化工工業儀表自動化過程中儀表的選擇

王海波(中國石油玉門油田分公司煉化總廠儀表車間，甘肅 玉門 735200)

0 引言

化工生產中使用自動化儀表，利用自動化儀表監測、記錄以及顯示相關的工藝參數，技術人員根據工藝參數，可以掌握化工生產的整個過程，如果化工設備在生產中出現問題，儀表會自動向技術人員發出警報，技術人員根據警報內容實施解決措施，從而保證化工設備處于安全穩定的生產狀態。此外選擇合適的自動化儀表，可以進一步提升化工產品的質量，有效降低生產成本。

1 工業儀表自動化的概述

1.1 工業儀表自動化的內涵

我國工業企業在發展過程中，十分重視儀表在化工生產中的作用，要求化工生產中使用的設備，應具備監測、顯示以及報警等自動化功能，借助儀表構建自動化生產管理體系，在自動化生產狀態下，可以提升企業的生產效率，有效消除化工生產中產生的安全隱患，有效避免安全事故。此外儀表具備自動化功能，可以完成自我檢測，及時解決儀表存在的質量問題，延長使用壽命，進一步控制企業的生產成本。

1.2 工業儀表自動化的優勢

工業生產中使用自動化儀表，其優勢主要體現在：(1)儀表可以自動存儲生產數據，化工設備在運行過程中，出現的任何數據，均會被儀表自動記錄，為工作人員調試、檢修等工作提供參考依據；(2)實時傳輸數據，化工設備在生產時，如果出現異常情況，自動化儀表會及時向工作人員發出預警；(3)自動計算，自動化儀表會計算和處理生產設備產生的數據，使數據符合設備的生產需求，保證設備正常的運行；(4)可視化編程，工作人員根據企業實際情況，通過自動化儀表進行編程，使設備按照編程要求自行運行，在運行中可以完成生產任務。

2 工業自動化儀表的種類

2.1 分類原理

現階段工業自動化儀表的分類原理主要包括以下幾種，分別為力平衡原理、力矩平衡原理以及電平衡原理、上述原理基于平衡原理。根據平衡原理對儀表進行分類，可以使儀表具備一定的傳感功能，利用傳感功能測量設備的溫度、壓力以及流量等參數，并放大上述參數，分別傳輸至顯示部件和反饋部件，使儀表處于平衡狀態。

根據分類原理，工業儀表分為兩類：一類是測量儀表，另一類是功能儀表。測量儀表種類較為豐富，包括溫度測量、壓力測量、流量測量以及機械量測量等，功能儀表包括檢測儀表、顯示儀表以及調節儀表。功能儀表中的檢測儀表檢測內容分別為溫度、壓力、物位以及機械量，并且檢測儀表具備記錄和調節功能。顯示儀表作為觀察儀表，向工作人員顯示輸出信號，并且顯示儀表會與其他儀表配合使用，包括變送器和傳感器等，用于顯示模擬狀態下，設備的生產數字和字符圖像等。調節儀表用于調節設備生產參數，將設定好的參數，按照規律傳輸至執行器，由執行器下達操作命令，使設備自行生產。

2.2 流量儀表

在化工工業生產過程中，會廣泛使用流量儀表，用于測量液體流量，通過測量流量可以控制液體的速度、溫度等，使生產處于安全穩定的狀態。流量儀表一般分為以下幾種：(1)容積式流量儀表，該用于測量液體的體積；(2)差壓式流量儀表，用于調節管道中節流裝置的壓力，一般測量兩次感應壓力，并計算壓力產生的流量；(3)速度式流量儀表，用于計算渦輪旋轉過程中產生的液體流量。在計算過程中，要求渦輪的橫截面保持不變，使流速與液體流量保持正比關系，然后根據液體的粘稠度，可以計算出液體流動速度和容量。

2.3 壓力儀表

壓力儀表用于測量設備在生產狀態下產生的壓力，選擇性能良好的壓力儀表，可以準確測量設備的壓力，有助于及時發現設備存在的問題，避免設備出現故障。壓力儀表種類較多，應根據介質的不同選擇壓力儀表。例如，在測量粘稠度較高的介質時，應選用隔膜式壓力儀表，如果測量顆粒介質時，應選用法蘭膜壓力儀表。此外在不同的生產環境中，如在振動較為嚴重的環境中，應選用數字壓力儀表。壓力儀表在測量時，一般測量液體和氣體產生的壓力值，并且配合使用壓力校驗儀器，包括彈性式、液柱式以及活塞式，可以提高測量的準確性。此外在壓力儀表中，會配置壓力調節系統，系統將產生的壓力信號傳輸至DCS設備，通過DCS設備測量壓力，同時控制設備的實際生產狀態。

2.4 液位與距離等測量儀表

測量液體的液位和液面，會使用到液位測量儀表，選擇液位測量儀表時，主要考慮測量液體的形狀、液體的溫度、壓力等參數。以介質具有較高的粘性為例，一般選用玻璃板液位測量儀表，如果介質具有較強的流動性，采用浮球液位測量儀表。此外化工企業在測量液位過程中，會采用不同的測量方式，包括浮力式、雷達式以及差壓式。

2.5 溫度儀表

溫度儀表用于測量物體的溫度，一般分為高溫溫度儀表和普通溫度儀表，根據物體溫度判斷生產情況，并參考數據將物體生產過程時的溫度控制在合理的范圍內。使用高溫溫度儀表，主要測量超過600℃的物體溫度，普通溫度儀表測量600℃溫度以下的物體溫度。溫度儀表按照使用方式分為兩種，為接觸式溫度儀表和非接觸式溫度儀表。此外按照測量用途和精度可分為普通溫度儀表、高精度溫度儀表兩種。不同的溫度儀表會使用在不同的生產領域，例如在石油化工領域，為獲得較高的測量精度，會使用普通溫度儀表。

2.6 物位儀表

物位儀表一般測量物體的多種參數，包括液位、固體堆積高度以及液相固相界面位置等。現階段物位儀表采用兩種測量方式，分別為連續測量和間斷測量，物位儀表分為兩大類，分別為連續式物位儀表和限位式物位儀表。連續式物位儀表種類較多，包括直讀式液位計、電容式液位計、浮力式液位計、激光式液位計以及差壓式液位計。對限位式物位測量儀表種類進行細分，可以分為電容/極式液位開關、旋葉式物位開關等。

2.7 氣體分析儀表

氣體分析儀表用于測量氣體成分，氣體分析儀表種類較多，包括氣相色譜分析儀、熱島式分析儀、電化學分析儀、紫外線分析儀以及光電檢測氣體分析儀。

2.8 液體分析儀表

液體分析儀表用于分析液體成分，根據液體成分不同，液體分析儀表種類較為豐富，包括紅外吸收光譜分析儀、水質分析儀、電化學式分析儀、餾程分析儀、溶解氧分析儀、紫外可見光分析儀、黏度/密度計以及濃度/濁度儀。

2.9 在線過程分析儀

在化工生產過程中，控制和分析化工生產過程，使控制和分析體現出自動化特點，需要在生產設備上安裝在線過程分析儀，并且配合使用精密分析儀器，包括氣相色譜儀、液相色譜儀以及質譜儀等。化工設備進入到實際生產環節，根據化工生產的某項數據，選用功能單一的分析儀器可進行測量和檢驗，或者為提高監測效率，采用綜合性分析儀。例如對多項系數進行測量時，采用綜合性分析儀，可以獲得綜合性測量數據。如果選用綜合性分析儀，會提升使用和運維成本，化工企業應根據實際情況，選用合適的在線過程分析儀。

選擇在線過程分析儀時，應按照以下流程進行：(1)工作人員應掌握工業生產流程，包括使用的生產工藝、介質以及各項參數，如溫度、濕度以及壓力等；(2)對工業生產環境進行考察，根據生產需求，將在線過程分析儀安裝在合適的位置；(3)做好在線過程分析儀的檢測和保養工作，可以有效延長設備的使用壽命，避免設備的測量精度出現問題，保證測量的準確性，使生產過程處于安全穩定的狀態。

2.10 現場控制儀表

在生產現場安裝控制儀器，可以對現場的每個環節做好監測工作，監測內容包括生產參數、執行命令以及傳輸信號等。現場控制儀表種類較多，包括氣動控制儀表、液動控制儀表以及電動控制儀表。

2.11 現場儀表執行器

現場儀表執行器種類較多，主要使用氣動薄膜調節閥。在使用氣動薄膜調節閥時，還應配合使用其他設備，包括閥門定位器、電氣閥門定位器以及智能電氣閥門定位器。

2.12 顯示記錄儀表

顯示記錄儀表種類較多，其中應用較為廣泛的包括有紙記錄儀、無紙記錄儀以及顯示儀表，此外還包括其他記錄儀表，分別為觸摸屏HMI、CRT顯示終端以及閃光報警儀。

2.13 調節控制儀表

調節控制儀表主要分為PID調節器和PLC控制器，根據生產情況，在控制儀表內配置不同的系統，包括報警連續控制系統、DCS系統、ESD緊急停車系統以及FCS總線控制系統等。

2.14 特殊測量儀表

特殊測量儀表種類較多，主要應用的測量儀表分別為振動測量儀、軸位儀測量儀，此外還包括其他測量儀表，分別為信號校驗儀、火焰檢測儀等。

3 處理裝置

處理裝置用于調節信號和調節規律，使化工生產中材料的輸入量和輸出量控制在穩定的狀態。在處理裝置運行過程中，會集中檢測產生的分散參數，并控制分散參數，使生產設備按照參數進行化工生產。處理裝置一般由多種設備組成，分別為巡回檢測裝置、順序控制器以及數據處理裝置。處理裝置是提升化工生產自動化生產能力重要的載體，利用處理裝置，配合使用核磁共振、激光等技術時，可以促進化工生產自動化發展。

4 結語

綜上所述，在化工工業生產中應用自動化儀表，需要根據生產情況，選用合適的儀表，利用儀表的監測等功能，可以及時獲取生產參數，根據生產參數調節生產設備，使化工生產處于安全穩定的狀態。此外加強自動化儀表的檢修和保養工作，一方面延長儀表的使用壽命，降低運維 成本，另一方面提升化工生產的自動化水平，促進化工企業快速發展，從而創造更多的經濟效益。