化工儀表自動化及在生產(chǎn)中的應用

林曉（海南省洋浦技工學校，海南 儋州 578101）

化工儀表自動化及在生產(chǎn)中的應用

林曉（海南省洋浦技工學校，海南 儋州 578101）

隨著科學技術的發(fā)展，自動控制技術的應用越來越廣泛，為化工自動化生產(chǎn)提供了更大的便利，化工儀表是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的前提，如何把化工儀表自動化的技術應用好是重要的研究內(nèi)容之一。本文就自動化控制原理及化工儀表在自動化中的作用進行分析，并通過化工生產(chǎn)設備精餾塔的自動控制來詳述化工儀表實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的過程，以體現(xiàn)出儀表自動化控制對石化生產(chǎn)帶來的便利以及高效率。

化工；儀表；自動化；控制；精餾塔

1 化工自動化的控制原理

1.1 概念

所謂自動化，就是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置使機器、設備或生產(chǎn)過

程自動的按照給定的規(guī)律運行，使被控對象的一個或幾個物理量按照預定的要求變化。

1.2 控制原理及組成

自動控制的原理是在參照了人工調(diào)節(jié)的基礎上產(chǎn)生和發(fā)展起來的，其控制理念仿照了人工操作控制的全過程。比如對保持某儲罐一定的液位值進行調(diào)節(jié)和控制，人工調(diào)節(jié)的操作方法是：用眼睛觀察液位，在大腦中將觀察到的液位值與工藝要求的液位值進行比較，當指示值偏大，則用手將儲罐出口閥門開大；當指示值偏小，則用手將儲罐出口閥門開小，最終確保液位值在所要求的高度?？梢?，人工調(diào)節(jié)過程是通過眼睛觀察，大腦分析判斷，手進行操作的過程，如果用自動化的裝置代替人的眼、腦和手去調(diào)節(jié)，就形成了自動控制系統(tǒng)。一個簡單的控制系統(tǒng)必然包括被控制對象、檢測變送環(huán)節(jié)、控制器、執(zhí)行器等四個部分組成。

2 化工儀表與自動化

化工儀表是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的前提和基礎，是組成自動控制系統(tǒng)各部分的具體體現(xiàn)。根據(jù)自動化系統(tǒng)的組成，可把化工儀表分成幾類：測量變送儀表、控制儀表、執(zhí)行儀表、顯示報警儀表等。

2.1 測量變送儀表

其包括測量元件和變送元件，是自動控制系統(tǒng)中的檢測變送環(huán)節(jié)，測量儀表是自動化系統(tǒng)

中的重要組成部分，系統(tǒng)的控制精度首先取決于測量儀表的檢測精度。主要檢測的工藝參數(shù)有：壓力、流量、溫度、液位等。根據(jù)測量儀表所測量的內(nèi)容，測量儀表可分為：壓力測量變送儀表、流量測量變送儀表、溫度測量變送儀表、液位測量變送儀表等。隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了以檢測產(chǎn)品物性和成分為主要檢測內(nèi)容的儀表，從而實現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的直接控制。

2.2 控制儀表

是自動控制系統(tǒng)中的控制器，控制儀表是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的核心裝置。檢測儀表將所測量的被

控參數(shù)轉換成電流或電壓信號送往控制器，控制器將測量信號與給定信號進行比較產(chǎn)生偏差，并按照一定的調(diào)節(jié)規(guī)律去控制執(zhí)行器，最終使得被控參數(shù)保持在預設的要求內(nèi)。自動化控制生產(chǎn)中常用的控制器為DDZ-Ⅲ型控制器，該控制器品種很多，有基型控制器，有與計算機控制聯(lián)用的控制器，還有為滿足各種復雜要求的特種控制器。控制器的輸入和輸出電信號為1～5V和4～20mA。其中4～20mA的輸出信號可通過250Ω精密電阻轉換成1～5V的電壓信號。目前控制器廣泛應用的調(diào)節(jié)規(guī)律是PID調(diào)節(jié)，控制器的控制精密度主要看PID參數(shù)選擇合理性，PID參數(shù)的整定要通過專業(yè)技術人員的整定和優(yōu)化后才能投入使用。控制器必須要具備手自動切換功能，在控制系統(tǒng)投入運行時，要先進行手動輸入改變調(diào)節(jié)器的輸出，待系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)后再改為自動運行狀態(tài)，當自動控制狀態(tài)出現(xiàn)狀況時，必須要切換到手動狀態(tài)以防止系統(tǒng)失控。

2.3 執(zhí)行儀表

是自動控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器，主要接受控制器送來的控制信號，去改變生產(chǎn)工藝中管道的物料流量，使生產(chǎn)過程按預定的要求正常進行。執(zhí)行器可分為電動、氣動和液動三類。工藝選擇可根據(jù)控制要求來選擇不同類型的調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行器，其中最常用的執(zhí)行器為氣動調(diào)節(jié)閥。

2.4 顯示報警儀表

即信號聯(lián)鎖自動保護系統(tǒng)，是生產(chǎn)過程中的一種安全裝置。其雖然不是自動化控制系統(tǒng)的

組成部分，但是在生產(chǎn)控制中也是必不可少的部分，該系統(tǒng)的信號源也是通過各種測量儀表獲得。當信號識別部件接收到測量儀表發(fā)送來的工藝參數(shù)后，就會與設定值比較進行判斷，一旦接收到的信號源與設定值發(fā)生偏差，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)即刻給出告警和切斷信號，以保護裝置的安全。

3 化工儀表自動化在精餾塔的控制操作中的應用

3.1 精餾塔的認識

精餾塔主要是一個分離混合液體的設備，它廣泛應用在石油化工生產(chǎn)中；精餾塔的工作原理就是利用混合液體不同組份的沸點不同，通過反復的部分汽化與部分冷凝，將混合液中不同組分達到分離的目的。

3.2 精餾塔在某石化生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)控制要求

在某化工企業(yè)里，精餾塔主要用來提純符合要求的溶劑供生產(chǎn)使用。在對精餾塔的控制操作中，首先要確定控制目標：產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量、能量消耗等。其中質(zhì)量指標是必要條件，在質(zhì)量指標一定的條件下，應使產(chǎn)品的產(chǎn)量盡可能提高，同時能量消耗盡可能最低。第二要清楚造成精餾塔擾動的因素：進料的提量和降量操作；溫度的影響；塔壓的波動。

3.3 精餾塔的自動控制回路

根據(jù)生產(chǎn)要求，在精餾塔105℃的溫度點處側采出的溶劑成分為生產(chǎn)所需溶劑。

所以在對該精餾塔的自動控制操作中，主要以溫度控制為主，保證側線產(chǎn)品

采出處溫度為105℃。經(jīng)過對塔的控制要求及引起塔的擾動的

分析?？梢苑譃?個控制回路(如圖1所示)。

（1）塔釜液位控制

（2）塔釜進料量控制

（3）塔頂采出量控制

（4）塔頂回流量控制

（5）塔側線采出量控制

圖1

在上述的控制方案中，5個控制回路在塔生產(chǎn)未達到平穩(wěn)前，控制器都應該改為手動狀態(tài)，通過手動輸入改變調(diào)節(jié)器的輸出，直到各指標平穩(wěn)后，控制器才能改為自動狀態(tài)。根據(jù)生產(chǎn)需要，對精餾塔經(jīng)常要做提量和降量的操作，該操作是造成精餾塔不能平穩(wěn)生產(chǎn)的最大干擾，對5個控制回路的操作步驟一般是：在提量和降量前，5個控制回路要改成手動控制狀態(tài)，然后手動給信號調(diào)節(jié)進料閥的開度，增量或降量，同時相應調(diào)節(jié)蒸汽閥開度，升溫升壓或降溫降壓，對溶劑各組份進行分離生產(chǎn)，待到塔壓、塔溫、塔液位慢慢穩(wěn)定后逐步調(diào)節(jié)塔頂采出閥和塔頂回流閥，再等待塔壓、塔溫、塔液位恢復穩(wěn)定，便可以逐漸調(diào)節(jié)側采合格溶劑閥門，繼續(xù)等待塔壓、塔溫、塔液位恢復穩(wěn)定。依次反復手動操作，直到進料量調(diào)節(jié)到了生產(chǎn)需求，塔壓、塔溫、塔液位都處于穩(wěn)定狀態(tài)，便可以逐一對5個控制回路的控制器投自動控制狀態(tài)。

4 結語

化工儀表自動化技術的應用，極大的提高了現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)控制水平，但是按照目前自動化控制在化工企業(yè)生產(chǎn)的應用上，還具有很大的技術上升空間，仍需要繼續(xù)努力提升化工儀表自動化控制技術在化工生產(chǎn)中的的應用能力。

[1]樂建波.化工儀表及自動化（第三版）北京：化學工業(yè)出版社，2010

[2]潘永湘.過程控制與自動化儀表（第二版）北京：機械工業(yè)出版社，2007

[3]黃永杰.精餾塔自動控系統(tǒng)設計化工技術與開發(fā)，2012年1月