自動化儀表在化工行業的選型與應用

隋博

摘 要：自控儀表系統在化工生產中肩負著數據采集、分析、存檔、控制以及監視等多方面任務，而自控儀表又分為兩部分，即自動化控制系統與自動化儀表。其中，自動化儀表的選擇與使用直接影響化工生產的安全與穩定。安全生產是化工行業賴以生存的基石，因此，本文探討了化工行業中自動化儀表的種類、選型及應用，以供參考。

關鍵詞：化工行業;自動化儀表;種類;選型

中圖分類號：TB77 文獻標識碼：A 文章編號：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

在化工行業中，無論是流程工業還是間歇性生產，都不可避免地要用到自動化生產裝置或者系統。在科技高速發展的今天，儀表已和以前不太一樣，變得更加精確，更加穩定，合理選型、科學應用儀表有助于化工企業的穩定發展;反之，如果選型不當，會出現計量不準或者系統跳車等現象，嚴重時甚至會危及工作人員生命安全。

1 自動化儀表行業背景

在20世紀50年代之前，技術不夠發達，工業儀表主要以液動式、機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，只能進行簡單的指示和記錄。隨著電子技術的發展，集成電路與嵌入式芯片的革新，系統總線技術的興起，自動化儀表日漸朝著標準化、智能化、集成化方向推進。時至今日，單從外觀已很難分辨測量原理，但是萬變不離其宗，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，測量腐蝕性介質也可使用隔膜安裝。

2.2 溫度儀表

溫度儀表分為就地溫度計、溫度變送器兩大類。就地溫度計一般為雙金屬溫度計，也有電子式數顯溫度計。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，也有采用數字式傳感器，如18B20等。變送單元主要將感溫元件的輸出信號轉換成DDZ Ⅲ型儀表標準信號。針對溫度儀表的安裝，一般配溫度計保護套管[2]。

2.3 流量儀表

流量儀表分為就地流量計和流量變送器兩大類。就地流量計一般為浮子流量計、葉輪式流量計、容積式流量計，這幾種流量計在沒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和質量流量計，最常見的是節流差壓式流量計，如孔板流量計、文丘里管流量計、楔形流量計等，還有電磁流量計、渦街流量計、金屬轉子流量計、靶式流量計以及超聲波流量計等。以上流量計測量值均為體積流量，要轉換成質量流量，需引入溫壓補償或者密度系數換算。另外還有一些流量計可直接獲得質量流量，如科里奧利質量流量計、熱式質量流量計等。

2.4 液位儀表

液位儀表分為就地液位計和液位變送器兩大類。就地液位計一般為石英玻璃管液位計和磁翻板液位計。液位變送器可分為接觸式和非接觸式兩部分，一般有遠傳磁翻板液位計、浮筒液位計、磁致伸縮液位計、差壓式液位計、雷達液位計、射頻導納液位計以及超聲波液位計等。

2.5 其他儀表

除了上述儀表，還有一些其他儀表，如PH計、電導率儀、在線分析儀表以及化驗室分析儀表等。其一般起到監測作用，為控制結果提供反饋。

3 自動化儀表的選型

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

3.1 工藝目標

由于化工企業被測變量物料性質不同要綜合考量，使用儀表的原理、材質、測量方式。選型時應著重考慮物料的工藝性質，包括并不僅限于狀態、密度、操作溫度、操作壓力、正常工況數據、最大值以及最小值、物料組成、相對分子質量、電導率、黏度、酸堿性以及腐蝕性等數據。通過分析以上數據，首先要確定測量形式，再進行材質選型，最后根據其他要求確定附件規格。另外，還要分析工藝介質的變動性。由于批次不同，介質物理特性與化學特性也會有所變化，要綜合分析選擇。在高溫、高壓或重度危險源處使用的儀表，也要特殊考慮。

3.2 經濟性

儀表選型應合理考慮經濟性，儀表材質的選擇并不是越高越好，常規儀表的接液部分材質一般選擇比管道材質高一個等級的材質，若材質價格較高也可與管道同等級配置。在工藝允許的情況下，可通過膜片鍍金、襯聚四氟乙烯等工藝替代鉭、鉑、哈氏合金等貴金屬。此外，對價格影響較大的是精度，精度越高，價格越貴，建議選擇合理的精度，沒有必要盲目追求高精度[3]。

3.3 智能化

自動化儀表的智能化一般指兩方面：①儀表本身測量的多樣性和數據處理能力;②儀表自我診斷能力和通信能力。當代儀表智能程度已經很高，一臺電磁流量計，內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率傳感器等多個傳感器。經過內部運算，這些數據通過總線可全部上傳到上位機，可實現一表多用，準確性也較高。

3.4 安裝方式

安裝方式對儀表測量的影響非常大，即使同一種測量原理的儀表，不同廠家的安裝要求也會不同，所以在安裝過程中，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、法蘭要求以及震動要求。安裝位置要便于檢修、維護、更換。

4 自動化儀表的應用

自動化儀表的合理選型對其穩定性、壽命有很大的影響，在石油化工、煤化工、精細化工中，信號采集是控制的龍頭。以下列示例對儀表選型的影響進行說明。

在某項目改造的過程中，主反應裝置已就位，但是工藝要求在某物料滴加管道上加一臺質量流量計，由于管道不長，且靠重力把物料壓下去，因此，儀表選型時受到管道長度、空間、操作壓力不足等多方面的影響，安裝后試車時儀表運行異常，顯示流量與實際流量不符。后經分析，判斷是由于物料不滿管、表前壓力不足導致流量未達到設計流量。因為已經試車，無法動火變更管線，后來經過工藝研究后決定將儀表前所有閥門全開，用表后的一個手閥控制物料要求，方能滿足要求。

5 結論

自動化儀表的選型與應用，對化工行業生產的安全與穩定至關重要。一代代的自控儀表人將時間和精力花費在儀表選型之中，促使當前儀表的智能化程度越來越高，安裝的要求越來越低，使材質的選擇更具有經驗傳承性，安裝方式也具有指導性。相關人員要根據工藝指標、經濟性、智能化以及安裝方式的要求，合理選擇儀表，合理使用儀表，保證化工裝置生產穩定有序長久。

參考文獻：

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

[2]黃勝.淺談流量儀表的技術現狀及發展方向[J].技術與市場，2018（3）：114-115.

[3]韓劍.對化工裝置常用液位測量儀表選型問題的探討[J].山東工業技術，2018（5）：214.