化工儀表自動(dòng)化及在生產(chǎn)中的應(yīng)用

林曉（海南省洋浦技工學(xué)校，海南 儋州 578101）

化工儀表自動(dòng)化及在生產(chǎn)中的應(yīng)用

林曉（海南省洋浦技工學(xué)校，海南 儋州 578101）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，為化工自動(dòng)化生產(chǎn)提供了更大的便利，化工儀表是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的前提，如何把化工儀表自動(dòng)化的技術(shù)應(yīng)用好是重要的研究內(nèi)容之一。本文就自動(dòng)化控制原理及化工儀表在自動(dòng)化中的作用進(jìn)行分析，并通過化工生產(chǎn)設(shè)備精餾塔的自動(dòng)控制來詳述化工儀表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的過程，以體現(xiàn)出儀表自動(dòng)化控制對(duì)石化生產(chǎn)帶來的便利以及高效率。

化工；儀表；自動(dòng)化；控制；精餾塔

1 化工自動(dòng)化的控制原理

1.1 概念

所謂自動(dòng)化，就是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過

程自動(dòng)的按照給定的規(guī)律運(yùn)行，使被控對(duì)象的一個(gè)或幾個(gè)物理量按照預(yù)定的要求變化。

1.2 控制原理及組成

自動(dòng)控制的原理是在參照了人工調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來的，其控制理念仿照了人工操作控制的全過程。比如對(duì)保持某儲(chǔ)罐一定的液位值進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，人工調(diào)節(jié)的操作方法是：用眼睛觀察液位，在大腦中將觀察到的液位值與工藝要求的液位值進(jìn)行比較，當(dāng)指示值偏大，則用手將儲(chǔ)罐出口閥門開大；當(dāng)指示值偏小，則用手將儲(chǔ)罐出口閥門開小，最終確保液位值在所要求的高度。可見，人工調(diào)節(jié)過程是通過眼睛觀察，大腦分析判斷，手進(jìn)行操作的過程，如果用自動(dòng)化的裝置代替人的眼、腦和手去調(diào)節(jié)，就形成了自動(dòng)控制系統(tǒng)。一個(gè)簡單的控制系統(tǒng)必然包括被控制對(duì)象、檢測(cè)變送環(huán)節(jié)、控制器、執(zhí)行器等四個(gè)部分組成。

2 化工儀表與自動(dòng)化

化工儀表是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的前提和基礎(chǔ)，是組成自動(dòng)控制系統(tǒng)各部分的具體體現(xiàn)。根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)的組成，可把化工儀表分成幾類：測(cè)量變送儀表、控制儀表、執(zhí)行儀表、顯示報(bào)警儀表等。

2.1 測(cè)量變送儀表

其包括測(cè)量元件和變送元件，是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的檢測(cè)變送環(huán)節(jié)，測(cè)量儀表是自動(dòng)化系統(tǒng)

中的重要組成部分，系統(tǒng)的控制精度首先取決于測(cè)量儀表的檢測(cè)精度。主要檢測(cè)的工藝參數(shù)有：壓力、流量、溫度、液位等。根據(jù)測(cè)量儀表所測(cè)量的內(nèi)容，測(cè)量儀表可分為：壓力測(cè)量變送儀表、流量測(cè)量變送儀表、溫度測(cè)量變送儀表、液位測(cè)量變送儀表等。隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了以檢測(cè)產(chǎn)品物性和成分為主要檢測(cè)內(nèi)容的儀表，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的直接控制。

2.2 控制儀表

是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制器，控制儀表是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的核心裝置。檢測(cè)儀表將所測(cè)量的被

控參數(shù)轉(zhuǎn)換成電流或電壓信號(hào)送往控制器，控制器將測(cè)量信號(hào)與給定信號(hào)進(jìn)行比較產(chǎn)生偏差，并按照一定的調(diào)節(jié)規(guī)律去控制執(zhí)行器，最終使得被控參數(shù)保持在預(yù)設(shè)的要求內(nèi)。自動(dòng)化控制生產(chǎn)中常用的控制器為DDZ-Ⅲ型控制器，該控制器品種很多，有基型控制器，有與計(jì)算機(jī)控制聯(lián)用的控制器，還有為滿足各種復(fù)雜要求的特種控制器。控制器的輸入和輸出電信號(hào)為1～5V和4～20mA。其中4～20mA的輸出信號(hào)可通過250Ω精密電阻轉(zhuǎn)換成1～5V的電壓信號(hào)。目前控制器廣泛應(yīng)用的調(diào)節(jié)規(guī)律是PID調(diào)節(jié)，控制器的控制精密度主要看PID參數(shù)選擇合理性，PID參數(shù)的整定要通過專業(yè)技術(shù)人員的整定和優(yōu)化后才能投入使用。控制器必須要具備手自動(dòng)切換功能，在控制系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，要先進(jìn)行手動(dòng)輸入改變調(diào)節(jié)器的輸出，待系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后再改為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)自動(dòng)控制狀態(tài)出現(xiàn)狀況時(shí)，必須要切換到手動(dòng)狀態(tài)以防止系統(tǒng)失控。

2.3 執(zhí)行儀表

是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器，主要接受控制器送來的控制信號(hào)，去改變生產(chǎn)工藝中管道的物料流量，使生產(chǎn)過程按預(yù)定的要求正常進(jìn)行。執(zhí)行器可分為電動(dòng)、氣動(dòng)和液動(dòng)三類。工藝選擇可根據(jù)控制要求來選擇不同類型的調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行器，其中最常用的執(zhí)行器為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

2.4 顯示報(bào)警儀表

即信號(hào)聯(lián)鎖自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，是生產(chǎn)過程中的一種安全裝置。其雖然不是自動(dòng)化控制系統(tǒng)的

組成部分，但是在生產(chǎn)控制中也是必不可少的部分，該系統(tǒng)的信號(hào)源也是通過各種測(cè)量儀表獲得。當(dāng)信號(hào)識(shí)別部件接收到測(cè)量儀表發(fā)送來的工藝參數(shù)后，就會(huì)與設(shè)定值比較進(jìn)行判斷，一旦接收到的信號(hào)源與設(shè)定值發(fā)生偏差，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)即刻給出告警和切斷信號(hào)，以保護(hù)裝置的安全。

3 化工儀表自動(dòng)化在精餾塔的控制操作中的應(yīng)用

3.1 精餾塔的認(rèn)識(shí)

精餾塔主要是一個(gè)分離混合液體的設(shè)備，它廣泛應(yīng)用在石油化工生產(chǎn)中；精餾塔的工作原理就是利用混合液體不同組份的沸點(diǎn)不同，通過反復(fù)的部分汽化與部分冷凝，將混合液中不同組分達(dá)到分離的目的。

3.2 精餾塔在某石化生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)控制要求

在某化工企業(yè)里，精餾塔主要用來提純符合要求的溶劑供生產(chǎn)使用。在對(duì)精餾塔的控制操作中，首先要確定控制目標(biāo)：產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量、能量消耗等。其中質(zhì)量指標(biāo)是必要條件，在質(zhì)量指標(biāo)一定的條件下，應(yīng)使產(chǎn)品的產(chǎn)量盡可能提高，同時(shí)能量消耗盡可能最低。第二要清楚造成精餾塔擾動(dòng)的因素：進(jìn)料的提量和降量操作；溫度的影響；塔壓的波動(dòng)。

3.3 精餾塔的自動(dòng)控制回路

根據(jù)生產(chǎn)要求，在精餾塔105℃的溫度點(diǎn)處側(cè)采出的溶劑成分為生產(chǎn)所需溶劑。

所以在對(duì)該精餾塔的自動(dòng)控制操作中，主要以溫度控制為主，保證側(cè)線產(chǎn)品

采出處溫度為105℃。經(jīng)過對(duì)塔的控制要求及引起塔的擾動(dòng)的

分析。可以分為5個(gè)控制回路(如圖1所示)。

（1）塔釜液位控制

（2）塔釜進(jìn)料量控制

（3）塔頂采出量控制

（4）塔頂回流量控制

（5）塔側(cè)線采出量控制

圖1

在上述的控制方案中，5個(gè)控制回路在塔生產(chǎn)未達(dá)到平穩(wěn)前，控制器都應(yīng)該改為手動(dòng)狀態(tài)，通過手動(dòng)輸入改變調(diào)節(jié)器的輸出，直到各指標(biāo)平穩(wěn)后，控制器才能改為自動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)生產(chǎn)需要，對(duì)精餾塔經(jīng)常要做提量和降量的操作，該操作是造成精餾塔不能平穩(wěn)生產(chǎn)的最大干擾，對(duì)5個(gè)控制回路的操作步驟一般是：在提量和降量前，5個(gè)控制回路要改成手動(dòng)控制狀態(tài)，然后手動(dòng)給信號(hào)調(diào)節(jié)進(jìn)料閥的開度，增量或降量，同時(shí)相應(yīng)調(diào)節(jié)蒸汽閥開度，升溫升壓或降溫降壓，對(duì)溶劑各組份進(jìn)行分離生產(chǎn)，待到塔壓、塔溫、塔液位慢慢穩(wěn)定后逐步調(diào)節(jié)塔頂采出閥和塔頂回流閥，再等待塔壓、塔溫、塔液位恢復(fù)穩(wěn)定，便可以逐漸調(diào)節(jié)側(cè)采合格溶劑閥門，繼續(xù)等待塔壓、塔溫、塔液位恢復(fù)穩(wěn)定。依次反復(fù)手動(dòng)操作，直到進(jìn)料量調(diào)節(jié)到了生產(chǎn)需求，塔壓、塔溫、塔液位都處于穩(wěn)定狀態(tài)，便可以逐一對(duì)5個(gè)控制回路的控制器投自動(dòng)控制狀態(tài)。

4 結(jié)語

化工儀表自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，極大的提高了現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)控制水平，但是按照目前自動(dòng)化控制在化工企業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用上，還具有很大的技術(shù)上升空間，仍需要繼續(xù)努力提升化工儀表自動(dòng)化控制技術(shù)在化工生產(chǎn)中的的應(yīng)用能力。

[1]樂建波.化工儀表及自動(dòng)化（第三版）北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010

[2]潘永湘.過程控制與自動(dòng)化儀表（第二版）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007

[3]黃永杰.精餾塔自動(dòng)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)化工技術(shù)與開發(fā)，2012年1月