石油工业中的压力与温度仪表解析

因为石油钻探炼制的恶劣环境条件以及危险物质的存在，此行业对安全有极高的要求。这些领域中使用的仪器仪表须性能优越且达到一定的防爆等级。

由于全球石油资源减少，近年来世界原油产量在不断地降低：2008年，全球每天生产约7,500万桶石油，而在2010年，仅约为6,500万桶。然而，全球能源需求以及石油消耗却仍在不断增长。为满足要求，石油工业不得不转向超重油与天然沥青等极难生产且极大消耗能量和水的燃料资源。

石油工业对仪器仪表的要求

石油工业会用到多种仪器仪表：机械式(例如压力表、温度计和化学密封)及带隔膜密封的液位及电子式压力变送器。这些装置在上下游生产工艺中面临着极高的挑战，如炼油厂及石油天然气输送等。所有这些工艺过程均需使用精确、可靠的测量仪表。环境条件非常苛刻，并且还受到在高温高压下及过程介质中有害物质的影响。如何协调能源生产和环境保护之间的矛盾是石油工业面临的较大挑战之一。为达到此目标，工厂需要绝对无故障地运行。这继而要求进行准确、可靠的测量。另外，超重油和沥青生产需要采用新的工艺，从而产生了对采用新工艺新材料的压力、温度及液位仪表的需求。

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压力表进行测量。

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)，所以要用专用压力变送器。

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，压力表要拥有耐腐蚀性的外壳。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来测量。防爆压力变送器可安装在节流阀组上，来测量7MPa的静压。

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。针对这类情况，要使用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。

炼油厂

炼油厂靠前步工艺是常压蒸馏，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高达达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℃

在硫回收装置中，温度从300℃升至1000℃，压力为0.3至0.5MPa。

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。

大型炼油厂安装有大约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。

安全信息

DeepwaterHorizon爆炸和墨西哥湾石油灾难的可怕景象使人们更加重视安全和环境保护。这两点均与石油天然气工业密切相关，亟需采取有效的风险管理。IEC61508标准规定了确保系统正常运行的基本安全要求，同时定义了发生故障时的早期报警。为了降低风险，所用装置必须符合特定的工艺整体安全水平要求(SIL)。另外，比较陈旧的设施必须采用先进技术进行更新，例如用带更少接头的新型管道系统代替旧管道等，以降低微泄漏导致爆炸的危险等。