石油化工自動化儀表的可靠性及其 發(fā)展趨勢研究

朱彤 (中海油惠州石化，廣東 惠州 516082)

0 引言

石油化工生產(chǎn)環(huán)境較為復(fù)雜，一般需在真空、高溫、深冷、高壓的情況下生產(chǎn)。此外，其生產(chǎn)過程還涉及許多危險(xiǎn)因素，具有易燃、易爆的特性。面對這樣的環(huán)境，對自動化儀表進(jìn)行可靠性分析是非常必要的。嚴(yán)格控制自動化儀表的參數(shù)和指標(biāo)。傳統(tǒng)的自動化儀表在使用過程中存在一定的漏洞和不足，主要包括：參數(shù)分析能力不足、信息處理能力不足等等，這些不足之處都是石油化工面臨的危險(xiǎn)因素。

隨著我國工業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展，我國石油化工行業(yè)也取得一定進(jìn)步，其生產(chǎn)環(huán)境較為危險(xiǎn)，有易燃易爆的特性，所以在石油化工生產(chǎn)中我們對其工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。傳統(tǒng)的儀表測量通常是以人工記錄的方式進(jìn)行，人工操作誤差大且不能保證實(shí)時(shí)監(jiān)測，近年來已經(jīng)被現(xiàn)代化工藝技術(shù)所取代。自動化儀表的引進(jìn)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的監(jiān)測和傳輸，不斷提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，借助自動化儀表的優(yōu)勢，可以全面提高生產(chǎn)效率。隨著石油化工行業(yè)的發(fā)展，自動化儀表的應(yīng)用具有重大意義[1]。

1 石油化工行業(yè)自動化儀表的簡要概述

在石油化工生產(chǎn)過程中，石油會跟許多原料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，自動化儀表在其反應(yīng)過程中起到了關(guān)鍵作用。自動化儀表具有一定的可靠性，通過解讀自動化儀表的參數(shù)，操作人員可以實(shí)時(shí)把握生產(chǎn)進(jìn)度,掌控石油化工復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境，監(jiān)測石油的質(zhì)量。自動化儀表還在一定程度上簡化了生產(chǎn)過程中的管理和運(yùn)用程序，使得工作人員的操作更加方便快捷，為企業(yè)節(jié)省了大量的人力、物力和財(cái)力。隨著我國科學(xué)技術(shù)的全面發(fā)展，特別是自動化、人工智能技術(shù)的發(fā)展，使石化企業(yè)在不斷引入自動化技術(shù)后，其生產(chǎn)過程的安全高效得到有力保障。通過監(jiān)測自動化儀表參數(shù)，可以提高測量的準(zhǔn)確性，保證石油的質(zhì)量，同時(shí)有利于技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。此外，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)時(shí)記錄儀表數(shù)據(jù)來判斷石油開采過程的各個(gè)指標(biāo)是否合理，有利于施工現(xiàn)場的管理，節(jié)省人力和時(shí)間成本，并提高石化企業(yè)的生產(chǎn)效率。自動化技術(shù)的優(yōu)化發(fā)展提高了石油化工基礎(chǔ)設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量，自動化儀表對我國石化企業(yè)的良好發(fā)展有著重大作用[2]。

2 石油化工自動化儀表的類型

2.1 溫度儀表

石油化工的常規(guī)設(shè)備裝置和管道內(nèi)介質(zhì)的溫度一般在-200～1 800 ℃之間。在這個(gè)過程中，一般進(jìn)行接觸式溫度測量，主要采用熱電阻、熱電偶等裝置。熱電阻主要是中低溫的一種常用溫度檢測器，熱敏電阻因溫度不同，其電阻值隨之變化；熱電偶則是根據(jù)兩種不同導(dǎo)體因交點(diǎn)溫度不同產(chǎn)生的熱電勢不同的原理進(jìn)行測溫的，分為特殊熱電偶、耐熱電偶、防爆熱電偶三種類型。目前，因現(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)，一體化溫度變送器應(yīng)用更為廣泛。

2.2 壓力儀表

壓力儀表主要是在石油化工生產(chǎn)中，對容器中或管道中的介質(zhì)壓力值進(jìn)行監(jiān)控和控制，其主要分為彈性壓力儀表、液柱壓力儀表、活塞壓力儀表等。這些儀表結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高，在生產(chǎn)過程中應(yīng)用較為廣泛[3]。

2.3 液位計(jì)

液位計(jì)作為物料液位的測量工具，其選用類型與被測物料特性息息相關(guān)。根據(jù)物料的狀態(tài)，篩選出符合生產(chǎn)要求的液位計(jì)類型。按照測量方法分類，主要有直讀式、浮力式、電接觸式、電容式等不同儀表。其中，精度較高的是雷達(dá)式、磁致伸縮式等，此類儀表在石油化工生產(chǎn)中，應(yīng)用廣泛，較為可靠。

2.4 流量儀表

流量儀表主要對流量進(jìn)行監(jiān)測。在一般情況下，流量儀表主要顯示生產(chǎn)環(huán)境的當(dāng)前介質(zhì)流量，有的流量計(jì)還可以顯示累計(jì)流量。通過觀察這些數(shù)據(jù)，可以及時(shí)對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，對于出現(xiàn)故障的設(shè)備，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)參數(shù)的調(diào)試。當(dāng)流量儀表數(shù)據(jù)在調(diào)試過程中變化不明顯時(shí)，表明儀表準(zhǔn)確性差或者儀表本身有故障，此時(shí)需對儀表進(jìn)行檢查，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[4]。

3 自動化儀表在石油化工行業(yè)的主要作用

3.1 促進(jìn)石油化工企業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展

石油化工企業(yè)引入自動化儀表的目的是幫助解決生產(chǎn)中存在的問題，并獲取精準(zhǔn)的參數(shù)。隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，石油化工行業(yè)在一定程度上取得了很大進(jìn)步，在新時(shí)代的環(huán)境下我國逐漸進(jìn)入數(shù)字化和智能化時(shí)代，石油化工行業(yè)所應(yīng)用的自動化儀表也逐漸融入這一潮流。目前我國市場已有大量新型自動化儀表、智能化儀表等產(chǎn)品，將現(xiàn)代技術(shù)和石油化工企業(yè)相結(jié)合，有利于實(shí)現(xiàn)企業(yè)和技術(shù)的雙贏。

3.2 改善控制技術(shù)

在自動化儀表沒有引進(jìn)石油化工企業(yè)之前，我國企業(yè)都是采用批量控制的方式來對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制?，F(xiàn)在DCS控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到石油化工企業(yè)中，通過該系統(tǒng)可以對生產(chǎn)過程進(jìn)行有效控制。DCS系統(tǒng)在初期投入和日常維護(hù)中，投入的資金較多，但石油化工生產(chǎn)的重心就在DCS。DCS技術(shù)不僅能對現(xiàn)場生產(chǎn)進(jìn)行集散式控制，從而利用一個(gè)又一個(gè)控制站分析現(xiàn)場數(shù)據(jù)，得出控制結(jié)論，維持正常生產(chǎn)。而且它還有單獨(dú)的軟件包和操作站。技術(shù)人員可以通過操作站進(jìn)行監(jiān)控，使工業(yè)生產(chǎn)控制更為方便[5]。

3.3 提升安全性

石油自動化儀表的主要應(yīng)用價(jià)值在于對生產(chǎn)環(huán)節(jié)各個(gè)儀表參數(shù)的監(jiān)控。通過監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)，有利于控制各個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)狀況，加強(qiáng)生產(chǎn)管理，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，有利于實(shí)現(xiàn)企業(yè)的安全生產(chǎn)。此外，在石油化工企業(yè)中引入自動化控制系統(tǒng)可以降低人工操作帶來危險(xiǎn)的可能性，減小安全事故的發(fā)生概率。在石油化工行業(yè)中，自動化儀表的應(yīng)用使得其生產(chǎn)更具安全性。

4 石油化工行業(yè)自動化儀表可靠性研究

隨著當(dāng)前社會信息化日新月異，自動化儀表的廣泛應(yīng)用，其功能也越發(fā)強(qiáng)大。主要表現(xiàn)在其芯片技術(shù)含量逐漸提高、芯片數(shù)據(jù)處理能力極大增強(qiáng)。此外，石油化工自動化儀表在數(shù)據(jù)分析和抗干擾上都有了進(jìn)一步的突破。

4.1 自動化儀表的存儲能力

在儲存方面上，對比傳統(tǒng)的儀表，自動化儀表加入存儲系統(tǒng)，存儲能力更高，能儲存更多的內(nèi)容，且不會受到其他因素的干擾，其能更有效地完成儲存工作。這主要因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中，石油自動化儀表是利用電腦實(shí)現(xiàn)信息控制，在存儲信息時(shí)，它可以記憶多種信息，重新整理數(shù)據(jù)，再對其進(jìn)行處理。傳統(tǒng)的儀表主要由時(shí)序和邏輯電路兩部分組成。其只能對某個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行記錄，如果要記錄新的內(nèi)容，還需要將原有的記錄刪除，無法實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的連續(xù)記錄；同時(shí)在斷電的情況下，數(shù)據(jù)也會消失，這對數(shù)據(jù)的存儲產(chǎn)生較大不利影響。而自動化儀表與電腦相連，能夠?qū)崟r(shí)存儲數(shù)據(jù)，從而有利于保證數(shù)據(jù)存儲的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，增強(qiáng)數(shù)據(jù)存儲效果，提高數(shù)據(jù)的有效性[6]。

4.2 自動化儀表的準(zhǔn)確計(jì)算能力

石油自動化儀表屬于分析軟件的一種，其主要通過程序編寫，將邏輯電路中復(fù)雜的電路進(jìn)行簡化，使其發(fā)揮出更好的作用，同時(shí)滿足生產(chǎn)需求，有效降低誤差的存在概率。基于生產(chǎn)成本的角度，邏輯電路的減少，可以降低生產(chǎn)成本，保證儀表的精準(zhǔn)性。在石油生產(chǎn)企業(yè)中，自動化儀表通過微型計(jì)算機(jī)和編程程序的計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜數(shù)據(jù)的簡化處理。其本質(zhì)是一種分析軟件，具有精準(zhǔn)的計(jì)算能力。它的工作原理是通過編程開發(fā)實(shí)現(xiàn)更加強(qiáng)大的功能，在硬件邏輯電路上利用軟件控制接口芯片位控，這樣不僅可以使電路更加的精簡方便，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)以前需要大量硬件邏輯電路才能實(shí)現(xiàn)的功能，這不僅是當(dāng)前自動化儀表發(fā)展的重大突破，同時(shí)也利于誤差的控制、測量和計(jì)算；基于成本控制角度，石油自動化儀表使邏輯電路大幅度減少，這有利于儀表總成本的減少，對儀表的開發(fā)及成本支出具有重要作用。此外，基于美觀視角，邏輯電路大幅度的減少也使得儀表的整個(gè)外觀更加的美觀、大方，為今后的自動化儀表發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

4.3 自動化儀表的控制與處理能力

在自動化儀表中有大量的電路，可以通過組合這些電路來完成各項(xiàng)生產(chǎn)控制工作。線性化處理、測量值轉(zhuǎn)換是生產(chǎn)中最為棘手的問題。利用石油自動化儀表可以實(shí)現(xiàn)對于此類問題的處理。石油自動化儀表擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，可以快速處理誤差，并且其有較強(qiáng)的抗干擾性，能提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在自動化儀表中通過簡單的搜索，可以對出現(xiàn)的問題進(jìn)行快速定位，并給出相應(yīng)的解決措施，縮小問題帶來的負(fù)面影響。此外，自動化儀表有著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲能力，在生產(chǎn)過程中，可以為數(shù)據(jù)提供更好的支持，保證參數(shù)的準(zhǔn)確性，并且還可以分析原數(shù)據(jù)，顯示其對數(shù)據(jù)的處理能力。

自動化儀表的應(yīng)用不僅提高了石油企業(yè)的生產(chǎn)效率，減少了系統(tǒng)硬件的問題，還解決了傳統(tǒng)儀表中較為突出的自檢自校、線性化處理、工程值以及測量值轉(zhuǎn)換等問題。石油化工自動化儀表不僅充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，還配備了具有修正誤差功能的微處理器系統(tǒng)，從而大大提升了數(shù)據(jù)的精度和抗干擾程度。此外，自動化儀表還具備快速檢索功能，能夠在控制臺上進(jìn)行快速檢索操作以迅速處理相關(guān)誤差，提升數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的同時(shí)還大大拉高了工作效率。

且其還具有突出的儲存功能，能夠?yàn)橛吞锏幕どa(chǎn)工作提供參考性的準(zhǔn)確參數(shù)。這種優(yōu)秀的原始數(shù)據(jù)的收集和處理功能，很好的顯示出了自動化儀表在數(shù)據(jù)控制以及處理能力方面的優(yōu)勢。

4.4 自動化儀表的故障處理能力

隨著我國經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的高速發(fā)展，石油化工儀表改變了傳統(tǒng)的一對一模式，開始轉(zhuǎn)變成多個(gè)裝置操作。通過使用LCD顯示屏、鍵盤、鼠標(biāo)等操作工具，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面和自動化控制技術(shù)的結(jié)合，從而將數(shù)據(jù)全程顯示在LCD顯示屏上，這在很大程度上實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)的控制，并保障了生產(chǎn)安全。在自動化儀表的維護(hù)過程中，通過自我診斷和故障維修技術(shù)，可以對儀表的故障進(jìn)行排查和定位，并給出合理的解決措施，保證系統(tǒng)更好地運(yùn)行[7]。

4.5 自動化儀表的監(jiān)測能力

在石油生產(chǎn)加工過程中，根據(jù)不同需求，環(huán)境溫度需要維持在-200～1 300 ℃之間，故需用溫度元件替換以往運(yùn)用的玻璃溫度計(jì)，通過溫度元件的變化來對生產(chǎn)過程中的具體溫度進(jìn)行換算。在石油化工生產(chǎn)中，壓力儀表有著重要作用。

具有特殊屬性的壓力儀表和傳感器設(shè)備，不僅可以應(yīng)用于高溫環(huán)境，還可以在易結(jié)晶和易產(chǎn)生粉狀的物質(zhì)中進(jìn)行應(yīng)用。通過對溫度、液位、壓力等儀表的監(jiān)測，可以保障生產(chǎn)中物料的成分，同時(shí)還可以對石油化工行業(yè)的排出物進(jìn)行分析，以減小物質(zhì)對環(huán)境的污染。

5 石油化工自動化儀表的發(fā)展趨勢探究

石油化工企業(yè)非常重視生產(chǎn)過程中的安全性，始終堅(jiān)持著安全生產(chǎn)原則。這是因?yàn)槭突て髽I(yè)的生產(chǎn)工作一旦出現(xiàn)安全問題，造成事故災(zāi)害，就將會引發(fā)極其嚴(yán)重的后果，不僅會給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會嚴(yán)重威脅有關(guān)人員的生命及財(cái)產(chǎn)安全，產(chǎn)生巨大的社會影響。

在生產(chǎn)過程中，若石油化工企業(yè)出現(xiàn)了漏油的情況，勢必會導(dǎo)致企業(yè)的生產(chǎn)安全受到威脅，甚至將會危害到整個(gè)油田的安全。因此，石油化工企業(yè)應(yīng)秉持以人為本的理念，積極推進(jìn)社會主義建設(shè)，嚴(yán)格把控企業(yè)生產(chǎn)安全性。

目前，現(xiàn)代化工業(yè)逐漸趨向于自動化發(fā)展模式，自動化發(fā)展已經(jīng)成為必然趨勢。因此，自動化儀表在石油化工企業(yè)中的應(yīng)用前景趨好，其生產(chǎn)也將會逐步向著結(jié)構(gòu)精巧、功能完善型發(fā)展，同時(shí)其智能化程度也將不斷提高。自動儀表的精巧設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)于內(nèi)部管道中沒有設(shè)置節(jié)流件、轉(zhuǎn)動件的超聲、科氏以及電磁等儀表；自動儀表的功能完善主要得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及微電子技術(shù)和通信技術(shù)的充分融入，從而使其在功能上逐漸代替老一代的儀表器件。隨著我國電子信息技術(shù)的深入發(fā)展，自動化儀表的安裝程序也變得更加簡單，程序的控制和運(yùn)行也更加合理科學(xué)。

在實(shí)際發(fā)展過程中，石油化工自動化儀表需要滿足實(shí)際的生產(chǎn)需求。石化企業(yè)的生產(chǎn)加工具有一定的危險(xiǎn)性，生產(chǎn)中的任何事故都可能造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，安全問題一直是石油化工企業(yè)的重中之重。

在設(shè)計(jì)自動化儀表之初，首先需要從控制安全方面進(jìn)行考慮，目的是降低安全事故的發(fā)生率。其次要從現(xiàn)代化工業(yè)角度出發(fā)，不斷優(yōu)化升級自動化技術(shù)?，F(xiàn)代化技術(shù)對自動化儀表已經(jīng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，在現(xiàn)代化信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，自動化儀表的功能得到不斷提高。在融合了信息技術(shù)和微電子技術(shù)的基礎(chǔ)上，自動化儀表不斷向著智能化方向發(fā)展，其控制水平被不斷完善，從而保證運(yùn)行更安全[8]。

此外，通過多元化和結(jié)構(gòu)化，可以提高自動化技術(shù)水平，使得石油自動化儀表被廣泛應(yīng)用。自動化儀表的結(jié)構(gòu)較為精致，這一特點(diǎn)在管道內(nèi)部設(shè)計(jì)等方面較為突出。

目前溫度測量儀主要分為接觸式和非接觸式，其中接觸式的操作流程較為簡單，但是在測溫方面相較更易存在問題，會出現(xiàn)延遲測溫的情況。而非接觸式溫度測量儀測溫速度更快，但誤差問題較為突出。目前，在我國石油化工企業(yè)中，應(yīng)用較多的是非接觸式的溫度儀表，如紅外線。為了保證石油化工企業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，就必須做好生產(chǎn)過程中壓力數(shù)據(jù)的管理。

石油化工人員對壓力的監(jiān)測要做好數(shù)據(jù)管理，就需要選擇相應(yīng)的壓力計(jì)；對固體物料和液體物料的使用，需要選擇不同的測量儀進(jìn)行物位測量(主要被稱為高度測量)。而石油自動化儀表在生產(chǎn)過程中可以提高生產(chǎn)的安全性，在石油化工行業(yè)具有重大意義。

6 結(jié)語

對于石油化工行業(yè)而言，安全生產(chǎn)是第一生產(chǎn)要素，生產(chǎn)安全是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，科研水平的不斷提高，自動化儀表在石油化工生產(chǎn)中扮演這越來越重要的角色。

自動化儀表的功能逐漸滿足生產(chǎn)的各種需求：通過儀表對數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位控制，在根本上實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動化；通過儀表對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，降低了人為操作失誤造成危害的可能性，降低安全事故的發(fā)生率，從而避免因人為操作不當(dāng)造成的嚴(yán)重影響。所以有必要結(jié)合石油生產(chǎn)自動化的實(shí)際應(yīng)用情況，不斷進(jìn)行研究和探索，實(shí)現(xiàn)儀表的不斷創(chuàng)新發(fā)展，有效提高石油企業(yè)的生產(chǎn)效率。

石油化工自動化儀表的應(yīng)用，也極大促進(jìn)了我國石油化工的發(fā)展及其規(guī)模的擴(kuò)大。因此，根據(jù)石油化工生產(chǎn)需求，不斷探究自動化儀表的可靠性和穩(wěn)定性，對實(shí)現(xiàn)企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展十分重要，希望本文研究能對相關(guān)單位和企業(yè)提供些許幫助。