探討石油化工自動(dòng)化儀表技術(shù)的應(yīng)用

【摘要】石油化工工業(yè)是一個(gè)國(guó)家的基礎(chǔ)能源工業(yè)，自動(dòng)化儀表技術(shù)與石化企業(yè)相結(jié)合，在增加石化企業(yè)效益、進(jìn)而提升石化企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力中發(fā)揮了巨大的作用。隨著石化企業(yè)技術(shù)的成熟、對(duì)生產(chǎn)過程連續(xù)性要求的提高，對(duì)自動(dòng)化儀表提出了新的要求。將新技術(shù)、新方法引入石化企業(yè)對(duì)于我國(guó)石化行業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】石油化工；自動(dòng)化儀表；控制

前言

石油是全世界需求量最大的能源，也是我國(guó)重要的基礎(chǔ)能源。把先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)與石油化工行業(yè)相結(jié)合，對(duì)于提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的意義。使用自動(dòng)化儀表是一種重要的提升方法。二十世紀(jì)四十年代石油化工企業(yè)開始使用自動(dòng)化儀表，那時(shí)的儀表自動(dòng)化僅是一種機(jī)械的自動(dòng)化，完全達(dá)不到自動(dòng)控制的要求。儀表技術(shù)含量低，體積大。經(jīng)過而后的發(fā)展，特別是第三次科技革命的到來，微型和小型計(jì)算機(jī)技術(shù)在石油化工行業(yè)的應(yīng)用，使自動(dòng)化儀表水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍，表現(xiàn)在儀表體積縮小，精度提高，人員干預(yù)程度降低。通過計(jì)算機(jī)與DCS的結(jié)合，多變量控制、智能控制和技術(shù)控制的實(shí)現(xiàn)[1]，石化企業(yè)的自動(dòng)化程度得到了很大的提高。筆者根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)石油化工自動(dòng)化儀表技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行淺析。

1.執(zhí)行檢測(cè)類儀表

在執(zhí)行檢測(cè)類儀表中有溫度儀表、壓力儀表、物位儀表、流量?jī)x表、等，本文選擇物位儀表和流量?jī)x表這兩種具有代表性的儀表的發(fā)展和應(yīng)用探討石油化工自動(dòng)化儀表技術(shù)的應(yīng)用。

1.1物位儀表。物位儀表根據(jù)裝載物料的不同分為料位計(jì)和液位計(jì)，若是兩相物資則為相位計(jì)。目前電子型物位儀表超過了機(jī)械式物位，電子型中以非接觸式物位儀表（TOF）發(fā)展最快、應(yīng)用最廣。TOF是通過向物料發(fā)射某種能量波，能量波遇到物料后反射并被接收，根據(jù)時(shí)間差計(jì)算物位。除了非接觸式還有接觸式，在容器內(nèi)從罐頂?shù)焦薜装惭b一根導(dǎo)波桿，微波從上向下傳播，遇到物料介電常數(shù)會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)波的行程測(cè)出物位，微波主要是脈沖波。在石油化工廠內(nèi)具有較多的反應(yīng)容器、儲(chǔ)罐等物料裝填場(chǎng)合，需要對(duì)物料液位進(jìn)行測(cè)量以便控制反應(yīng)的速度和儲(chǔ)存的安全。例如在延遲焦化工藝中，需要對(duì)塔內(nèi)焦化產(chǎn)品測(cè)量物位，所采用的測(cè)量方法是利用放射性同位素發(fā)射的放射性射線，對(duì)射線的發(fā)射時(shí)間進(jìn)行測(cè)量得出行程。而對(duì)儲(chǔ)油罐的測(cè)量則采用傳統(tǒng)的浮力式和電容式。較為先進(jìn)的超聲波式、激光式和微波式，因其測(cè)量精度高、反應(yīng)迅速也在石化企業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。新型探測(cè)方法磁致伸縮式[2]因其精度高、可靠性強(qiáng)也在得到普及。石化企業(yè)內(nèi)物位儀表并非單獨(dú)使用，它們與閥門配合，當(dāng)物位超出設(shè)定值，閥門開啟或關(guān)閉，以保證安全的物位高度。

1.2流量?jī)x表。石油化工企業(yè)另一個(gè)得到了大范圍的應(yīng)用的儀表是流量計(jì)，用來測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)流過管道的流體的體積。流量計(jì)伴隨著石油的開采、運(yùn)輸、冶煉加工直至最后貿(mào)易。石化企業(yè)內(nèi)要求流量計(jì)能測(cè)量大口徑流量或微小流量；脈動(dòng)流，高溫介質(zhì)，低溫介質(zhì)或多相流介質(zhì)；高粘性、強(qiáng)腐蝕流。流量計(jì)根據(jù)測(cè)量介質(zhì)的不同分為氣體和液體流量計(jì)。流量計(jì)主要應(yīng)用于設(shè)備的進(jìn)出口，大多數(shù)流量計(jì)與閥門相連，可自動(dòng)使流量保持在一定范圍內(nèi)。先進(jìn)的流量計(jì)有電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)。超聲波流量計(jì)可用來測(cè)量大管徑、腐蝕性、不宜接觸的流體，不會(huì)造成壓力損失，缺點(diǎn)是不能測(cè)量脈動(dòng)流，抗干擾能力差，精度不高，重復(fù)性差。電磁流量計(jì)只能測(cè)量導(dǎo)電的流體，由于流體的電阻隨溫度變化，溫度需保持恒定，要求流體純凈、無雜質(zhì)?；て髽I(yè)對(duì)流量計(jì)的選擇是根據(jù)儀表的性能、流體的特性、安裝條件、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)因素等方面綜合考慮。例如常減壓裝置安裝的流量計(jì)要能抗高溫、耐腐蝕。在天然氣輸送中采用的是靶式流量計(jì)和彎管流量計(jì)。流量計(jì)的自動(dòng)化表現(xiàn)在流量計(jì)可根據(jù)生產(chǎn)的需要自動(dòng)調(diào)節(jié)流量的大小，流量計(jì)之間相互關(guān)聯(lián)、相互影響，可設(shè)置流量計(jì)傳送的流量，當(dāng)達(dá)到規(guī)定值后自行關(guān)閉閥門。這些自動(dòng)化措施大大提高了石化企業(yè)的生產(chǎn)安全，減輕了人員的勞動(dòng)量。隨著技術(shù)的發(fā)展，流量計(jì)日益自動(dòng)化、小型化和精密化。

1.3分析儀器。生產(chǎn)過程中，只有把各種參數(shù)都控制在合理范圍內(nèi)，才能保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量?，F(xiàn)代的生產(chǎn)是在中間各個(gè)過程保證物料的合格，需要對(duì)中間過程的物料進(jìn)行分析，同時(shí)廠區(qū)排放的廢棄物也要進(jìn)行檢測(cè)和分析以利于環(huán)境保護(hù)。氣相色譜、液相色譜、電鏡、核磁、質(zhì)譜等分析儀器技術(shù)含量高，檢測(cè)方便。近紅外在線分析可以在幾分鐘內(nèi)測(cè)定汽油、柴油的各種物理化學(xué)性質(zhì)，比傳統(tǒng)的烴烷測(cè)定方法更加節(jié)省成本。

1.4執(zhí)行器?？刂剖业玫礁魈幍奈镄詤?shù)，需要對(duì)其進(jìn)行控制，這就需要用到執(zhí)行器。執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。應(yīng)用較多的是氣動(dòng)執(zhí)行器，還有少數(shù)液動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、自力式調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)活塞機(jī)構(gòu)。石化設(shè)備中對(duì)溫度、壓力流量的控制大部分通過控制閥門的開閉程度進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中具有重要的作用。調(diào)節(jié)閥分為1級(jí)閥和2級(jí)閥。1級(jí)閥的損壞會(huì)造成一千萬美元的不可避免的損失，二級(jí)閥會(huì)造成十萬美元的損失。目前，調(diào)節(jié)閥的通用化、組合化、多功能化正日益受到重視。

2.控制策略

自動(dòng)化儀表的應(yīng)用離不開控制，有以下幾個(gè)方面：

2.1常規(guī)控制。透過控制的發(fā)展趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，石化工業(yè)自動(dòng)化的基本控制策略仍未變，應(yīng)用較多的是連續(xù)控制，同時(shí)伴有批量控制和順序控制。PID調(diào)節(jié)的控制算法變化不大，功能塊之間多以多重串聯(lián)和并聯(lián)連接為主要連接方式，采用Knao How應(yīng)用模塊[3]，它能滿足復(fù)雜參數(shù)計(jì)算、綜合指標(biāo)的顯示，應(yīng)對(duì)多種物料、參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)裝置的穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行。

2.2自適應(yīng)控制。智能調(diào)節(jié)器根據(jù)具體的工作環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)器的性能，生成的反饋信息被系統(tǒng)接收后，系統(tǒng)按照設(shè)定的程序進(jìn)行工作。先進(jìn)的自適應(yīng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的自適應(yīng)系統(tǒng)相比，具有自整定和模型參考，具有辨識(shí)過程的獨(dú)特性，在辨識(shí)的過程中可以保持信號(hào)的平穩(wěn)運(yùn)行，目前已經(jīng)廣泛的運(yùn)用到了我國(guó)石油化工過程的不同部門。

2.3最優(yōu)控制。最優(yōu)控制目標(biāo)是使控制系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)化。它在很大程度上解放了人力，同時(shí)使得系統(tǒng)的控制比人的操作具有更大的效益。最優(yōu)控制實(shí)現(xiàn)了各個(gè)操作過程的優(yōu)化，產(chǎn)生了一加一大于二的效應(yīng)。最優(yōu)控制給生產(chǎn)提供了一個(gè)穩(wěn)定的大環(huán)境，他成功的解決了人工控制的各種弊端，逐漸實(shí)現(xiàn)效益的最大化、管理的有效化。在石油化工產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大。

結(jié)語

科技日新月異，石油化工自動(dòng)化儀表也在進(jìn)行著深刻的理論和技術(shù)革命。世界范圍內(nèi)，先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于提高石油化工企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力具有巨大的推動(dòng)力[4]。我國(guó)石油化工自動(dòng)化儀表技術(shù)相對(duì)于世界先進(jìn)水平還有一定的差距，要理性引進(jìn)，更加注重吸收，注重創(chuàng)新，加大科技投入，在這些措施的基礎(chǔ)上我國(guó)石油化工自動(dòng)化儀表將邁上新的臺(tái)階，得到更大的提升。

參考文獻(xiàn)

[1]賈苑.淺析石油化工自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2007（09）

[2]張文全.試述石油化工自動(dòng)化儀表技術(shù)的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2013（11）

[3]常蘋莉.自動(dòng)化儀表在石油化工發(fā)展中的應(yīng)用[J].科技專論，2012（08）

[4]陳軍，劉國(guó)明.石油化工自動(dòng)化儀表的淺析[J].化學(xué)工程與裝備，2010（4）

作者簡(jiǎn)介

姓名：黃波，性別：男，出生年月：1979年2月，單位：巴陵石化有限責(zé)任公司。