淺析自動(dòng)化儀表在石化行業(yè)的應(yīng)用

　編者按：石化企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大也拉動(dòng)了自動(dòng)化儀表的市場(chǎng)需求，由于石化行業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境存在易燃、易爆、高溫、高壓等特殊性，生產(chǎn)裝置的運(yùn)行主要依靠自動(dòng)化儀表設(shè)備來(lái)代替人工操控，因此自動(dòng)化儀表的未來(lái)發(fā)展也需要結(jié)合石化行業(yè)的特色，向自動(dòng)化、防爆、隔爆、耐高溫、耐高壓方向發(fā)展。
　　
　　由于石化工業(yè)提供的三大合成材料與天然橡膠、棉花及鋼材等比較產(chǎn)量增加快，帶動(dòng)了建筑、汽車(chē)、機(jī)械、電子信息、輕工、紡織、農(nóng)業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，所以石化工業(yè)需求更加旺盛，這也促使石化技術(shù)快速發(fā)展，從而更促進(jìn)了石化工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展。
　　
　　石化裝置由于大型化、連續(xù)化及工藝過(guò)程復(fù)雜、易燃、易爆、對(duì)環(huán)境保護(hù)要求高等原因，安全性要求日益提高。現(xiàn)場(chǎng)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(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等，構(gòu)成了石化企業(yè)的自動(dòng)化解決方案。經(jīng)過(guò)幾代人從大干快上到聚精匯神搞建設(shè)的努力，石化企業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)利稅大戶，事關(guān)國(guó)計(jì)民生，它的點(diǎn)滴進(jìn)步都牽動(dòng)著我國(guó)工業(yè)化的步伐，我們應(yīng)該更多的研究它，絕不能滿足于成套設(shè)備進(jìn)口，自動(dòng)化行業(yè)的國(guó)人應(yīng)該有當(dāng)大型石化工程主自控承包商（MAC，或稱MIV主儀表供應(yīng)商）的雄心壯志。我們還要看到工藝、設(shè)備技術(shù)進(jìn)步之快，自動(dòng)化行業(yè)也應(yīng)緊跟
　　
　　應(yīng)用于石化行業(yè)的自動(dòng)化儀表分析：
　　
　　（1）溫度儀表石化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或管道內(nèi)介質(zhì)溫度一般都需要指示控制，溫度范圍為-200~ 1800℃，大多數(shù)采用接觸式測(cè)量，在現(xiàn)場(chǎng)指示的水銀玻璃溫度計(jì)多被雙金屬溫度計(jì)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(jì)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(dòng)狀態(tài)下測(cè)量高溫）、表面熱電偶（根據(jù)測(cè)量物體表面形狀而定），多點(diǎn)式熱電偶（用在反應(yīng)器、合成塔、轉(zhuǎn)化爐等處），防爆熱電偶等。熱電阻、熱電偶信號(hào)多直接進(jìn)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(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)興起而逐漸普及。

　　（2）壓力儀表

　　因壓力儀表與安全有關(guān)，所以一直受到重視。壓力范圍為負(fù)壓到300MPa（高壓聚乙烯反應(yīng)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(zhì)、脈動(dòng)介質(zhì)、腐蝕介質(zhì)、粘稠狀、粉狀、易結(jié)晶介質(zhì)的壓力測(cè)量，精度可達(dá)0.1級(jí)。壓力表分液柱式、彈性式、活塞式（壓力校驗(yàn)儀）3類。作為壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)除采用壓力變送器將信號(hào)送至DCS或其它調(diào)節(jié)器外，位移平衡式基地式調(diào)節(jié)器仍常用于現(xiàn)場(chǎng)。

　　（3）物位儀表

　　在石化行業(yè)一般以液位測(cè)量為主，由于測(cè)量過(guò)程與被測(cè)物料特性關(guān)系密切，所以除浮力式儀表外，物料儀表沒(méi)有通用產(chǎn)品，按測(cè)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(dá)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(dá)式（0.3%）、磁致伸縮式（0.05%）以及矩陣渦流式液位計(jì)（±1mm）精度高，在石化行業(yè)的應(yīng)用逐步普及。

　　（4）流量?jī)x表

　　這是石化行業(yè)溫、壓、液（位）、流四大參數(shù)中內(nèi)容zui豐富的一個(gè)門(mén)類。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的今天對(duì)流量計(jì)量的重視是不言而喻的，從控制的角度看穩(wěn)定和優(yōu)化兩大永恒的主題，也要用流量來(lái)考核。而流量本身與流體及管道的關(guān)系又十分密切。我們今天說(shuō)的流量，不是一般的流速，是單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)有效截面的流體的體積和質(zhì)量，另外還需要求知管道中一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)的累積流體的體積和質(zhì)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(zhì)的流量；高粘度介質(zhì)強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的流量；粉料、粘污介質(zhì)的流量；脈動(dòng)流、多相流等流量。流量測(cè)量原理上大致分有速度法、容積法測(cè)量體積流量，直接法、推導(dǎo)法測(cè)量質(zhì)量流量。實(shí)際上細(xì)分有節(jié)流式或差壓式（孔板、噴嘴、文丘里管等）、轉(zhuǎn)子式、容積式（橢圓齒輪、腰輪、旋轉(zhuǎn)活塞等）、速度式（水表、渦輪、靶式、電磁、超聲波、渦街、質(zhì)量流量計(jì)等）。差壓式還有畢托管、阿牛巴管、內(nèi)錐等，質(zhì)量流量計(jì)有熱式質(zhì)量流量計(jì)、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)等。在諸多流量計(jì)中，國(guó)內(nèi)對(duì)電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)、內(nèi)錐流量計(jì)近年來(lái)推廣力量較大。實(shí)際上，在管道化生產(chǎn)中，孔板 差壓變送器和一體化孔板流量計(jì)等仍為主要測(cè)量控制流量的手段。日本1997年統(tǒng)計(jì)，石化和天然氣工廠中孔板等差壓式流量計(jì)占44.7%~58%。當(dāng)然各種流量計(jì)應(yīng)用場(chǎng)合不同，有些是不可取代的，如科氏流量計(jì)精度可達(dá)±0.2%，所以各類流量計(jì)有著各自的*。

　　（5）在線過(guò)程分析儀

　　從工藝上看，生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)的保證，只是間接保證zui終產(chǎn)品或中間產(chǎn)品的質(zhì)量合格，所以對(duì)過(guò)程中物料成分的直接分析和對(duì)zui終產(chǎn)品的成分分析是非常重要的。又從環(huán)境保護(hù)的角度看，排放的物質(zhì)也是要分析和在線監(jiān)測(cè)的。總之，對(duì)于分析儀器和在線過(guò)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(duì)多學(xué)科配合要求高等，使得近年來(lái)分析儀器的科研和應(yīng)用投入力量大，主要有液相色譜、氣相色譜、質(zhì)譜、紫外及紅外光譜、核磁、電鏡、原子吸收及等離子發(fā)射光譜、電化學(xué)等分析儀器。在乙烯等裝置中用工業(yè)色譜儀作為在線質(zhì)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(zhì)譜儀可以在幾秒鐘內(nèi)分析多種組分，并經(jīng)計(jì)算機(jī)算出轉(zhuǎn)化率。在線質(zhì)量分析儀的預(yù)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(nèi)測(cè)定汽油、柴油等十幾種質(zhì)量參數(shù)，而且比傳統(tǒng)的辛烷值等測(cè)定方法節(jié)省投資，這在國(guó)內(nèi)將得到推廣；NIR在石化裝置方面應(yīng)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(diào)合中用處也很大。此外，pH值、電導(dǎo)率、濁度、溶解氧及水和氣體中有害化學(xué)物質(zhì)特別是重金屬和SO2、NO、CO、CO2等的分析儀，對(duì)石化工藝和環(huán)境監(jiān)測(cè)也很重要。（6）執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)構(gòu)成。石化行業(yè)經(jīng)常使用的是氣動(dòng)執(zhí)行器，少數(shù)液動(dòng)執(zhí)行器，其中氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥又是zui常用的，另有少數(shù)氣動(dòng)活塞、氣動(dòng)長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥與電氣閥門(mén)定位器配合使用，所以新一代智能式電氣閥門(mén)定位器，可以幫助改善調(diào)節(jié)閥性能。調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的重要性自不待言，有資料表明，1級(jí)閥門(mén)失效為超過(guò)1千萬(wàn)美元的不可避免的損失，2級(jí)閥門(mén)失效為超過(guò)10萬(wàn)美元的不可避免的損失。調(diào)節(jié)閥的特性計(jì)算、標(biāo)準(zhǔn)制定、測(cè)試驗(yàn)證及設(shè)計(jì)選用，一直是關(guān)鍵技術(shù)。另外，與儀表制造行業(yè)有關(guān)的通用化、組合化、多功能化也受到重視。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（閥）由閥體、閥芯、閥座、上閥蓋等構(gòu)成，其中閥芯有平板、柱塞、開(kāi)口3種類型。按閥體結(jié)構(gòu)分調(diào)節(jié)閥的產(chǎn)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(guó)內(nèi)主要品種比較齊全，碳鋼調(diào)節(jié)閥在煉油石化企業(yè)中應(yīng)用較多，特殊材質(zhì)和特殊要求的調(diào)節(jié)閥還依靠進(jìn)口。

　　zui后應(yīng)指出，在石化行業(yè)，手輪機(jī)構(gòu)及旁路、切斷閥等手動(dòng)措施、應(yīng)急措施是很有必要的。總的情況是煉油企業(yè)使用國(guó)產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)儀表比較普遍；乙烯等石化企業(yè)由于國(guó)外成套進(jìn)口較多，近年來(lái)也在推進(jìn)部分檢測(cè)儀表和調(diào)節(jié)閥使用國(guó)產(chǎn)儀表和合資生產(chǎn)儀表的工作。另外，我國(guó)是制造大國(guó)，溫、壓、液、流檢測(cè)儀表與執(zhí)行器的價(jià)格在中、低端產(chǎn)品市場(chǎng)上還是有競(jìng)爭(zhēng)力的，如調(diào)節(jié)閥等就有一定數(shù)量的出口，這也引起了有關(guān)方面的重視。關(guān)于采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)方面的情況是：現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室的聯(lián)絡(luò)信號(hào)以4~20mADC為主，采用HART信號(hào)約占40%~50%，另有5%~10%為FF等現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)，在上海賽科、惠州殼牌的大型乙烯聯(lián)合裝置中也只有25%采用FF信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)儀表（14375臺(tái)/16000臺(tái)），但石化工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)儀表，向著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的方向發(fā)展的步伐是堅(jiān)定的。

　　除了石化行業(yè)外，能源行業(yè)對(duì)自動(dòng)化儀表的需求也十分明顯。我國(guó)目前仍是以煤炭作為主要能源，隨著節(jié)能減排理念的普及，潔凈煤技術(shù)及能源利用技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái)。這就對(duì)自動(dòng)化儀表提出了更高的要求。而水力發(fā)電、石化能、太陽(yáng)能等能源，也為自動(dòng)化儀表發(fā)展帶來(lái)了廣闊空間。因此向用電、熱電聯(lián)供和集中供熱轉(zhuǎn)變、開(kāi)發(fā)新的能源終端消費(fèi)結(jié)構(gòu)、能量計(jì)量收費(fèi)管理等自動(dòng)化技術(shù)都將成為未來(lái)發(fā)展的重要發(fā)力點(diǎn)。