淺析自動化儀表在石化行業的應用

　編者按：石化企業規模的擴大也拉動了自動化儀表的市場需求，由于石化行業的生產環境存在易燃、易爆、高溫、高壓等特殊性，生產裝置的運行主要依靠自動化儀表設備來代替人工操控，因此自動化儀表的未來發展也需要結合石化行業的特色，向自動化、防爆、隔爆、耐高溫、耐高壓方向發展。
　　
　　由于石化工業提供的三大合成材料與天然橡膠、棉花及鋼材等比較產量增加快，帶動了建筑、汽車、機械、電子信息、輕工、紡織、農業等相關產業的快速發展，所以石化工業需求更加旺盛，這也促使石化技術快速發展，從而更促進了石化工業自動化技術的快速發展。
　　
　　石化裝置由于大型化、連續化及工藝過程復雜、易燃、易爆、對環境保護要求高等原因，安全性要求日益提高。現場儀表、分析儀表、控制策略及依存的DCS、SIS，管控一體化依存的ERP及相應的計算機系統等，構成了石化企業的自動化解決方案。經過幾代人從大干快上到聚精匯神搞建設的努力，石化企業已經成為我國利稅大戶，事關國計民生，它的點滴進步都牽動著我國工業化的步伐，我們應該更多的研究它，絕不能滿足于成套設備進口，自動化行業的國人應該有當大型石化工程主自控承包商（MAC，或稱MIV主儀表供應商）的雄心壯志。我們還要看到工藝、設備技術進步之快，自動化行業也應緊跟
　　
　　應用于石化行業的自動化儀表分析：
　　
　　（1）溫度儀表石化現場設備或管道內介質溫度一般都需要指示控制，溫度范圍為-200~ 1800℃，大多數采用接觸式測量，在現場指示的水銀玻璃溫度計多被雙金屬溫度計取代，zui常用的是熱電阻、熱電偶。特殊熱電阻有油罐平均溫度計等；特殊熱電偶有耐磨熱電偶（如在乙烯裂解爐、催化裂化及丙烯腈裝置用高速流動狀態下測量高溫）、表面熱電偶（根據測量物體表面形狀而定），多點式熱電偶（用在反應器、合成塔、轉化爐等處），防爆熱電偶等。熱電阻、熱電偶信號多直接進入DCS或其它溫度采集儀表，一體化的溫度變送器（兩線制）等因現場總線技術興起而逐漸普及。

　　（2）壓力儀表

　　因壓力儀表與安全有關，所以一直受到重視。壓力范圍為負壓到300MPa（高壓聚乙烯反應器）。壓力傳感器、變送器和特種壓力儀表采用多種原理，而且可用于高溫介質、脈動介質、腐蝕介質、粘稠狀、粉狀、易結晶介質的壓力測量，精度可達0.1級。壓力表分液柱式、彈性式、活塞式（壓力校驗儀）3類。作為壓力調節系統除采用壓力變送器將信號送至DCS或其它調節器外，位移平衡式基地式調節器仍常用于現場。

　　（3）物位儀表

　　在石化行業一般以液位測量為主，由于測量過程與被測物料特性關系密切，所以除浮力式儀表外，物料儀表沒有通用產品，按測量方式分為直讀式、浮力式、靜壓式（差壓、壓力）、電接觸式、電容式、超聲波式、雷達式、重垂式、輻射式、激光式、音叉式、磁致伸縮式、矩陣渦流式等，其中雷達式（0.3%）、磁致伸縮式（0.05%）以及矩陣渦流式液位計（±1mm）精度高，在石化行業的應用逐步普及。

　　（4）流量儀表

　　這是石化行業溫、壓、液（位）、流四大參數中內容zui豐富的一個門類。在市場經濟發展的今天對流量計量的重視是不言而喻的，從控制的角度看穩定和優化兩大永恒的主題，也要用流量來考核。而流量本身與流體及管道的關系又十分密切。我們今天說的流量，不是一般的流速，是單位時間內流經有效截面的流體的體積和質量，另外還需要求知管道中一段時間內流過的累積流體的體積和質量（流量積算儀）。面臨的要求是：大口徑流量、微小流量；高、低溫介質的流量；高粘度介質強腐蝕介質的流量；粉料、粘污介質的流量；脈動流、多相流等流量。流量測量原理上大致分有速度法、容積法測量體積流量，直接法、推導法測量質量流量。實際上細分有節流式或差壓式（孔板、噴嘴、文丘里管等）、轉子式、容積式（橢圓齒輪、腰輪、旋轉活塞等）、速度式（水表、渦輪、靶式、電磁、超聲波、渦街、質量流量計等）。差壓式還有畢托管、阿牛巴管、內錐等，質量流量計有熱式質量流量計、科里奧利質量流量計等。在諸多流量計中，國內對電磁流量計、超聲波流量計、質量流量計、內錐流量計近年來推廣力量較大。實際上，在管道化生產中，孔板 差壓變送器和一體化孔板流量計等仍為主要測量控制流量的手段。日本1997年統計，石化和天然氣工廠中孔板等差壓式流量計占44.7%~58%。當然各種流量計應用場合不同，有些是不可取代的，如科氏流量計精度可達±0.2%，所以各類流量計有著各自的*。

　　（5）在線過程分析儀

　　從工藝上看，生產過程中對溫度、壓力、流量、液位等工藝參數的保證，只是間接保證zui終產品或中間產品的質量合格，所以對過程中物料成分的直接分析和對zui終產品的成分分析是非常重要的。又從環境保護的角度看，排放的物質也是要分析和在線監測的。總之，對于分析儀器和在線過程分析儀的需求是迫切的。除去需求旺盛外，分析儀器的高科技含量，特別是對多學科配合要求高等，使得近年來分析儀器的科研和應用投入力量大，主要有液相色譜、氣相色譜、質譜、紫外及紅外光譜、核磁、電鏡、原子吸收及等離子發射光譜、電化學等分析儀器。在乙烯等裝置中用工業色譜儀作為在線質量分析儀，用微量水分析儀分析乙烯裂解裝置中各種干燥氣體的水分。在丙烯腈裝置中，使用質譜儀可以在幾秒鐘內分析多種組分，并經計算機算出轉化率。在線質量分析儀的預處理部分近年也受到重視。近紅外（NIR）在線分析儀在煉油方面可在幾秒鐘或1~2min內測定汽油、柴油等十幾種質量參數，而且比傳統的辛烷值等測定方法節省投資，這在國內將得到推廣；NIR在石化裝置方面應用也很廣，如聚乙烯、聚丙烯等裝置的在線分析；另外在油品調合中用處也很大。此外，pH值、電導率、濁度、溶解氧及水和氣體中有害化學物質特別是重金屬和SO2、NO、CO、CO2等的分析儀，對石化工藝和環境監測也很重要。（6）執行器由執行機構和調節機構聯動構成。石化行業經常使用的是氣動執行器，少數液動執行器，其中氣動薄膜調節閥又是zui常用的，另有少數氣動活塞、氣動長行程執行機構。氣動薄膜調節閥與電氣閥門定位器配合使用，所以新一代智能式電氣閥門定位器，可以幫助改善調節閥性能。調節閥在系統中的重要性自不待言，有資料表明，1級閥門失效為超過1千萬美元的不可避免的損失，2級閥門失效為超過10萬美元的不可避免的損失。調節閥的特性計算、標準制定、測試驗證及設計選用，一直是關鍵技術。另外，與儀表制造行業有關的通用化、組合化、多功能化也受到重視。調節機構（閥）由閥體、閥芯、閥座、上閥蓋等構成，其中閥芯有平板、柱塞、開口3種類型。按閥體結構分調節閥的產品有直通單座、直通雙座、角型、三通型、隔膜型、軟管閥、閥體分離閥、凸輪撓曲閥、蝶閥、超高壓閥、球閥、籠形閥等。目前國內主要品種比較齊全，碳鋼調節閥在煉油石化企業中應用較多，特殊材質和特殊要求的調節閥還依靠進口。

　　zui后應指出，在石化行業，手輪機構及旁路、切斷閥等手動措施、應急措施是很有必要的。總的情況是煉油企業使用國產現場儀表比較普遍；乙烯等石化企業由于國外成套進口較多，近年來也在推進部分檢測儀表和調節閥使用國產儀表和合資生產儀表的工作。另外，我國是制造大國，溫、壓、液、流檢測儀表與執行器的價格在中、低端產品市場上還是有競爭力的，如調節閥等就有一定數量的出口，這也引起了有關方面的重視。關于采用現場總線技術方面的情況是：現場儀表與控制室的聯絡信號以4~20mADC為主，采用HART信號約占40%~50%，另有5%~10%為FF等現場總線信號，在上海賽科、惠州殼牌的大型乙烯聯合裝置中也只有25%采用FF信號的現場儀表（14375臺/16000臺），但石化工業現場儀表，向著數字化、智能化、網絡化、集成化的方向發展的步伐是堅定的。

　　除了石化行業外，能源行業對自動化儀表的需求也十分明顯。我國目前仍是以煤炭作為主要能源，隨著節能減排理念的普及，潔凈煤技術及能源利用技術逐漸發展起來。這就對自動化儀表提出了更高的要求。而水力發電、石化能、太陽能等能源，也為自動化儀表發展帶來了廣闊空間。因此向用電、熱電聯供和集中供熱轉變、開發新的能源終端消費結構、能量計量收費管理等自動化技術都將成為未來發展的重要發力點。