無(wú)線(xiàn)儀表的經(jīng)濟作用

在過(guò)去兩年里，油氣行業(yè)的創(chuàng )新者們已經(jīng)體驗并證實(shí)了無(wú)線(xiàn)監測儀表在遠程或難以到達區域中的應用價(jià)值，在這些應用中如果采用有線(xiàn)設備，那么所需的高昂建設成本將是無(wú)法承受的。無(wú)論從運行性能還是成本考慮，無(wú)線(xiàn)方案都具有很大優(yōu)勢，而且安全可靠，可以廣泛應用于傳統采用有線(xiàn)方案的上游作業(yè)中。

　　傳統的接線(xiàn)依然會(huì )用于連續控制，如海上平臺和煉油廠(chǎng)， 以及安全系統。但無(wú)線(xiàn)技術(shù)已普遍應用于現有工廠(chǎng)裝置中，而且在新建項目中也已開(kāi)始使用。

　　先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)技術(shù)與有線(xiàn)技術(shù)相比，投入成本低，占地面積少，是平臺應用的理想選擇。與傳統4-20毫安有線(xiàn)模擬量?jì)x表相比，安裝無(wú)線(xiàn)每個(gè)節點(diǎn)可節省30%的費用，無(wú)線(xiàn)技術(shù)在北美地區已成為主流應用。

　　任何熟悉工業(yè)自動(dòng)化的人都知道，從本世紀90年代中期開(kāi)始，人們就在尋找一種可以替代4-20mA模擬標準的技術(shù)，后來(lái)ISA開(kāi)發(fā)了Foundation 現場(chǎng)總線(xiàn)等技術(shù)，已為各工業(yè)行業(yè)廣泛應用。

　　的研究表明如果所需敷設電纜不超過(guò)250米，連接點(diǎn)數小于500點(diǎn)，那么無(wú)線(xiàn)儀表的安裝成本比Foundation現場(chǎng)總線(xiàn)方案還要低。如果高于這個(gè)指標，現場(chǎng)總線(xiàn)方案會(huì )比無(wú)線(xiàn)方案更省錢(qián)。這就說(shuō)明海上應用可以綜合利用這些技術(shù)，在安全系統中采用傳統的4-20毫安;控制采用現場(chǎng)總線(xiàn);監測和低頻率控制應用則使用無(wú)線(xiàn)技術(shù)。無(wú)線(xiàn)的優(yōu)勢還包括：簡(jiǎn)化工程和實(shí)施工作，啟動(dòng)更快更靈活，既使后期改變設計也沒(méi)問(wèn)題，因為它的安裝非常簡(jiǎn)單。

　　安全也是需要考慮的因素，過(guò)程和運行信息可根據需要進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳遞，工作人員無(wú)需在高壓高溫的地方人工讀取數據。

　　艾默生智能無(wú)線(xiàn)方案采用自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，彌補了老式的，需要目視路徑的系統所存在的缺陷。比如，無(wú)線(xiàn)儀表可以任意分布在陸上油田，而采用傳統的有線(xiàn)儀表進(jìn)行數據采集難以實(shí)施，而且缺乏靈活性。自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )連續監測壓力、溫度、流量和振動(dòng)測量設備的數據傳輸，并自動(dòng)尋找信號到達網(wǎng)關(guān)的*通訊路徑，如果臨時(shí)出現某個(gè)障礙物擋住了通訊路徑，鄰近的無(wú)線(xiàn)儀表可作為路由器繼續傳遞信號。通過(guò)這種方法保持信號的連通，可使數據傳輸的可靠性達到99%以上。

　　這項技術(shù)是WirelessHART標準的根本，該標準獲得了200多個(gè)代表儀表廠(chǎng)商和用戶(hù)的HART通訊基金會(huì )成員的認可。目前已有相當數量的現場(chǎng)儀表、閥門(mén)和設備定位監測器、振動(dòng)數據變送器和智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)可以滿(mǎn)足這項標準，并已應用于石油工業(yè)。

　　成功項目

　　英國B(niǎo)P Wytch油田很早就開(kāi)始應用智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，這是歐洲zui大的海上作業(yè)油田之一?！榱颂岣吖ぷ魅藛T的效率，免除每天人工巡檢讀取井口儀表讀數的工作，BP公司安裝了40臺羅斯蒙特無(wú)線(xiàn)壓力變送器，每個(gè)井口2臺。智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)單獨安裝在過(guò)程區域以外，將無(wú)線(xiàn)變送器的信號傳遞到控制系統。新添加任何一臺無(wú)線(xiàn)儀表只需30分鐘即可運行，無(wú)線(xiàn)儀表可對油井進(jìn)行連續監測，發(fā)現壓力的異常情況。

　　BP公司的Chris Geen說(shuō)：“Wytch油田是BP公司用以證明自組織無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )是否適用的一個(gè)重要試點(diǎn)項目。隨著(zhù)這個(gè)項目的成功應用，BP還準備將智能無(wú)線(xiàn)方案應用于相類(lèi)似的海上平臺中。”

　　StatoilHydro公司在其Grane石油平臺上也采用了智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，用以對地處北海岸偏遠地區的井口和熱交換機進(jìn)行遠程監測。有些障礙物會(huì )阻擋目視通訊路徑，但對于自組織無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)這*不是問(wèn)題。

　　在這個(gè)案例中，井口安裝了22臺無(wú)線(xiàn)壓力變送器，用以測量環(huán)空壓力，另外12臺表監測進(jìn)口壓力和熱交換機的壓降。每臺變送器通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)將數據傳遞到控制室操作站。

　　在無(wú)線(xiàn)儀表的使用過(guò)程中，信號強度和一致性表現出色，數據可靠性和穩定性達到，大大減少了人工讀取儀表數據的工作量。同時(shí)也減少了工作人員暴露在危險場(chǎng)所的機會(huì )，石油平臺儀表主管Geir Leon Vadheim說(shuō)：“我們對智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的性能相當滿(mǎn)意，經(jīng)過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)短的培訓，我們的儀表工程師就能夠根據需要輕松地在任何地方安裝新的無(wú)線(xiàn)設備。”

　　委內瑞拉國家石油公司投資幾百萬(wàn)美元改造Morichal工廠(chǎng)的自動(dòng)化裝置，其中包括安裝無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，對180口油井進(jìn)行監測。該無(wú)線(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò )采用了600多臺無(wú)線(xiàn)變送器。無(wú)線(xiàn)方案不但節省成本，而且可提供可靠的壓力和溫度測量數據，如果采用有線(xiàn)方案會(huì )有接地問(wèn)題，而安裝在井口的電子驅動(dòng)設備會(huì )產(chǎn)生諧波影響有線(xiàn)儀表的精度。

　　有關(guān)無(wú)線(xiàn)方案在新建項目中的研究

　　近期的一些研究表明無(wú)論是在小型或大型新建項目中，當智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)占到整個(gè)項目I/O的25%到45%時(shí)，優(yōu)勢zui顯著(zhù)。此外無(wú)線(xiàn)技術(shù)可提高項目設計的靈活性，同時(shí)由于它的實(shí)施和安裝都很簡(jiǎn)單，因此還能縮短工期。研究結果顯示，新建項目的*實(shí)施方案是采取有線(xiàn)HART、現場(chǎng)總線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通訊相結合的方式。

　　無(wú)線(xiàn)方案用于新建海上人工作業(yè)平臺。根據艾默生針對一個(gè)4000I/O的海上平臺所做的一項調查證明，無(wú)線(xiàn)技術(shù)可廣泛應用于過(guò)程應用，并不僅僅局限于那些無(wú)法采用有線(xiàn)方案或實(shí)施有線(xiàn)方案代價(jià)過(guò)高的地方。研究證明單純的無(wú)線(xiàn)技術(shù)或無(wú)線(xiàn)與模擬有線(xiàn)技術(shù)結合都可在不增加風(fēng)險的同時(shí)實(shí)現成本的節?。ㄔ搱D所有權歸艾默生過(guò)程管理所有）

　　在項目安裝成本方面比較有線(xiàn)HART、現場(chǎng)總線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)設備的各種組合方案，我們發(fā)現相對于其它通訊技術(shù)無(wú)線(xiàn)方案的成本效率zui高。在上述石油平臺的研究中，大約17%的信號是通過(guò)無(wú)線(xiàn)設備進(jìn)行有效傳遞的，在過(guò)程控制系統中安裝無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )節省了7%（100萬(wàn)美元）的安裝費用，此外，還減少了800個(gè)有線(xiàn)接點(diǎn)，因此減輕了35噸的重量，并由于減少了線(xiàn)纜、線(xiàn)槽、接線(xiàn)盒和機柜，使占用甲板的空間減少了129立方米。

　　根據常規有線(xiàn)方案的接線(xiàn)長(cháng)度來(lái)進(jìn)行成本的推算，我們發(fā)現無(wú)論怎樣的距離，無(wú)線(xiàn)儀表都能節省費用，而且距離越長(cháng)，節省越多。研究小組據此制作出一個(gè)成本計算器，用以測算采用無(wú)線(xiàn)方案實(shí)現的項目費用節省。

　　無(wú)線(xiàn)技術(shù)用于新建過(guò)程工廠(chǎng)。一家獨立的咨詢(xún)公司對化工過(guò)程工廠(chǎng)進(jìn)行了調研，得出一致的結論：凡是新建項目，無(wú)論規模大小，采用智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)都能顯著(zhù)節省安裝成本，如果無(wú)線(xiàn)所占項目點(diǎn)數的比重為45%，那么其在工程、基建和開(kāi)車(chē)上的花費要比有線(xiàn)方案節省35%以上。