淺談在化工企業(yè)中自控儀表的設(shè)計(jì)及選型心得

何柳甘

摘要：化工生產(chǎn)中自控儀表發(fā)揮著越來越重要的作用，合理的儀表選型是自控設(shè)計(jì)選型的重中之重，按照“方案合理、技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、操作方便”的原則，選出各種自控檢測儀表。文章對(duì)在化工企業(yè)中自控儀表的設(shè)計(jì)及選型心得進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：化工企業(yè)；自控檢測儀表；設(shè)計(jì)選型；溫度儀表；壓力儀表；流量儀表 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TQ056 文章編號(hào)：1009-2374（2016）16-0066-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.032

在化工生產(chǎn)中，各種自動(dòng)控制儀表將測量到的溫度、壓力、流量、物位、組分分析等參數(shù)傳送到主控室，以便操作人員觀察、記錄、判斷后采取調(diào)節(jié)動(dòng)作。這些儀表如同操作工人的眼睛和手，特別是在易燃易爆、有毒有害的崗位替代工人操作、改善勞動(dòng)條件上發(fā)揮了重要的作用。

1 自控儀表的方案設(shè)計(jì)原則

自控設(shè)計(jì)的任務(wù)是為保證工藝生產(chǎn)正常運(yùn)行，降低原料、動(dòng)力消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善勞動(dòng)條件，對(duì)生產(chǎn)過程的主要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和控制。自控設(shè)計(jì)、選型決定于工藝生產(chǎn)過程的要求，并為工藝生產(chǎn)過程服務(wù)。因此筆者的體會(huì)是：自控方案設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“方案合理、技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、操作方便”的原則：（1）必須保證控制的可靠性，這是對(duì)自動(dòng)控制要求的核心；（2）根據(jù)工藝生產(chǎn)要求合理選擇控制系統(tǒng)。要求控制性能穩(wěn)定，控制精度高，在控制功能方面按不同需要實(shí)現(xiàn)多能化；（3）在考慮先進(jìn)性的同時(shí)，必須注意經(jīng)濟(jì)的合理性。防止片面追求儀表新型、儀表多和調(diào)節(jié)回路多，就是“高度自動(dòng)化”的錯(cuò)誤傾向；（4）在有高溫、高壓、高黏度以及有火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)的場合，在選擇儀表設(shè)備方面應(yīng)考慮生產(chǎn)的安全性。在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中對(duì)可能引起事故的關(guān)鍵變量，應(yīng)采用自動(dòng)聯(lián)鎖和報(bào)警措施。

2 各類檢測儀表的選型設(shè)計(jì)思路

自控儀表可以簡單地分為檢測儀表、顯示儀表、控制儀表、執(zhí)行器。檢測儀表最常見的主要是檢測溫度、壓力、流量、物位、組分分析這五大類參數(shù)的儀表。在選型的時(shí)候要注意結(jié)合工藝條件，看看工藝是希望達(dá)到什么精度、需要就地指示還是集中指示，再考慮選用性價(jià)比相對(duì)合適的儀表。下面就結(jié)合化工廠常用到的檢測儀表類型來展開筆者的選型思路。

2.1 溫度儀表

2.1.1 就地指示的溫度儀表有玻璃管溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)、壓力溫度計(jì)等。前者由于不耐震，僅用于測量精度較高、振動(dòng)較小、無機(jī)械損傷、觀察方便的特殊場合。生產(chǎn)現(xiàn)場多用雙金屬溫度計(jì)。選用雙金屬溫度計(jì)時(shí)注意量程要合理，正常生產(chǎn)時(shí)的溫度最好落在量程的一半左右，最高溫度不超過量程的90%為好；注意選擇保護(hù)管的材質(zhì)、插入長度和連接方式。

安裝在腐蝕介質(zhì)管道、設(shè)備上的最好選用和工藝管道、設(shè)備一致或高一個(gè)級(jí)別的材質(zhì)，插入長度一般應(yīng)以測量元件插至被測介質(zhì)溫度變化靈敏具有代表性的位置為原則，連接方式在腐蝕場合首選法蘭式連接方式。精度一般是1.5級(jí)或1級(jí)。

2.1.2 遠(yuǎn)傳的溫度計(jì)也是同樣道理，如根據(jù)溫度測量范圍，選用相應(yīng)分度號(hào)的熱電偶、熱電阻或熱敏電阻。熱電偶適用于一般場合，熱電阻適用于無振動(dòng)場合，熱敏電阻適用于要求測量反應(yīng)速度快的場合。距離控制室近的可以將溫度信號(hào)直接引入，距離遠(yuǎn)的推薦選用測量和變送一體化的溫度變送器，送出標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA電信號(hào)。

2.2 壓力儀表

2.2.1 就地指示壓力表可按照使用環(huán)境和測量介質(zhì)的性質(zhì)選擇。（1）惡劣的環(huán)境如腐蝕性較強(qiáng)、粉塵、潮濕等場合，可選用密閉式全塑壓力表；（2）一般腐蝕性介質(zhì)，可選用耐酸壓力表、氨壓力表或不銹鋼膜片壓力表；（3）具有強(qiáng)腐蝕性、含固體顆粒、黏稠液等介質(zhì)，可以選用膜片壓力表或隔膜壓力表。膜片或隔膜的材質(zhì)必須根據(jù)測量介質(zhì)的特性選擇。有些介質(zhì)如氣氨、液氨、氧氣、氫氣、氯氣、乙炔等可選用專用壓力表。

2.2.2 遠(yuǎn)傳壓力變送器：普通介質(zhì)選用一般的壓力變送器；易燃、易爆場合，應(yīng)選用氣動(dòng)變送器或防爆型電動(dòng)變送器；結(jié)晶、結(jié)疤、堵塞、黏稠及腐蝕性介質(zhì)可考慮選用法蘭式變送器，與介質(zhì)直接接觸的膜片，必須根據(jù)介質(zhì)的特性選擇；測量微小壓力（小于500Pa）時(shí)，可選用微差壓變送器；使用環(huán)境較好、測量精確度和可靠性要求不高的場合，也可以選用霍爾壓力變送器。

2.3 流量儀表

2.3.1 流量計(jì)的刻度、計(jì)量單位一開始就先要確定下來，儀表刻度應(yīng)符合儀表刻度的常規(guī)系列，當(dāng)計(jì)算刻度讀數(shù)不是整數(shù)時(shí)，可以圓整到最接近的序列數(shù)。（1）方根刻度范圍：最大流量不超過滿刻度的95%，正常流量為滿刻度的70%～85%，最小流量不小于滿刻度的30%；（2）線性刻度范圍：最大流量不超過滿刻度的90%，正常流量為滿刻度的50%～70%，最小流量不小于滿刻度

的10%。

2.3.2 流體、液體、蒸汽流量測量儀表一般選用差壓式流量計(jì)，常配以標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置、均速管等，在溫度、壓力波動(dòng)較大的情況下，還需要考慮溫度或溫度壓力補(bǔ)償，比如蒸汽流量測量時(shí)常要溫壓補(bǔ)償。也可以視工藝對(duì)精度的不同要求選用渦街流量計(jì)、旋渦流量計(jì)、金屬管流量計(jì)、水表等。

2.3.3 腐蝕、導(dǎo)電或均勻的液固兩相介質(zhì)流量測量常選用電磁流量計(jì)，選型時(shí)注意介質(zhì)的電導(dǎo)率。

2.4 物位儀表

對(duì)液面的連續(xù)測量，一般選用差壓式儀表、浮筒式儀表和浮子式儀表。差壓式的還要注意其遷移量的計(jì)算。大型的塔罐如果不方便安裝差壓式變送器的還可以考慮用超聲波液位計(jì)或者采取頂?shù)追謩e裝壓力變送器，根據(jù)計(jì)算壓差得出對(duì)應(yīng)的液位。注意：在易燃易爆的場合要選用防爆式的儀表型式；對(duì)腐蝕性的介質(zhì)，其測量接觸面也要注意材質(zhì)的選擇。

2.5 分析儀表

國產(chǎn)和進(jìn)口的分析儀表價(jià)格差別較大，主要是根據(jù)工藝專業(yè)對(duì)組分分析的精度要求，選用相應(yīng)的廠家儀表，用于控制系統(tǒng)的分析儀表，其線性范圍和響應(yīng)時(shí)間須滿足控制系統(tǒng)的要求。對(duì)單一組分和混合組分的分析表，要注意取樣和預(yù)處理裝置的要求。鑒于大多數(shù)分析儀都是成套供應(yīng)的，限于篇幅就不細(xì)說了。

3 選型設(shè)計(jì)中要注意控制好質(zhì)量、投資、進(jìn)度三者之間的關(guān)系

任何項(xiàng)目都有質(zhì)量、投資、進(jìn)度這三個(gè)方面的管理要求，三者是既對(duì)立又統(tǒng)一的關(guān)系，合理處理好三者間的關(guān)系，使我們選用的儀表性價(jià)比達(dá)到最滿意的程度。

3.1 質(zhì)量管理

工程設(shè)計(jì)質(zhì)量是決定工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。安全第一要靠好質(zhì)量的儀表來保證。選型時(shí)一定要選用成熟、穩(wěn)定可靠的儀表產(chǎn)品，保證能夠安全順利地運(yùn)行下去，還要注意整個(gè)項(xiàng)目中儀表的一致性、互換性，就可以減少備品備件的貯備數(shù)量。

3.2 投資管理

在施工圖設(shè)計(jì)階段，影響項(xiàng)目投資的可能性為5%～35%。在項(xiàng)目做出投資決策后，控制項(xiàng)目投資的關(guān)鍵就在于設(shè)計(jì)。儀表選型設(shè)計(jì)時(shí)在考慮質(zhì)量的同時(shí)還要兼顧到儀表的合理投資情況，比如簡單觀測類的儀表可以考慮選用國內(nèi)成熟的儀表，而需要精確計(jì)量、精確分析成分、精確調(diào)節(jié)的參數(shù)可以按照國內(nèi)→合資→進(jìn)口廠家的順序來考慮選用。不能一概迷信國外產(chǎn)品或最新產(chǎn)品，造成儀表成本過高，也不要為了降低投資而選用一些太低價(jià)的儀表，這可能會(huì)造成故障率高、更換頻繁，維護(hù)成本過高。這兩種做法都是不可取的。

3.3 進(jìn)度管理

影響進(jìn)度的因素有很多，有人為因素、技術(shù)因素、某些儀表制造周期長等。在設(shè)計(jì)選型的時(shí)候可以合理安排工作內(nèi)容，確定選型順序來進(jìn)行主動(dòng)的設(shè)計(jì)進(jìn)度控制。比如提前熟悉工藝流程、心中有個(gè)全局觀，了解土建施工進(jìn)度，先把安裝時(shí)要用到的預(yù)埋件、預(yù)埋孔的儀表定下型號(hào)，并將條件及時(shí)提交給土建施工，制造周期長的儀表如特殊的閥門、成分分析儀等儀表先設(shè)計(jì)選型，以便先行訂貨。這樣就可以把不利因素的影響降到最低，從而提高進(jìn)度，使工程項(xiàng)目能夠盡快完工，及早發(fā)揮投資效益。

4 結(jié)語

儀表的更新?lián)Q代很快，每個(gè)人都要不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)，掌握最新儀表動(dòng)態(tài)，跟上科技發(fā)展的步伐，靈活地進(jìn)行設(shè)計(jì)、選型，同時(shí)注意從全方位和長遠(yuǎn)的角度，如從質(zhì)量、投資、進(jìn)度、后續(xù)運(yùn)行、維護(hù)成本等方面來考慮問題，做出合理的選型設(shè)計(jì)。

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