了工作人员暴露在危险场所的机会,石油平台仪表主管GeirLeonVadheim说:“我们对智能无线网络的性能相当满意,经过一个简短的培训,我们的仪表工程师就能够根据需要轻松地在任何地方安装新的无线设备。”

委内瑞拉国家石油公司投资几百万美元改造Morichal工厂的自动化装置,其中包括安装无线网络,对180口油井进行监测。该无线自组织网络采用了600多台无线变送器。无线方案不但节省成本,而且可提供可靠的压力和温度测量数据,如果采用有线方案会有接地问题,而安装在井口的电子驱动设备会产生谐波影响有线仪表的精度。

有关无线方案在新建项目中的研究

近期的一些研究表明无论是在小型或大型新建项目中,当智能无线技术占到整个项目I/O的25%到45%时,优势最显著。此外无线技术可提高项目设计的灵活性,同时由于它的实施和安装都
很简单,因此还能缩短工期。研究结果显示,新建项目的最佳实施方案是采取有线HART、现场总线和无线通讯相结合的方式。

无线方案用于新建海上人工作业平台。根据艾默生针对一个4000I/O的海上平台所做的一项调查证明,无线技术可广泛应用于过程应用,并不仅仅局限于那些无法采用有线方案或实施有线方案代价过高的地方。

在项目安装成本方面比较有线HART、现场总线和无线设备的各种组合方案,我们发现相对于其它通讯技术无线方案的成本效率最高。在上述石油平台的研究中,大约17%的信号是通过无线设备进行有效传递的,在过程控制系统中安装无线网络节省了7%(100万美元)的安装费用,此外,还减少了800个有线接点,因此减轻了35吨的重量,并由于减少了线缆、线槽、接线盒和机柜,使占用甲板的空间减少了129立方米。

根据常规有线方案的接线长度来进行成本的推算,我们发现无论怎样的距离,无线仪表都能节省费用,而且距离越长,节省越多。研究小组据此制作出一个成本计算器,用以测算采用无线方案实现的项目费用节省。

无线技术用于新建过程工厂。一家独立的咨询公司对化工过程工厂进行了调研,得出一致的结论:凡是新建项目,无论规模大小,采用智能无线技术都能显著节省安装成本,如果无线所占项目点数的比重为45%,那么其在工程、基建和开车上的花费要比有线方案节省35%以上。

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