自動化儀表在石油生產(chǎn)中的應(yīng)用

譚瑩春 陳昱希

摘? 要：由于對科學(xué)技術(shù)的要求不斷提高，世界范圍內(nèi)各行業(yè)都開始應(yīng)用自動化技術(shù)來創(chuàng)造更大的價值。在石油行業(yè)中，自動化儀表可以對原油的處理和精煉等環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，從而對生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)進行有效的控制?；诖耍疚膶⒅饕槍ψ詣踊瘍x表在石油生產(chǎn)過程中的應(yīng)用展開相關(guān)探討分析。

關(guān)鍵詞：石油生產(chǎn);自動化儀表;技術(shù)應(yīng)用

引言：

目前，自動化儀表在石油工業(yè)的實際生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展中得到了廣泛的應(yīng)用，從技術(shù)上來看，自動化儀表已成為石油行業(yè)中一個非常重要的組成部分。在現(xiàn)代石油工業(yè)中，把自動化儀表引進和運用到生產(chǎn)實踐中，必須經(jīng)歷施工設(shè)計、施工建設(shè)和安裝后的調(diào)試。特別是在自動化儀表系統(tǒng)的設(shè)計中，設(shè)計者要對自動化儀表系統(tǒng)進行過程控制，嚴(yán)格按照有關(guān)技術(shù)規(guī)范，使自動化儀表系統(tǒng)與其他相關(guān)專業(yè)技術(shù)內(nèi)容之間有效的結(jié)合。

1石油儀表自動化技術(shù)應(yīng)用的重要性

石油行業(yè)是高危行業(yè)，除了自身的生產(chǎn)條件外，還存在著人為因素的制約，進而影響到企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，因此，必須通過科學(xué)的儀表儀表技術(shù)來改善和管理，而自動化技術(shù)在石油行業(yè)中扮演著至關(guān)重要的角色。自動化儀表在石油企業(yè)中占有重要地位，它是一個由多個功能強大的自動化部件構(gòu)成的自動化技術(shù)工具。自動化儀表是一種工具或裝置，它可以對不同的工藝參數(shù)進行檢測、顯示、記錄、傳送、控制。自動化儀表是由很多子系統(tǒng)組成的，它自身是一個完整的系統(tǒng)。從控制原理上講，自動化儀表是“信息設(shè)備”，它的主要作用是把外部的輸入信號轉(zhuǎn)化成用于內(nèi)部的輸出信號，在實際應(yīng)用中，一般選擇模擬量和脈沖量作為輸入輸出信號，有些則是采用數(shù)字量。

2自動化儀表在石油企業(yè)中具體工作過程分析

2.1自動化儀表設(shè)計過程中需要注意的問題

從當(dāng)前的情況來看，如果要在石油行業(yè)中全面的運用自動化儀表技術(shù)，就必須重視自動化儀表的設(shè)計。專業(yè)人員在進行設(shè)計時，應(yīng)該將關(guān)注點放在自動化儀表測量的精確度上。此外，在自動化儀表的設(shè)計上，要對使用者負(fù)責(zé)，把使用者的使用體驗和安全放在首位。在自動化儀表的設(shè)計中，應(yīng)從科學(xué)性、現(xiàn)代化、節(jié)約成本等角度來考量，同時，在設(shè)計過程中，還必須對儀表的運行進行合理的控制，以減少設(shè)備的邊際費用，將多余的成本用在合適的地方。最后，在石油行業(yè)的自動化儀表的設(shè)計中，應(yīng)針對不同的使用者的生產(chǎn)參數(shù)，提高儀表的適用性、實用性和科學(xué)性。

2.2自動化儀表設(shè)計階段在石油企業(yè)中的應(yīng)用分析

通常，石油行業(yè)對自動化儀表的要求很高，而自動化儀表在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用更是舉足輕重，所以自動化儀表的設(shè)計過程常常是其中的一個重要環(huán)節(jié)。在石油行業(yè)中，選用適用于石油行業(yè)的自動化儀表時，應(yīng)重點選擇適合于石油行業(yè)的工藝參數(shù)，以保證其在工程建設(shè)中的工作質(zhì)量。此外，在自動化儀表的設(shè)計過程中，還必須考慮到客戶的具體要求，根據(jù)石油行業(yè)的工作環(huán)境和石油生產(chǎn)過程中的外界介質(zhì)的特點，對儀表的設(shè)計進行詳細(xì)的分析。

2.3自動化儀表調(diào)試階段在石油企業(yè)中的應(yīng)用分析

在當(dāng)今世界石油企業(yè)，自動化儀表的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，自動化儀表的出現(xiàn)可以極大地提高其工作效率，所以在石油行業(yè)中，必須對其進行嚴(yán)格的管理和調(diào)試。首先，專業(yè)人士在購買自動化儀表時，應(yīng)該嚴(yán)格的考慮到使用成本，選擇更好的儀表，然后由相關(guān)人員進行最重要的自動化儀表的安裝。在石油工程建設(shè)中，自動化儀表的調(diào)試能否恰當(dāng)?shù)姆鲜托袠I(yè)的技術(shù)指標(biāo)，將直接關(guān)系到今后石油工程的安全和質(zhì)量。而且，如果石油企業(yè)在今后的運行過程中，沒有對自動化設(shè)備進行嚴(yán)密的監(jiān)控和管理，那么在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，很容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，或者是系統(tǒng)的調(diào)試問題，導(dǎo)致油氣泄漏等。所以，有關(guān)人員在對控制自動化調(diào)試階段的驗收工作中，必須進行嚴(yán)格的監(jiān)督和評價。

3自動化儀表在石油企業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用分析

3.1溫度儀表、壓力儀表

通常情況下，石油行業(yè)的溫度控制是非常嚴(yán)格的，很多石油企業(yè)都會將設(shè)備的溫度控制在-200-1800℃之間，如果在石油行業(yè)中，溫度超過一定的范圍，就會導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量達不到預(yù)期的效果。所以，對測量溫度儀表的精度有著很高的要求。大多數(shù)場合都采用接觸式溫度測量儀表，如雙金屬溫度計、熱電偶、熱電阻等，它具有簡單、可靠、廉價、測量準(zhǔn)確度高的特點，能夠測量到真實的溫度。溫度變送表和一體化的溫度變送表、智能溫度變送表應(yīng)用也比較普遍，它們將輸出信號送到DCS或調(diào)節(jié)儀表中實現(xiàn)溫度的自動控制。同時，壓力控制的好壞將直接關(guān)系到石油工程的安全。在石油工程中，通常壓力控制在0～300 MPa之間，所以，在選擇壓力自動檢測儀表時，常常要考慮到石油行業(yè)的技術(shù)指標(biāo)，通常采用壓力變送表，將現(xiàn)場被測壓力信號轉(zhuǎn)換成電流信號，傳遞到二次儀表或中控室進行計算顯示實測壓力值及控制，如電容式、壓差式等。

3.2物位儀表

3.2.1雷達液位儀表

雷達液位儀是一種高精度儀表，在石油行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。雷達液位儀傳輸?shù)氖且环N由喇叭形天線發(fā)出的低頻波，這種波從發(fā)射到接觸目標(biāo)介質(zhì)后被反射回來的時間可以被雷達液位儀中的傳感表接收，并將產(chǎn)生的時間轉(zhuǎn)換成液位信號來傳輸信息。在石油行業(yè)中，雷達液面計具有很高的準(zhǔn)確度，在高溫、真空、粉塵、高壓等不穩(wěn)定的環(huán)境中都能滿足使用要求。此外，在雷達液位計的設(shè)計上，有關(guān)人員要針對不同的應(yīng)用環(huán)境，加強其系統(tǒng)模組特性。

3.2.2磁翻板液位計

磁翻板液位計是一種恒浮力式液位計。液位計不僅可就地指示，亦可附加液位極限報警，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離液位報警和監(jiān)控。其工作原理是利用裝在主測管中的磁浮子，帶動外部的磁翻片，實現(xiàn)信號的變換和液面的顯示。磁翻板液位計在石油行業(yè)中有著很大的優(yōu)勢，可以迅速的顯示出當(dāng)前的液位，而且，如果在磁翻板液位計的調(diào)校中，將干簧管和磁翻板液位儀的磁開關(guān)配合起來，通過電信號傳輸，可以提高數(shù)據(jù)的傳輸距離，達到遠(yuǎn)程傳輸和控制的目的。但是，磁翻板液位計的測量范圍通常都是有限的，如果是需要長距離傳輸?shù)拇欧逡何挥嫞敲此膫鬏敺绞胶桶惭b調(diào)試就會變得更加復(fù)雜，如果在磁翻板液位計的設(shè)計上做一些改進，可以減輕長距離下的信號傳輸問題。

3.3流量儀表

在石油工業(yè)應(yīng)用中，流量計可以更直觀的測定單位時間內(nèi)的流體通過某一截面面積的量。流量儀表一般都是采用節(jié)流和差壓變送器進行計量，由于它具有很強的實用性，因此在石油行業(yè)中應(yīng)用非常廣泛，一般根據(jù)石油生產(chǎn)條件、精度要求等情況選用合適的流量計。如計量油品裝桶分發(fā)，在閥門全開的情況下使用，流量基本恒定，其準(zhǔn)確度可能會從0.5%提高到0.25%，而用于貿(mào)易交接的狀態(tài)式流量計必須達到0.2%。在石油行業(yè)中，經(jīng)常要求測量的準(zhǔn)確性很高，所以在設(shè)計過程中要充分了解其性能。而要使流量計達到更高的性能，則需要設(shè)計者保持高水平的儀表調(diào)節(jié)。隨著集成電路技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，數(shù)據(jù)流測量技術(shù)也越來越多元化。比如，將微機應(yīng)用到流速儀中，可以增強流速儀在多普勒測量中的轉(zhuǎn)換和接收能力。再比如，超聲波流量計，當(dāng)接收端接收到一個物理信號后，轉(zhuǎn)換表會把物理信號轉(zhuǎn)換成電流信號，并把電流信號傳輸?shù)揭粋€顯示儀表上，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示和計算。

4影響石油自動化儀表技術(shù)可靠性的因素

4.1石油自動化儀表技術(shù)的生產(chǎn)制造先進性較差

在石油工業(yè)生產(chǎn)中，自動化儀表技術(shù)是對其進行全方位監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)，所選擇的自動儀表應(yīng)具備較高的技術(shù)水平，能準(zhǔn)確地反映出生產(chǎn)裝置的工作狀況。石油工業(yè)的自動化儀表設(shè)備技術(shù)水平較低，會影響到儀表的可靠性和長期性，從而影響到整個石油生產(chǎn)、加工的全過程。在自動化儀表技術(shù)發(fā)展的進程中，存在著各種各樣的設(shè)備，有些產(chǎn)品價格較低，品質(zhì)較差，刻意選用低質(zhì)量、低成本的自動化儀表，對石油生產(chǎn)裝置的有關(guān)參數(shù)的測量控制不到位，很可能會影響到原油生產(chǎn)的可靠性。

4.2人為因素的影響

石油自動化儀表的使用效果與操作人員的素質(zhì)密切相關(guān)，而操作員是整個工程的主體，在自動化儀表的施工中起著舉足輕重的作用。石油公司通常沒有專門的自動化儀表專業(yè)技術(shù)人員，而操作人員對儀表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理等缺乏足夠的理論知識，以及一些技術(shù)員在儀表上的操作失誤。在長時間的運行中，很容易出現(xiàn)大的故障。部分工人缺乏責(zé)任心，工作態(tài)度不端正，在使用自動化儀表時，經(jīng)常會發(fā)生自動儀表損壞的情況。在石油化工生產(chǎn)過程中，由于管理人員推卸責(zé)任而發(fā)生糾紛現(xiàn)象，使其不能有效地提高石油行業(yè)的自動化水平。通過對儀表儀表的及時維修與更新，保證了儀表在施工中的正常運行，延長了使用壽命，從而保障了油田的正常運行。

4.3監(jiān)管不到位

監(jiān)控工作是儀表設(shè)備使用中的一個重要環(huán)節(jié)，當(dāng)前，一些企業(yè)缺少專業(yè)的自動化儀表應(yīng)用技術(shù)，在企業(yè)中缺少對自動化儀表使用工作的監(jiān)控體系，從而影響到其本身的可靠性。一些企業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)化程度較低的情況下，沒有考慮到設(shè)備的專業(yè)和技術(shù)水平。而在使用自動化儀表的全過程中，企業(yè)本身又缺少對自己的約束和控制，很可能會在使用中投機取巧，在使用過程中產(chǎn)生與實際情況不符的情況。對儀表自動化技術(shù)的可靠性有一定的影響。

5石油行業(yè)自動化儀表的控制技術(shù)的應(yīng)用

5.1常規(guī)控制

傳統(tǒng)的控制方法是最基本的控制方法，其中以序列控制為主;均勻控制、串級控制、分程控制等。通常，傳統(tǒng)的控制內(nèi)容是比較固定的，就算系統(tǒng)升級了，也不會改變主干的控制。從傳統(tǒng)DCS到新一代DCS，再到電子元件的有機結(jié)合，這些技術(shù)的發(fā)展并沒有太大的改變。其次，傳統(tǒng)的控制包括：比例控制、積分控制、微分控制等，PID調(diào)節(jié)是控制原理中最簡便的調(diào)節(jié)控制方法。它結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便，它基本上是由干塊數(shù)據(jù)和控制算法來運行的，所以它主要是通過配置選擇和控制策略來實現(xiàn)的。

5.2先進控制

隨著科技的進步，控制理論與其他學(xué)科的相互融合，在現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了許多智能算法。同時，多變量控制技術(shù)已被廣泛地運用。與常規(guī)PID控制相比，PID控制表是一種較為普遍的控制方式，由于其具有串聯(lián)控制的特點，使得其控制效果更好，并且比常規(guī)的單軌控制更加穩(wěn)定。在石油行業(yè)中，PID控制表的應(yīng)用，可以極大地提高生產(chǎn)效率，提高企業(yè)的競爭力。盡管其依然是基于DCS，但是卻是一個完全獨立的個體，因此在石油自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用，特別是在進行模型辨識時，將多變量的動態(tài)軟測量技術(shù)與測控技術(shù)結(jié)合起來，可以有效地改善監(jiān)控和控制效果。

5.3人機界面

雖然很多石油企業(yè)都采用了電腦技術(shù)，實現(xiàn)了人機接口的管理，但是在管理上卻沒有任何的變化，依然采用傳統(tǒng)的控制方式，既費時又費力，同時也比較緩慢。另外，石油公司要用多個控制室來管理各種設(shè)備，再加上液晶顯示屏和CRT顯示屏，要想實現(xiàn)其初始的應(yīng)用目標(biāo)，必須從根本上改進設(shè)備，并對其進行優(yōu)化。此外，企業(yè)還可以采用DCS系統(tǒng)，以克服傳統(tǒng)專用熒光屏在工業(yè)電視攝像機中的缺陷。

6石油自動化儀表的可靠性措施

6.1落實儀表檢測方法

在石油公司的日常生產(chǎn)中，需要將現(xiàn)場的設(shè)備和內(nèi)部的溫度控制在-300～1800℃之間，用雙金屬溫度表代替以前的玻璃溫度表，這樣傳感器就能在很短的時間內(nèi)采集到熱電偶、熱電阻等相關(guān)的信號。在目前的石油行業(yè)中，壓力計已經(jīng)起到了舉足輕重的作用。采用具有特定性能的壓力計;不僅能高效地應(yīng)用于高溫環(huán)境，還能在易結(jié)晶、脈沖和粉末等介質(zhì)中，對生產(chǎn)要求的壓力進行有效的檢測。另外，在石油行業(yè)，液位計的主要用途是測量液面。如果按測量方式將其分類，可以分為雷達、浮力、靜電、超聲波等。為確保原料中的特定成份在規(guī)定的數(shù)值，必須從溫度、液位、壓力、流量等對其進行有效的監(jiān)測，以達到對石油生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢物進行有效的分析，將環(huán)境污染程度降到最低。

6.2優(yōu)化自動化儀表

在石油自動化儀表中，差壓計和差壓變送表是最重要的組成部件，采用差壓計可以更好地實現(xiàn)自動化。在儀表的自動控制中，調(diào)節(jié)閥起到了很大的作用，比如氣壓膜調(diào)節(jié)閥，就可以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動調(diào)整，提高生產(chǎn)的智能化程度。如有特別需要，可采用電驅(qū)動，少數(shù)采用液壓驅(qū)動。DCS系統(tǒng)的DCS控制和PLC控制的開發(fā)都是為了滿足石油行業(yè)發(fā)展的需求。根據(jù)上述分析，要提高石油行業(yè)的自動化儀表的可靠性，必須加強對自動化儀表各環(huán)節(jié)的優(yōu)化措施的研究。

6.3儀表安全控制以及故障診斷

隨著石油工業(yè)的迅速發(fā)展，對生產(chǎn)設(shè)備的自動化和控制設(shè)備的需求越來越大。采用自動化儀表可以提高生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)的安全性。其中，人機接口技術(shù)是自動化儀表的關(guān)鍵技術(shù)，它在儀表的安全監(jiān)控中有著舉足輕重的作用。目前，隨著社會、經(jīng)濟、科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，自動化儀表已經(jīng)從過去的單機設(shè)備與控制室過渡到了多個設(shè)備配套的控制室，并利用液晶顯示屏、鍵盤和鼠標(biāo)等設(shè)備，利用手柄和觸摸屏，實現(xiàn)了整個生產(chǎn)過程的實時顯示。其中石油公司生產(chǎn)過程中的監(jiān)控屏幕，可以更好地顯示出員工的自動控制動態(tài)。并以仿真制造為基礎(chǔ)，依托于傳統(tǒng)的工藝技術(shù)，進一步提高了人機接口的工藝水準(zhǔn)，實現(xiàn)了自動制造與報料等內(nèi)容的有機結(jié)合。所以，采用人機接口技術(shù)可以提高石油企業(yè)的自動化儀表技術(shù)水平，同時也可以為石油企業(yè)的生產(chǎn)提供一個更加安全的環(huán)境。另外，在石油儀表設(shè)備的維修中，可以利用系統(tǒng)的診斷與維修技術(shù)，對儀表設(shè)備的運行進行有效的分析，找到問題的根源，進行自動的調(diào)試，提高設(shè)備的性能。

結(jié)語：

綜上所述，通過分析自動化儀表在石油工業(yè)發(fā)展中的作用，有助于提高石油企業(yè)的自控水平，開發(fā)和應(yīng)用自動化儀表，實現(xiàn)自動化控制，達到滿足石油工業(yè)技術(shù)需求的目的。在石油的發(fā)展過程中，采用自動化儀表設(shè)備，實現(xiàn)了對石油企業(yè)的智能化管理，并對其運行參數(shù)進行了實時采集，確保了其生產(chǎn)的正常進行，并得到了最佳的產(chǎn)率，從而達到了石油生產(chǎn)的要求。

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