自動(dòng)化儀表在化工行業(yè)的選型與應(yīng)用

隋博

摘 要：自控儀表系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中肩負(fù)著數(shù)據(jù)采集、分析、存檔、控制以及監(jiān)視等多方面任務(wù)，而自控儀表又分為兩部分，即自動(dòng)化控制系統(tǒng)與自動(dòng)化儀表。其中，自動(dòng)化儀表的選擇與使用直接影響化工生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定。安全生產(chǎn)是化工行業(yè)賴以生存的基石，因此，本文探討了化工行業(yè)中自動(dòng)化儀表的種類、選型及應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：化工行業(yè);自動(dòng)化儀表;種類;選型

中圖分類號(hào)：TB77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）05-0035-02

Abstract： Auto-control instrumentation system plays many roles in chemical production， such as data acquisition， analysis， archiving， control and monitoring. Auto-control instrumentation is divided into two parts， namely， automatic control system and automatic instrumentation. Among them， the choice and use of automatic instruments directly affect the safety and stability of chemical production. Safety in production is the cornerstone for the survival of the chemical industry. Therefore， this paper discussed the types， selection and application of automation instruments in the chemical industry for reference.

Keywords： chemical industry;automatic instrument;type;model selection

在化工行業(yè)中，無(wú)論是流程工業(yè)還是間歇性生產(chǎn)，都不可避免地要用到自動(dòng)化生產(chǎn)裝置或者系統(tǒng)。在科技高速發(fā)展的今天，儀表已和以前不太一樣，變得更加精確，更加穩(wěn)定，合理選型、科學(xué)應(yīng)用儀表有助于化工企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展;反之，如果選型不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)計(jì)量不準(zhǔn)或者系統(tǒng)跳車等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)＜肮ぷ魅藛T生命安全。

1 自動(dòng)化儀表行業(yè)背景

在20世紀(jì)50年代之前，技術(shù)不夠發(fā)達(dá)，工業(yè)儀表主要以液動(dòng)式、機(jī)械式這兩種類型存在。由于這兩種類型的體積龐大且功能單一，只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的指示和記錄。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，集成電路與嵌入式芯片的革新，系統(tǒng)總線技術(shù)的興起，自動(dòng)化儀表日漸朝著標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、集成化方向推進(jìn)。時(shí)至今日，單從外觀已很難分辨測(cè)量原理，但是萬(wàn)變不離其宗，儀表仍然由傳感器和變送器組成，有些儀表嵌入了控制器的部分功能[1]。

2 自動(dòng)化儀表的種類

2.1 壓力儀表

壓力儀表分為就地壓力表、壓力變送器、差壓變送器三大類。就地壓力表一般為彈簧管壓力表，在小壓力情況下可選擇膜盒壓力表。壓力變送器與差壓變送器主要是使用硅諧振傳感器，比如，EJA的單晶硅諧振傳感器。壓力儀表的一般安裝方式分為引壓管安裝和螺紋安裝，測(cè)量腐蝕性介質(zhì)也可使用隔膜安裝。

2.2 溫度儀表

溫度儀表分為就地溫度計(jì)、溫度變送器兩大類。就地溫度計(jì)一般為雙金屬溫度計(jì)，也有電子式數(shù)顯溫度計(jì)。溫度變送器一般由感溫元件和變送單元組成。感溫元件一般為熱電阻或熱電偶，也有采用數(shù)字式傳感器，如18B20等。變送單元主要將感溫元件的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成DDZ Ⅲ型儀表標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。針對(duì)溫度儀表的安裝，一般配溫度計(jì)保護(hù)套管[2]。

2.3 流量?jī)x表

流量?jī)x表分為就地流量計(jì)和流量變送器兩大類。就地流量計(jì)一般為浮子流量計(jì)、葉輪式流量計(jì)、容積式流量計(jì)，這幾種流量計(jì)在沒(méi)有供電的情況下仍然可以工作。流量變送器種類豐富，按照原理分為體積流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)，最常見(jiàn)的是節(jié)流差壓式流量計(jì)，如孔板流量計(jì)、文丘里管流量計(jì)、楔形流量計(jì)等，還有電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)、金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)、靶式流量計(jì)以及超聲波流量計(jì)等。以上流量計(jì)測(cè)量值均為體積流量，要轉(zhuǎn)換成質(zhì)量流量，需引入溫壓補(bǔ)償或者密度系數(shù)換算。另外還有一些流量計(jì)可直接獲得質(zhì)量流量，如科里奧利質(zhì)量流量計(jì)、熱式質(zhì)量流量計(jì)等。

2.4 液位儀表

液位儀表分為就地液位計(jì)和液位變送器兩大類。就地液位計(jì)一般為石英玻璃管液位計(jì)和磁翻板液位計(jì)。液位變送器可分為接觸式和非接觸式兩部分，一般有遠(yuǎn)傳磁翻板液位計(jì)、浮筒液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)、差壓式液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、射頻導(dǎo)納液位計(jì)以及超聲波液位計(jì)等。

2.5 其他儀表

除了上述儀表，還有一些其他儀表，如PH計(jì)、電導(dǎo)率儀、在線分析儀表以及化驗(yàn)室分析儀表等。其一般起到監(jiān)測(cè)作用，為控制結(jié)果提供反饋。

3 自動(dòng)化儀表的選型

從以上分析可以看出，儀表的測(cè)量原理非常多樣，不同的工況應(yīng)選擇不同的儀表，如果使用不當(dāng)，可能造成嚴(yán)重的后果。

3.1 工藝目標(biāo)

由于化工企業(yè)被測(cè)變量物料性質(zhì)不同要綜合考量，使用儀表的原理、材質(zhì)、測(cè)量方式。選型時(shí)應(yīng)著重考慮物料的工藝性質(zhì)，包括并不僅限于狀態(tài)、密度、操作溫度、操作壓力、正常工況數(shù)據(jù)、最大值以及最小值、物料組成、相對(duì)分子質(zhì)量、電導(dǎo)率、黏度、酸堿性以及腐蝕性等數(shù)據(jù)。通過(guò)分析以上數(shù)據(jù)，首先要確定測(cè)量形式，再進(jìn)行材質(zhì)選型，最后根據(jù)其他要求確定附件規(guī)格。另外，還要分析工藝介質(zhì)的變動(dòng)性。由于批次不同，介質(zhì)物理特性與化學(xué)特性也會(huì)有所變化，要綜合分析選擇。在高溫、高壓或重度危險(xiǎn)源處使用的儀表，也要特殊考慮。

3.2 經(jīng)濟(jì)性

儀表選型應(yīng)合理考慮經(jīng)濟(jì)性，儀表材質(zhì)的選擇并不是越高越好，常規(guī)儀表的接液部分材質(zhì)一般選擇比管道材質(zhì)高一個(gè)等級(jí)的材質(zhì)，若材質(zhì)價(jià)格較高也可與管道同等級(jí)配置。在工藝允許的情況下，可通過(guò)膜片鍍金、襯聚四氟乙烯等工藝替代鉭、鉑、哈氏合金等貴金屬。此外，對(duì)價(jià)格影響較大的是精度，精度越高，價(jià)格越貴，建議選擇合理的精度，沒(méi)有必要盲目追求高精度[3]。

3.3 智能化

自動(dòng)化儀表的智能化一般指兩方面：①儀表本身測(cè)量的多樣性和數(shù)據(jù)處理能力;②儀表自我診斷能力和通信能力。當(dāng)代儀表智能程度已經(jīng)很高，一臺(tái)電磁流量計(jì)，內(nèi)部可能集成了溫度傳感器、壓力傳感器、密度傳感器以及電導(dǎo)率傳感器等多個(gè)傳感器。經(jīng)過(guò)內(nèi)部運(yùn)算，這些數(shù)據(jù)通過(guò)總線可全部上傳到上位機(jī)，可實(shí)現(xiàn)一表多用，準(zhǔn)確性也較高。

3.4 安裝方式

安裝方式對(duì)儀表測(cè)量的影響非常大，即使同一種測(cè)量原理的儀表，不同廠家的安裝要求也會(huì)不同，所以在安裝過(guò)程中，要綜合考慮安裝方式，比如：水平、豎直安裝。此外，要滿足直管段要求、滿管要求、法蘭要求以及震動(dòng)要求。安裝位置要便于檢修、維護(hù)、更換。

4 自動(dòng)化儀表的應(yīng)用

自動(dòng)化儀表的合理選型對(duì)其穩(wěn)定性、壽命有很大的影響，在石油化工、煤化工、精細(xì)化工中，信號(hào)采集是控制的龍頭。以下列示例對(duì)儀表選型的影響進(jìn)行說(shuō)明。

在某項(xiàng)目改造的過(guò)程中，主反應(yīng)裝置已就位，但是工藝要求在某物料滴加管道上加一臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)，由于管道不長(zhǎng)，且靠重力把物料壓下去，因此，儀表選型時(shí)受到管道長(zhǎng)度、空間、操作壓力不足等多方面的影響，安裝后試車時(shí)儀表運(yùn)行異常，顯示流量與實(shí)際流量不符。后經(jīng)分析，判斷是由于物料不滿管、表前壓力不足導(dǎo)致流量未達(dá)到設(shè)計(jì)流量。因?yàn)橐呀?jīng)試車，無(wú)法動(dòng)火變更管線，后來(lái)經(jīng)過(guò)工藝研究后決定將儀表前所有閥門全開，用表后的一個(gè)手閥控制物料要求，方能滿足要求。

5 結(jié)論

自動(dòng)化儀表的選型與應(yīng)用，對(duì)化工行業(yè)生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定至關(guān)重要。一代代的自控儀表人將時(shí)間和精力花費(fèi)在儀表選型之中，促使當(dāng)前儀表的智能化程度越來(lái)越高，安裝的要求越來(lái)越低，使材質(zhì)的選擇更具有經(jīng)驗(yàn)傳承性，安裝方式也具有指導(dǎo)性。相關(guān)人員要根據(jù)工藝指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性、智能化以及安裝方式的要求，合理選擇儀表，合理使用儀表，保證化工裝置生產(chǎn)穩(wěn)定有序長(zhǎng)久。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊振寰，武青.淺析自動(dòng)化儀表的前景[J].科技與創(chuàng)新，2018（4）：33-34.

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