石油化工儀表中的自動(dòng)化控制技術(shù)研究

衣巖

摘要：工業(yè)工廠生產(chǎn)逐漸都朝智能化儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)方向發(fā)展，文章主要對(duì)石油化工儀表中的自動(dòng)化控制技術(shù)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：石油化工儀表；自動(dòng)化控制；控制系統(tǒng)；自動(dòng)檢測(cè)儀表；變送器

中圖分類號(hào)：TQ056 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）02-0008-03

1 概述

自動(dòng)化儀表的智能化，使儀表本身性能從整體上得到了改善。智能化的普遍使儀表不再單一地以一種結(jié)構(gòu)運(yùn)作，使其適應(yīng)性和功能都得到了提升。對(duì)設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅要考慮到功能的多樣化，也要考慮到提高工作效率。本文根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)石油化工儀表中的自動(dòng)化控制技術(shù)進(jìn)行深入探討和分析，以便為以后的研究提供參考。

2 石油化工儀表中的控制系統(tǒng)

隨著科技的發(fā)展，儀表系統(tǒng)也開(kāi)始步入了數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的范圍內(nèi)。特別是在石油化工企業(yè)中，自動(dòng)檢測(cè)儀表更是需要系統(tǒng)的提升。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，就要適應(yīng)這些要求而使變送器快速發(fā)展起來(lái)，所以變送器肯定就是數(shù)字化儀表。比起一般變送器的性能，數(shù)字化儀表從分辨力、安全性能和穩(wěn)定性能來(lái)說(shuō)都要高出很多，并且其結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單。從進(jìn)出口貿(mào)易中的商品計(jì)量精確度來(lái)講，我國(guó)一直都在研究并提高著產(chǎn)品的質(zhì)量。一般在石化出廠的產(chǎn)品精確度為＋0.1%或者更高。在對(duì)產(chǎn)品加強(qiáng)管理的同時(shí)，也為了使出口產(chǎn)品質(zhì)量能比現(xiàn)在的產(chǎn)品或能與國(guó)際產(chǎn)品相抗衡，從而對(duì)在線油品質(zhì)量分析儀和在線氣相或液相色譜儀等儀表加大了使用量。以便得到的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確，從而提升產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。

2.1 DCS與FCS系統(tǒng)

我國(guó)在石化和石油化工系統(tǒng)中已經(jīng)使用了3000多套DCS。而石化中應(yīng)用的DCS就有一半之多?，F(xiàn)代科技的發(fā)展也使DCS系統(tǒng)在一直不斷地推出新產(chǎn)品，與傳統(tǒng)的DCS相比，新產(chǎn)品在數(shù)字化智能控制、兼容性和OPC等系統(tǒng)的應(yīng)用上都變得更開(kāi)放了。從而使得不同型號(hào)和不同廠商生產(chǎn)的DCS都能相互進(jìn)行聯(lián)結(jié)，能組成大規(guī)模和由自動(dòng)化控制的網(wǎng)絡(luò)管理控制體系。這樣的系統(tǒng)變得更加容易控制，也使性能變得更加強(qiáng)大。

2.2 新型DCS系統(tǒng)

煉油裝置中生產(chǎn)出來(lái)的成品油和半成品油在經(jīng)過(guò)調(diào)和后就會(huì)儲(chǔ)存運(yùn)輸出廠，這是石油化工過(guò)程煉油廠的最后一道工藝。對(duì)石化企業(yè)的油品貯運(yùn)系統(tǒng)使用DCS系統(tǒng)，不僅加強(qiáng)了自動(dòng)化控制，也使管理變的容易了。我國(guó)在石化企業(yè)中用了DCS系統(tǒng)來(lái)控制，對(duì)其他新建裝置也采用了DCS來(lái)加強(qiáng)控制和管理。但對(duì)于如此重視和加強(qiáng)使用的設(shè)備中，還是有很多企業(yè)無(wú)法完全地利用DCS的所有功能。這不僅造成了大量資源的浪費(fèi)，由于使用率下降而造成自動(dòng)化系統(tǒng)變得復(fù)雜并顯得冗余。但我國(guó)自主生產(chǎn)的DCS新一代系統(tǒng)中配備了一些專門軟件，此軟件是適合于我國(guó)石化企業(yè)特色生產(chǎn)過(guò)程的。這樣的新一代DCS系統(tǒng)功能還在不斷增強(qiáng)，可靠性也會(huì)越來(lái)

越高。

石化企業(yè)在催化裂化和加氫裂化等煉油生產(chǎn)裝置中采用了DCS系統(tǒng)來(lái)控制，后來(lái)在乙烯裝置中也采用了DCS控制，對(duì)全廠各生產(chǎn)裝置進(jìn)行監(jiān)視和管理。而控制管理等操作都集中在一個(gè)控制室內(nèi)進(jìn)行，因?yàn)楝F(xiàn)在的新一代DCS控制系統(tǒng)可構(gòu)成多工段，并采用了多集控單元，能綜合管理并控制綜合信息自動(dòng)化系統(tǒng)。這些都是新型DCS系統(tǒng)的成果，而以后還會(huì)變得更完善。

2.3 總線控制系統(tǒng)

全數(shù)字化、開(kāi)放性、智能化和微型化是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。這已經(jīng)成為了現(xiàn)代新型石化企業(yè)的發(fā)展方向。如今FCS自動(dòng)化控制的應(yīng)用變得越來(lái)越廣，對(duì)其設(shè)備的操作和功能的開(kāi)發(fā)也變得越來(lái)越完善。從而使得現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的發(fā)展空間變得越來(lái)越寬闊。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前的大部分石化企業(yè)的系統(tǒng)還是在應(yīng)用FCS控制著企業(yè)生產(chǎn)裝置?，F(xiàn)場(chǎng)總線的控制工作是在現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)中完成的。局域網(wǎng)的功能是使得多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相互交換信息，其中的信息容量是相當(dāng)大的，也可實(shí)現(xiàn)相互間的信息共享功能。現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)技術(shù)信息共享，這就可以對(duì)所有制造商和用戶公開(kāi)化。FCS智能型現(xiàn)場(chǎng)儀表的測(cè)量和控制精確度都是有保障的。工作時(shí)是采用雙向數(shù)字通信，使得系統(tǒng)的可靠性提高，也使得系統(tǒng)的調(diào)試和組態(tài)能方便地進(jìn)行。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表還是有著統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的，每個(gè)不同的廠家要按照標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)產(chǎn)品，就可以相互交換或相互連接。即插即用，不僅能方便設(shè)備的提升更新，也能使系統(tǒng)更大規(guī)模地?cái)U(kuò)展。這樣的設(shè)備除了有基本的功能外，還具有控制和運(yùn)算的功能。這就能方便地進(jìn)行分散控制管理。每一條總線可以連接多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表，節(jié)省電纜的同時(shí)也節(jié)省了大規(guī)模安裝、調(diào)試和維修系統(tǒng)等的復(fù)雜工序，也更多地節(jié)省了其中的費(fèi)用。

3 具體分析

3.1 檢測(cè)執(zhí)行儀表方面

石化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或者管道內(nèi)界質(zhì)溫度一般都在

－200℃～1800℃之間。現(xiàn)場(chǎng)的水銀玻璃溫度計(jì)都會(huì)被雙金屬溫度計(jì)取代。熱電阻和熱電偶信號(hào)都會(huì)直接進(jìn)入DCS中。在所有儀表中壓力儀表是最受重視的，因?yàn)樗桥c人們的安全聯(lián)系最緊密的儀表。壓力傳感器和特殊壓力儀表都是采用很多原理生產(chǎn)的，能抵御住高溫，能在脈動(dòng)介質(zhì)、粉狀和易結(jié)晶介質(zhì)中測(cè)量壓力等。再?gòu)奈镂粌x表來(lái)講，石化行業(yè)都以液位測(cè)量為主，并且除了浮力式儀表外，物料儀表都沒(méi)有通用的產(chǎn)品。但從測(cè)量方式可分為浮力式、靜電式、超聲波式、電容式、磁致伸縮式和雷達(dá)式等等。儀表中還有流量?jī)x表、分析儀器、在線過(guò)程分析儀和執(zhí)行器等儀表。溫度、壓力、流量和液位都是工藝參數(shù)的保證，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中物料成分的分析和對(duì)最終產(chǎn)品的分析都是非常必要的。要對(duì)排放的物質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的分析，不能對(duì)環(huán)境造成污染。所以對(duì)分析儀表的要求還是很強(qiáng)烈的，而且對(duì)其的科技含量和特殊材料的要求也是很高的。目前我國(guó)對(duì)分析儀表的資金投入在增強(qiáng)，這也會(huì)使得產(chǎn)品的質(zhì)量越來(lái)越高。

3.2 控制策略

從如今的新一代DCS系統(tǒng)的變化可以看出，石化工業(yè)在自動(dòng)化連接控制、批量控制和順序控制等基本控制策略還是沒(méi)有改變。智能化算法如智能PID控制器和多變量控制等都已經(jīng)開(kāi)始普遍采用，其都是以DCS為基礎(chǔ)的控制，但也都可以獨(dú)立控制。

傳統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程都是一個(gè)裝置一個(gè)控制室，但現(xiàn)在幾乎都是多個(gè)裝置一個(gè)控制室或全廠都由一個(gè)控制中心進(jìn)行控制，并且都是以LCD屏幕或CRT顯示為主?，F(xiàn)在人機(jī)界面方面都在以DCS操作站屏幕為主，這樣能讓公益操作人員輕松地進(jìn)行操作。

石化裝置的工藝過(guò)程復(fù)雜，很容易發(fā)生火災(zāi)或爆炸等。因此對(duì)安全性的要求在不斷提升，若僅由DCS設(shè)備完成，則已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的要求了，如ESD系統(tǒng)就會(huì)在DCS之外單獨(dú)運(yùn)行。智能化和自動(dòng)化控制儀表不僅使得安全生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)，而且現(xiàn)在應(yīng)用的SIS系統(tǒng)都是以人性化和安全性為主的生產(chǎn)系統(tǒng)。不僅要緊抓安全生產(chǎn)，還要在生產(chǎn)線的危險(xiǎn)場(chǎng)所設(shè)置警報(bào)系統(tǒng)，一旦有可燃?xì)怏w或有毒氣體泄漏后能及時(shí)得到提醒。全廠的每個(gè)角落都要在火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)的監(jiān)控下，對(duì)重要的工藝裝置進(jìn)行控制和檢測(cè)。對(duì)安全系統(tǒng)的統(tǒng)一化管理是企業(yè)發(fā)展的方向。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)我國(guó)的石油化工儀表的自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展研究取得了很大的進(jìn)步。要以我國(guó)自由的特色生產(chǎn)為主，在安全生產(chǎn)的同時(shí)，設(shè)計(jì)和研究自己的自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)。在發(fā)展現(xiàn)有的信息系統(tǒng)的同時(shí)也要從企業(yè)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)為主進(jìn)行深入研究探討。提高企業(yè)自身對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)的水平，增強(qiáng)自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力是企業(yè)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯：王書柏）