化工工業(yè)儀表自動(dòng)化過程中儀表的選擇

王海波(中國(guó)石油玉門油田分公司煉化總廠儀表車間，甘肅 玉門 735200)

0 引言

化工生產(chǎn)中使用自動(dòng)化儀表，利用自動(dòng)化儀表監(jiān)測(cè)、記錄以及顯示相關(guān)的工藝參數(shù)，技術(shù)人員根據(jù)工藝參數(shù)，可以掌握化工生產(chǎn)的整個(gè)過程，如果化工設(shè)備在生產(chǎn)中出現(xiàn)問題，儀表會(huì)自動(dòng)向技術(shù)人員發(fā)出警報(bào)，技術(shù)人員根據(jù)警報(bào)內(nèi)容實(shí)施解決措施，從而保證化工設(shè)備處于安全穩(wěn)定的生產(chǎn)狀態(tài)。此外選擇合適的自動(dòng)化儀表，可以進(jìn)一步提升化工產(chǎn)品的質(zhì)量，有效降低生產(chǎn)成本。

1 工業(yè)儀表自動(dòng)化的概述

1.1 工業(yè)儀表自動(dòng)化的內(nèi)涵

我國(guó)工業(yè)企業(yè)在發(fā)展過程中，十分重視儀表在化工生產(chǎn)中的作用，要求化工生產(chǎn)中使用的設(shè)備，應(yīng)具備監(jiān)測(cè)、顯示以及報(bào)警等自動(dòng)化功能，借助儀表構(gòu)建自動(dòng)化生產(chǎn)管理體系，在自動(dòng)化生產(chǎn)狀態(tài)下，可以提升企業(yè)的生產(chǎn)效率，有效消除化工生產(chǎn)中產(chǎn)生的安全隱患，有效避免安全事故。此外儀表具備自動(dòng)化功能，可以完成自我檢測(cè)，及時(shí)解決儀表存在的質(zhì)量問題，延長(zhǎng)使用壽命，進(jìn)一步控制企業(yè)的生產(chǎn)成本。

1.2 工業(yè)儀表自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)

工業(yè)生產(chǎn)中使用自動(dòng)化儀表，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：(1)儀表可以自動(dòng)存儲(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，化工設(shè)備在運(yùn)行過程中，出現(xiàn)的任何數(shù)據(jù)，均會(huì)被儀表自動(dòng)記錄，為工作人員調(diào)試、檢修等工作提供參考依據(jù)；(2)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，化工設(shè)備在生產(chǎn)時(shí)，如果出現(xiàn)異常情況，自動(dòng)化儀表會(huì)及時(shí)向工作人員發(fā)出預(yù)警；(3)自動(dòng)計(jì)算，自動(dòng)化儀表會(huì)計(jì)算和處理生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)符合設(shè)備的生產(chǎn)需求，保證設(shè)備正常的運(yùn)行；(4)可視化編程，工作人員根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況，通過自動(dòng)化儀表進(jìn)行編程，使設(shè)備按照編程要求自行運(yùn)行，在運(yùn)行中可以完成生產(chǎn)任務(wù)。

2 工業(yè)自動(dòng)化儀表的種類

2.1 分類原理

現(xiàn)階段工業(yè)自動(dòng)化儀表的分類原理主要包括以下幾種，分別為力平衡原理、力矩平衡原理以及電平衡原理、上述原理基于平衡原理。根據(jù)平衡原理對(duì)儀表進(jìn)行分類，可以使儀表具備一定的傳感功能，利用傳感功能測(cè)量設(shè)備的溫度、壓力以及流量等參數(shù)，并放大上述參數(shù)，分別傳輸至顯示部件和反饋部件，使儀表處于平衡狀態(tài)。

根據(jù)分類原理，工業(yè)儀表分為兩類：一類是測(cè)量?jī)x表，另一類是功能儀表。測(cè)量?jī)x表種類較為豐富，包括溫度測(cè)量、壓力測(cè)量、流量測(cè)量以及機(jī)械量測(cè)量等，功能儀表包括檢測(cè)儀表、顯示儀表以及調(diào)節(jié)儀表。功能儀表中的檢測(cè)儀表檢測(cè)內(nèi)容分別為溫度、壓力、物位以及機(jī)械量，并且檢測(cè)儀表具備記錄和調(diào)節(jié)功能。顯示儀表作為觀察儀表，向工作人員顯示輸出信號(hào)，并且顯示儀表會(huì)與其他儀表配合使用，包括變送器和傳感器等，用于顯示模擬狀態(tài)下，設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)字和字符圖像等。調(diào)節(jié)儀表用于調(diào)節(jié)設(shè)備生產(chǎn)參數(shù)，將設(shè)定好的參數(shù)，按照規(guī)律傳輸至執(zhí)行器，由執(zhí)行器下達(dá)操作命令，使設(shè)備自行生產(chǎn)。

2.2 流量?jī)x表

在化工工業(yè)生產(chǎn)過程中，會(huì)廣泛使用流量?jī)x表，用于測(cè)量液體流量，通過測(cè)量流量可以控制液體的速度、溫度等，使生產(chǎn)處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)。流量?jī)x表一般分為以下幾種：(1)容積式流量?jī)x表，該用于測(cè)量液體的體積；(2)差壓式流量?jī)x表，用于調(diào)節(jié)管道中節(jié)流裝置的壓力，一般測(cè)量?jī)纱胃袘?yīng)壓力，并計(jì)算壓力產(chǎn)生的流量；(3)速度式流量?jī)x表，用于計(jì)算渦輪旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的液體流量。在計(jì)算過程中，要求渦輪的橫截面保持不變，使流速與液體流量保持正比關(guān)系，然后根據(jù)液體的粘稠度，可以計(jì)算出液體流動(dòng)速度和容量。

2.3 壓力儀表

壓力儀表用于測(cè)量設(shè)備在生產(chǎn)狀態(tài)下產(chǎn)生的壓力，選擇性能良好的壓力儀表，可以準(zhǔn)確測(cè)量設(shè)備的壓力，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的問題，避免設(shè)備出現(xiàn)故障。壓力儀表種類較多，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的不同選擇壓力儀表。例如，在測(cè)量粘稠度較高的介質(zhì)時(shí)，應(yīng)選用隔膜式壓力儀表，如果測(cè)量顆粒介質(zhì)時(shí)，應(yīng)選用法蘭膜壓力儀表。此外在不同的生產(chǎn)環(huán)境中，如在振動(dòng)較為嚴(yán)重的環(huán)境中，應(yīng)選用數(shù)字壓力儀表。壓力儀表在測(cè)量時(shí)，一般測(cè)量液體和氣體產(chǎn)生的壓力值，并且配合使用壓力校驗(yàn)儀器，包括彈性式、液柱式以及活塞式，可以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。此外在壓力儀表中，會(huì)配置壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)將產(chǎn)生的壓力信號(hào)傳輸至DCS設(shè)備，通過DCS設(shè)備測(cè)量壓力，同時(shí)控制設(shè)備的實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)。

2.4 液位與距離等測(cè)量?jī)x表

測(cè)量液體的液位和液面，會(huì)使用到液位測(cè)量?jī)x表，選擇液位測(cè)量?jī)x表時(shí)，主要考慮測(cè)量液體的形狀、液體的溫度、壓力等參數(shù)。以介質(zhì)具有較高的粘性為例，一般選用玻璃板液位測(cè)量?jī)x表，如果介質(zhì)具有較強(qiáng)的流動(dòng)性，采用浮球液位測(cè)量?jī)x表。此外化工企業(yè)在測(cè)量液位過程中，會(huì)采用不同的測(cè)量方式，包括浮力式、雷達(dá)式以及差壓式。

2.5 溫度儀表

溫度儀表用于測(cè)量物體的溫度，一般分為高溫溫度儀表和普通溫度儀表，根據(jù)物體溫度判斷生產(chǎn)情況，并參考數(shù)據(jù)將物體生產(chǎn)過程時(shí)的溫度控制在合理的范圍內(nèi)。使用高溫溫度儀表，主要測(cè)量超過600℃的物體溫度，普通溫度儀表測(cè)量600℃溫度以下的物體溫度。溫度儀表按照使用方式分為兩種，為接觸式溫度儀表和非接觸式溫度儀表。此外按照測(cè)量用途和精度可分為普通溫度儀表、高精度溫度儀表兩種。不同的溫度儀表會(huì)使用在不同的生產(chǎn)領(lǐng)域，例如在石油化工領(lǐng)域，為獲得較高的測(cè)量精度，會(huì)使用普通溫度儀表。

2.6 物位儀表

物位儀表一般測(cè)量物體的多種參數(shù)，包括液位、固體堆積高度以及液相固相界面位置等?，F(xiàn)階段物位儀表采用兩種測(cè)量方式，分別為連續(xù)測(cè)量和間斷測(cè)量，物位儀表分為兩大類，分別為連續(xù)式物位儀表和限位式物位儀表。連續(xù)式物位儀表種類較多，包括直讀式液位計(jì)、電容式液位計(jì)、浮力式液位計(jì)、激光式液位計(jì)以及差壓式液位計(jì)。對(duì)限位式物位測(cè)量?jī)x表種類進(jìn)行細(xì)分，可以分為電容/極式液位開關(guān)、旋葉式物位開關(guān)等。

2.7 氣體分析儀表

氣體分析儀表用于測(cè)量氣體成分，氣體分析儀表種類較多，包括氣相色譜分析儀、熱島式分析儀、電化學(xué)分析儀、紫外線分析儀以及光電檢測(cè)氣體分析儀。

2.8 液體分析儀表

液體分析儀表用于分析液體成分，根據(jù)液體成分不同，液體分析儀表種類較為豐富，包括紅外吸收光譜分析儀、水質(zhì)分析儀、電化學(xué)式分析儀、餾程分析儀、溶解氧分析儀、紫外可見光分析儀、黏度/密度計(jì)以及濃度/濁度儀。

2.9 在線過程分析儀

在化工生產(chǎn)過程中，控制和分析化工生產(chǎn)過程，使控制和分析體現(xiàn)出自動(dòng)化特點(diǎn)，需要在生產(chǎn)設(shè)備上安裝在線過程分析儀，并且配合使用精密分析儀器，包括氣相色譜儀、液相色譜儀以及質(zhì)譜儀等?；ぴO(shè)備進(jìn)入到實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)，根據(jù)化工生產(chǎn)的某項(xiàng)數(shù)據(jù)，選用功能單一的分析儀器可進(jìn)行測(cè)量和檢驗(yàn)，或者為提高監(jiān)測(cè)效率，采用綜合性分析儀。例如對(duì)多項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，采用綜合性分析儀，可以獲得綜合性測(cè)量數(shù)據(jù)。如果選用綜合性分析儀，會(huì)提升使用和運(yùn)維成本，化工企業(yè)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選用合適的在線過程分析儀。

選擇在線過程分析儀時(shí)，應(yīng)按照以下流程進(jìn)行：(1)工作人員應(yīng)掌握工業(yè)生產(chǎn)流程，包括使用的生產(chǎn)工藝、介質(zhì)以及各項(xiàng)參數(shù)，如溫度、濕度以及壓力等；(2)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行考察，根據(jù)生產(chǎn)需求，將在線過程分析儀安裝在合適的位置；(3)做好在線過程分析儀的檢測(cè)和保養(yǎng)工作，可以有效延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，避免設(shè)備的測(cè)量精度出現(xiàn)問題，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，使生產(chǎn)過程處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.10 現(xiàn)場(chǎng)控制儀表

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安裝控制儀器，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的每個(gè)環(huán)節(jié)做好監(jiān)測(cè)工作，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括生產(chǎn)參數(shù)、執(zhí)行命令以及傳輸信號(hào)等?，F(xiàn)場(chǎng)控制儀表種類較多，包括氣動(dòng)控制儀表、液動(dòng)控制儀表以及電動(dòng)控制儀表。

2.11 現(xiàn)場(chǎng)儀表執(zhí)行器

現(xiàn)場(chǎng)儀表執(zhí)行器種類較多，主要使用氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥。在使用氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥時(shí)，還應(yīng)配合使用其他設(shè)備，包括閥門定位器、電氣閥門定位器以及智能電氣閥門定位器。

2.12 顯示記錄儀表

顯示記錄儀表種類較多，其中應(yīng)用較為廣泛的包括有紙記錄儀、無紙記錄儀以及顯示儀表，此外還包括其他記錄儀表，分別為觸摸屏HMI、CRT顯示終端以及閃光報(bào)警儀。

2.13 調(diào)節(jié)控制儀表

調(diào)節(jié)控制儀表主要分為PID調(diào)節(jié)器和PLC控制器，根據(jù)生產(chǎn)情況，在控制儀表內(nèi)配置不同的系統(tǒng)，包括報(bào)警連續(xù)控制系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、ESD緊急停車系統(tǒng)以及FCS總線控制系統(tǒng)等。

2.14 特殊測(cè)量?jī)x表

特殊測(cè)量?jī)x表種類較多，主要應(yīng)用的測(cè)量?jī)x表分別為振動(dòng)測(cè)量?jī)x、軸位儀測(cè)量?jī)x，此外還包括其他測(cè)量?jī)x表，分別為信號(hào)校驗(yàn)儀、火焰檢測(cè)儀等。

3 處理裝置

處理裝置用于調(diào)節(jié)信號(hào)和調(diào)節(jié)規(guī)律，使化工生產(chǎn)中材料的輸入量和輸出量控制在穩(wěn)定的狀態(tài)。在處理裝置運(yùn)行過程中，會(huì)集中檢測(cè)產(chǎn)生的分散參數(shù)，并控制分散參數(shù)，使生產(chǎn)設(shè)備按照參數(shù)進(jìn)行化工生產(chǎn)。處理裝置一般由多種設(shè)備組成，分別為巡回檢測(cè)裝置、順序控制器以及數(shù)據(jù)處理裝置。處理裝置是提升化工生產(chǎn)自動(dòng)化生產(chǎn)能力重要的載體，利用處理裝置，配合使用核磁共振、激光等技術(shù)時(shí)，可以促進(jìn)化工生產(chǎn)自動(dòng)化發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在化工工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用自動(dòng)化儀表，需要根據(jù)生產(chǎn)情況，選用合適的儀表，利用儀表的監(jiān)測(cè)等功能，可以及時(shí)獲取生產(chǎn)參數(shù)，根據(jù)生產(chǎn)參數(shù)調(diào)節(jié)生產(chǎn)設(shè)備，使化工生產(chǎn)處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)。此外加強(qiáng)自動(dòng)化儀表的檢修和保養(yǎng)工作，一方面延長(zhǎng)儀表的使用壽命，降低運(yùn)維 成本，另一方面提升化工生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，促進(jìn)化工企業(yè)快速發(fā)展，從而創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。