自動化控制技術(shù)在石油化工儀表中的運(yùn)用

趙曉娟，祁 超

（1.山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西運(yùn)城 044000；2.承德醫(yī)學(xué)院，河北承德 067000）

將自動控制技術(shù)和儀表設(shè)備相結(jié)合，能夠顛覆傳統(tǒng)的儀表設(shè)備控制方式，期間可以基于傳感裝置采集石油化工生產(chǎn)的實(shí)際參數(shù)，如壓力、溫度等，而后將采集到的數(shù)據(jù)傳送給控制中心，再由計算機(jī)編程完成，達(dá)到自動控制的目的。與常規(guī)的控制方式相比，采用自動控制可以提高儀表設(shè)備的運(yùn)行控制效果，提高控制精度，更好地適應(yīng)石化行業(yè)的要求，是目前石化行業(yè)的一個重要技術(shù)，因此需要明確其具體的使用方法[1]。

1 石油化工儀表自動化技術(shù)闡述

石油化工儀表是石化工業(yè)中不可或缺的儀表，在實(shí)際應(yīng)用中，儀表的精度將直接關(guān)系到石化產(chǎn)品的質(zhì)量。近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，社會各界對石化產(chǎn)品的需求越來越大，對儀表精度的提高和控制也越來越迫切。石油化工儀表自動化技術(shù)實(shí)際上是將自動化元件、設(shè)備、過程控制與計算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來，而后使其在一定的參數(shù)設(shè)定下，以命令的形式進(jìn)行自動化運(yùn)轉(zhuǎn)。石油化工儀表自動化技術(shù)的出現(xiàn)，使得石油化工儀表由原來的測量功能向測量、現(xiàn)實(shí)、存儲、控制、預(yù)警、數(shù)據(jù)處理等綜合功能轉(zhuǎn)變，進(jìn)而為推動我國石油化工產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

2 石油化工企業(yè)中自動化控制技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 可編程

為了適應(yīng)石化行業(yè)的生產(chǎn)要求，儀表在制造過程中，企業(yè)可以利用先進(jìn)的自動化管理軟件對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行管理和控制。通過對儀表內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，利用高級計算機(jī)軟件對儀表進(jìn)行修改和替換，使儀表的整體功能和品質(zhì)得到最優(yōu)化和更新。

2.2 精準(zhǔn)計算

在石化行業(yè)中，自動化控制技術(shù)在石油化工儀表中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)與計算機(jī)技術(shù)的相結(jié)合，由此使其既可以提高控制水平，又可以提高計算精度。在石化企業(yè)的生產(chǎn)過程中，可以利用儀表的運(yùn)算功能，對采集到的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而為石化企業(yè)的生產(chǎn)、規(guī)劃設(shè)計提供依據(jù)。

2.3 故障排查和分析

作為化工企業(yè)的核心設(shè)備，儀表通常儲存著大量的重要信息，由此實(shí)現(xiàn)對設(shè)備進(jìn)行故障診斷?；谧詣踊刂萍夹g(shù)的儀表具有微計算機(jī)處理功能，能迅速地找到相關(guān)的故障資料，并對其進(jìn)行定位，使有關(guān)人員僅需使用儀表即可縮短故障分析與診斷的時間，同時還能夠有效縮短設(shè)備的維護(hù)與檢修周期，從而提高整個化工企業(yè)的工作效率[2]。

3 自動化控制技術(shù)在石油化工儀表中的具體運(yùn)用方式

3.1 自動化控制壓力儀表

壓力儀表在石化行業(yè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用，其作用是對目前的工作環(huán)境進(jìn)行壓力參數(shù)的檢測，以保證石油化工生產(chǎn)的安全性。然而，常規(guī)的壓力儀表在實(shí)際使用時往往會產(chǎn)生一些誤差。因此，近幾年逐步采用自動壓力儀表，能夠利用自動化控制系統(tǒng)中的運(yùn)算功能校正測試參數(shù)，由此進(jìn)一步提高測試精度。在應(yīng)用自動控制壓力儀表時，需要對不同介質(zhì)的壓力進(jìn)行檢測，因此需要選用適當(dāng)?shù)膲毫y量儀表，進(jìn)而有效地控制測量誤差。

例如，在高黏度原油壓力測試中，自動控制壓力儀表可以使用隔膜式儀表或者彈簧管壓力儀表，兩者的精度水平都可以控制在1.5~2.5，因此可以有效地改善壓力測量的精度。在使用帶有標(biāo)準(zhǔn)信號的壓力儀表時，它可以與壓力傳動裝置聯(lián)接，用于制造過程中的固態(tài)微粒腐蝕介質(zhì)，并使用法蘭片式壓力傳動裝置，實(shí)現(xiàn)對石油化工設(shè)備的精準(zhǔn)測量；若有大的振動，就需要使用相應(yīng)的數(shù)字式壓力調(diào)節(jié)器，由此更好地確保儀表應(yīng)用的整體精準(zhǔn)性。

3.2 自動化控制溫度儀表

在石化工業(yè)中，溫度是一個重要的生產(chǎn)指標(biāo)，在石化工業(yè)中，早期使用的溫度計都是無刻度的，它主要由電阻溫度儀表和熱電偶溫度儀表組成。不同的測溫儀表，其工作原理各不相同，通過熱敏電阻檢測溫度的變化，將能夠更好地使其顯示出溫度的變化特性，并可以在較低的溫度條件下精確地測量溫度參數(shù)；熱電偶溫度儀表主要是利用熱源效應(yīng)進(jìn)行溫度參數(shù)的測定，它與設(shè)備的傳熱介質(zhì)及節(jié)點(diǎn)溫度存在著較為密切的聯(lián)系；膨脹式溫度儀表則主要是通過對物體的熱脹冷縮作用進(jìn)行溫度測量的，它的測量精度受液體蒸發(fā)和凝結(jié)溫度的影響；輻射型測溫儀表是一種用于測量溫度在1 000℃以上環(huán)境中的儀表，其主要是利用熱輻射顯示其溫度參數(shù)。在石化工業(yè)中，通常采用金屬溫度儀表顯示現(xiàn)場的真實(shí)溫度，并將其與自動化技術(shù)相結(jié)合，以此使其精確地測量-80~500℃的環(huán)境溫度，并將其應(yīng)用于1.0。在石化工業(yè)自動測溫儀表的安裝中，需要確保其與受檢介質(zhì)的接觸，避免因距離過大而影響測溫精度，進(jìn)而有效優(yōu)化自動溫度儀表的使用效果[3]。

3.3 自動化液位控制儀表

在石化行業(yè)中，自動液位控制儀的作用是測量目前的液面高度，通過精確控制液面高度的方式，可以有效地改善各種操作的安全性，使其在石化行業(yè)中發(fā)揮較大的應(yīng)用價值。自動液位控制儀表正朝著使用方便的方向發(fā)展，通過在自動儀表上設(shè)計一個人機(jī)界面，可以改善儀表的操作和使用的便利性，自動液位控制儀表在工作時，可以通過人機(jī)界面顯示它的工作狀況。在使用自動液位控制儀表時，需要由操作人員進(jìn)行模擬，并嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)范優(yōu)化信息處理、報警等操作接口，提高操作界面的可操作性，以此提高自動液位控制系統(tǒng)的控制效果，進(jìn)而滿足石化行業(yè)對液位的監(jiān)控要求。

3.4 自動化控制計量測量儀表

在石化行業(yè)中，自動化儀表的使用頻率越來越高，自動化儀表的選型將會直接影響到各種測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，在選用自動儀表和流量儀表時，需要堅(jiān)持科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。如在油田開發(fā)中，針對單井的儀表選擇，一般可以采用分離器自動玻璃管進(jìn)行自動計量，或采用人工玻璃管利用自力式差壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行測量。氣井產(chǎn)液量一般通過容積式計量方式進(jìn)行測量，能夠有效適應(yīng)氣井產(chǎn)液量不穩(wěn)定、不均勻以及不同氣井之間液量差異過大的問題。

對于生產(chǎn)相對平穩(wěn)或低產(chǎn)的氣井，通常采用容積式自動流量儀表或渦輪自動流量儀表，容積式自動儀表主要有雙轉(zhuǎn)子儀表、腰輪式流量儀表等，適用于高黏度原油的測量，也適用于污水、砂石等高含油原油的測量；渦輪自動流量儀表通常用于測量質(zhì)地較輕的原油，其總體黏度不宜大于5mPa·s。在石化行業(yè)中，自動計量和流量測量儀表是監(jiān)控目前產(chǎn)量的關(guān)鍵設(shè)備，因此，需要將自動化技術(shù)與生產(chǎn)實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來，才能有效地提高油田的采收率[4]。

4 自動化控制技術(shù)在石油化工儀表中的應(yīng)用

4.1 DCS技術(shù)的應(yīng)用

DCS技術(shù)的應(yīng)用就是采用自動控制技術(shù)，其是實(shí)現(xiàn)石油化工儀表自動控制的核心技術(shù)。DCS系統(tǒng)可以監(jiān)控每個環(huán)節(jié)，保證每個環(huán)節(jié)石油化工生產(chǎn)的安全性，其也是保證批量生產(chǎn)的關(guān)鍵。DCS技術(shù)主要是將計算機(jī)技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合，使數(shù)據(jù)采集與處理速度最快，同時也使操作過程變得簡單，員工可以通過DCS系統(tǒng)實(shí)時了解各個環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀況。DCS系統(tǒng)具有完備的組態(tài)功能，能夠自動地解決各種故障問題，而多層次的開放數(shù)據(jù)接口也是DCS系統(tǒng)的重要組成部分，應(yīng)該加以深入研究和應(yīng)用。DCS系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對石油化工儀表的獨(dú)立控制與統(tǒng)一管理，石化行業(yè)需要對儀表進(jìn)行數(shù)字化改造，期間可以采用回路組態(tài)采集數(shù)據(jù)，以便實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)流程的準(zhǔn)確控制，并且由系統(tǒng)的顯示功能實(shí)現(xiàn)對石油化工儀表的自動控制。

4.2 PID技術(shù)的運(yùn)用

PID技術(shù)是一種較為先進(jìn)的、系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)，采用PID技術(shù)的多變量控制技術(shù)可以對石化行業(yè)的儀表進(jìn)行有效的控制。PID技術(shù)中，三個字母的意義各不相同，P表示比例控制，I表示積分，D表示微分輸出。在石油化工儀表的數(shù)據(jù)不精確時，通過比例控制，可以精確地檢測到數(shù)據(jù)中存在的錯誤問題，并通過比例控制實(shí)現(xiàn)對儀表的自動調(diào)節(jié)，降低儀表的數(shù)據(jù)錯誤概率，進(jìn)而確保石油化工生產(chǎn)的效率得到有效提升。PID系統(tǒng)對儀表的控制狀況會受比例因子的影響，其中的積分效應(yīng)可以在一定程度上降低儀表的響應(yīng)速度，但同時也可以降低誤差，使儀表的自動控制變得更準(zhǔn)確。PID系統(tǒng)中的差分輸出可以調(diào)節(jié)比例控制，使系統(tǒng)的波動變得更小，從而使生產(chǎn)過程更加平穩(wěn)。

4.3 人機(jī)界面技術(shù)的運(yùn)用

隨著對石化產(chǎn)品日益增長的需求，對不同的成品、半成品進(jìn)行分離，而后通過采用分散式控制系統(tǒng)的方式，也能夠?qū)崿F(xiàn)對產(chǎn)品的進(jìn)一步分離。自動控制與儀表的集成使得石油化工儀表中出現(xiàn)一個分布式的控制系統(tǒng)，將分散式控制與HMI相結(jié)合，可以提高人機(jī)交互的效率，而有效的人機(jī)交互可以提高儀表的操作效率。人機(jī)界面技術(shù)的主要功能在于實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器之間信息的自由交流，它的使用極大提高了系統(tǒng)的自動化水平，降低人工成本。在人機(jī)接口的顯示屏上，通常會采用LED或CRT，通過接口的顯示遙控儀表，能夠快速檢測到敏感的數(shù)據(jù)，并根據(jù)不正常的情況，及時發(fā)出警報，進(jìn)而保證儀表得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.4 監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用

采用監(jiān)控技術(shù)可以對較為嚴(yán)重的危險隱患進(jìn)行監(jiān)測，并對其進(jìn)行及時的防范與處置。石油化工的生產(chǎn)過程是一個非常復(fù)雜的過程，它的許多環(huán)節(jié)都包含著一定的風(fēng)險，通過儀表對各個生產(chǎn)過程的基本信息進(jìn)行檢測，有助于對各個生產(chǎn)過程的安全進(jìn)行分析和監(jiān)測。監(jiān)測技術(shù)與儀表相結(jié)合，使監(jiān)測數(shù)據(jù)更為精確、全面，同時也使操作人員對生產(chǎn)過程產(chǎn)生更加直接的了解，由此更好地降低生產(chǎn)過程中的安全風(fēng)險。除此之外，通過采用監(jiān)測技術(shù)，還需要構(gòu)建一套完整的儀表自動監(jiān)測體系，可以有效地對生產(chǎn)過程中存在的各種潛在風(fēng)險進(jìn)行有效的控制，并根據(jù)實(shí)際情況制訂相應(yīng)的防范措施，最大限度地降低生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種風(fēng)險，確保各生產(chǎn)工作順利、有序進(jìn)行。自動化修復(fù)技術(shù)可以被引進(jìn)到監(jiān)督管理體系中，一旦出現(xiàn)問題，就可以迅速修復(fù)，并且在將修復(fù)技術(shù)、環(huán)境監(jiān)測技術(shù)、自動化監(jiān)測技術(shù)等有機(jī)結(jié)合起來的情況下，能夠有效提高設(shè)備和監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和有效性。

4.5 總線控制系統(tǒng)（FCS）的運(yùn)用

FCS系統(tǒng)以其數(shù)字化、智能化、開放性為特征，在石化行業(yè)中起著舉足輕重的作用。FCS系統(tǒng)已被廣泛地用于石化企業(yè)，它能實(shí)現(xiàn)對石化企業(yè)的總線系統(tǒng)的控制，同時也能通過FCS對不同的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行控制。FCS的控制需要通過局域網(wǎng)和現(xiàn)場總線完成，局域網(wǎng)能使不同的計算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行信息的分享和傳輸。采用FCS系統(tǒng)進(jìn)行控制，可充分保障現(xiàn)場智能儀表的測量精度，方便調(diào)試，并且期間所采用的雙向數(shù)字通信技術(shù)，也能確保整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。石化企業(yè)的現(xiàn)場總線智能儀表不僅具有基本的測量功能，而且還具有計算、控制等功能，便于實(shí)現(xiàn)分散式控制，并可在現(xiàn)場通過一條總線將多臺儀表聯(lián)接起來，實(shí)現(xiàn)多臺儀表的聯(lián)合控制，達(dá)到既節(jié)省電纜，又簡化程序的最終目的[5]。

5 石油化工儀表中應(yīng)用自動化控制技術(shù)的相關(guān)建議

為保證石油化工儀表設(shè)備在生產(chǎn)中的使用，有關(guān)部門應(yīng)積極探討如何運(yùn)用自動控制技術(shù)進(jìn)行管理，使其更好地發(fā)揮其優(yōu)越性，從而提高儀表設(shè)備的管理水平。

5.1 提高化工儀表的管理水平

通過總線控制系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行基本管理，以提高儀表的精度，并對整個自動化裝置的操作進(jìn)行全面的監(jiān)控。

5.2 加強(qiáng)安全保障系統(tǒng)的建設(shè)

為進(jìn)一步提高技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化，有關(guān)部門要加強(qiáng)儀表設(shè)備的實(shí)時監(jiān)測與數(shù)據(jù)反饋，并定期進(jìn)行相關(guān)的故障監(jiān)測，以保證儀表設(shè)備的正常使用，進(jìn)而確保石化企業(yè)儀表管理工作能夠?qū)崿F(xiàn)最佳化。

5.3 加強(qiáng)員工的專業(yè)素質(zhì)，努力打造一支高素質(zhì)隊(duì)伍

通過入職培訓(xùn)，使其掌握自動化技術(shù)在化工生產(chǎn)中的運(yùn)用與控制，并能有效地進(jìn)行相應(yīng)的管理工作，進(jìn)而為化工生產(chǎn)的正常運(yùn)行提供人力資源。有關(guān)部門應(yīng)以科學(xué)的方式推進(jìn)人才隊(duì)伍的建設(shè)，以適當(dāng)?shù)募畲胧?，充分調(diào)動員工的工作熱情，不斷提升自己的業(yè)務(wù)水平，以適應(yīng)石化企業(yè)的自動化控制技術(shù)管理。

6 結(jié)束語

石化行業(yè)關(guān)系到人們的生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，加強(qiáng)自動化控制技術(shù)的應(yīng)用，可以保證石化行業(yè)的安全、穩(wěn)定，并能更好地滿足儀表設(shè)備的檢測需求。著重介紹了自動化儀表的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，并對其幾個特殊的功能進(jìn)行分析，而后提出多種不同功能的自動化控制儀表在石油化工生產(chǎn)中的應(yīng)用方式，最后提出石油化工儀表中應(yīng)用自動化控制技術(shù)的相關(guān)建議，以期能夠不斷提高石油化工行業(yè)生產(chǎn)力。