自動化控制技術在石油化工儀表中的運用

趙曉娟，祁 超

（1.山西水利職業(yè)技術學院，山西運城 044000；2.承德醫(yī)學院，河北承德 067000）

將自動控制技術和儀表設備相結合，能夠顛覆傳統(tǒng)的儀表設備控制方式，期間可以基于傳感裝置采集石油化工生產的實際參數(shù)，如壓力、溫度等，而后將采集到的數(shù)據(jù)傳送給控制中心，再由計算機編程完成，達到自動控制的目的。與常規(guī)的控制方式相比，采用自動控制可以提高儀表設備的運行控制效果，提高控制精度，更好地適應石化行業(yè)的要求，是目前石化行業(yè)的一個重要技術，因此需要明確其具體的使用方法[1]。

1 石油化工儀表自動化技術闡述

石油化工儀表是石化工業(yè)中不可或缺的儀表，在實際應用中，儀表的精度將直接關系到石化產品的質量。近幾年，隨著科學技術的飛速發(fā)展，社會各界對石化產品的需求越來越大，對儀表精度的提高和控制也越來越迫切。石油化工儀表自動化技術實際上是將自動化元件、設備、過程控制與計算機技術結合起來，而后使其在一定的參數(shù)設定下，以命令的形式進行自動化運轉。石油化工儀表自動化技術的出現(xiàn)，使得石油化工儀表由原來的測量功能向測量、現(xiàn)實、存儲、控制、預警、數(shù)據(jù)處理等綜合功能轉變，進而為推動我國石油化工產業(yè)穩(wěn)定發(fā)展奠定良好基礎。

2 石油化工企業(yè)中自動化控制技術的特點

2.1 可編程

為了適應石化行業(yè)的生產要求，儀表在制造過程中，企業(yè)可以利用先進的自動化管理軟件對生產設備進行管理和控制。通過對儀表內部的結構進行簡化，利用高級計算機軟件對儀表進行修改和替換，使儀表的整體功能和品質得到最優(yōu)化和更新。

2.2 精準計算

在石化行業(yè)中，自動化控制技術在石油化工儀表中的應用能夠實現(xiàn)與計算機技術的相結合，由此使其既可以提高控制水平，又可以提高計算精度。在石化企業(yè)的生產過程中，可以利用儀表的運算功能，對采集到的有效數(shù)據(jù)進行分析，進而為石化企業(yè)的生產、規(guī)劃設計提供依據(jù)。

2.3 故障排查和分析

作為化工企業(yè)的核心設備，儀表通常儲存著大量的重要信息，由此實現(xiàn)對設備進行故障診斷。基于自動化控制技術的儀表具有微計算機處理功能，能迅速地找到相關的故障資料，并對其進行定位，使有關人員僅需使用儀表即可縮短故障分析與診斷的時間，同時還能夠有效縮短設備的維護與檢修周期，從而提高整個化工企業(yè)的工作效率[2]。

3 自動化控制技術在石油化工儀表中的具體運用方式

3.1 自動化控制壓力儀表

壓力儀表在石化行業(yè)中得到了較為廣泛的應用，其作用是對目前的工作環(huán)境進行壓力參數(shù)的檢測，以保證石油化工生產的安全性。然而，常規(guī)的壓力儀表在實際使用時往往會產生一些誤差。因此，近幾年逐步采用自動壓力儀表，能夠利用自動化控制系統(tǒng)中的運算功能校正測試參數(shù)，由此進一步提高測試精度。在應用自動控制壓力儀表時，需要對不同介質的壓力進行檢測，因此需要選用適當?shù)膲毫y量儀表，進而有效地控制測量誤差。

例如，在高黏度原油壓力測試中，自動控制壓力儀表可以使用隔膜式儀表或者彈簧管壓力儀表，兩者的精度水平都可以控制在1.5~2.5，因此可以有效地改善壓力測量的精度。在使用帶有標準信號的壓力儀表時，它可以與壓力傳動裝置聯(lián)接，用于制造過程中的固態(tài)微粒腐蝕介質，并使用法蘭片式壓力傳動裝置，實現(xiàn)對石油化工設備的精準測量；若有大的振動，就需要使用相應的數(shù)字式壓力調節(jié)器，由此更好地確保儀表應用的整體精準性。

3.2 自動化控制溫度儀表

在石化工業(yè)中，溫度是一個重要的生產指標，在石化工業(yè)中，早期使用的溫度計都是無刻度的，它主要由電阻溫度儀表和熱電偶溫度儀表組成。不同的測溫儀表，其工作原理各不相同，通過熱敏電阻檢測溫度的變化，將能夠更好地使其顯示出溫度的變化特性，并可以在較低的溫度條件下精確地測量溫度參數(shù)；熱電偶溫度儀表主要是利用熱源效應進行溫度參數(shù)的測定，它與設備的傳熱介質及節(jié)點溫度存在著較為密切的聯(lián)系；膨脹式溫度儀表則主要是通過對物體的熱脹冷縮作用進行溫度測量的，它的測量精度受液體蒸發(fā)和凝結溫度的影響；輻射型測溫儀表是一種用于測量溫度在1 000℃以上環(huán)境中的儀表，其主要是利用熱輻射顯示其溫度參數(shù)。在石化工業(yè)中，通常采用金屬溫度儀表顯示現(xiàn)場的真實溫度，并將其與自動化技術相結合，以此使其精確地測量-80~500℃的環(huán)境溫度，并將其應用于1.0。在石化工業(yè)自動測溫儀表的安裝中，需要確保其與受檢介質的接觸，避免因距離過大而影響測溫精度，進而有效優(yōu)化自動溫度儀表的使用效果[3]。

3.3 自動化液位控制儀表

在石化行業(yè)中，自動液位控制儀的作用是測量目前的液面高度，通過精確控制液面高度的方式，可以有效地改善各種操作的安全性，使其在石化行業(yè)中發(fā)揮較大的應用價值。自動液位控制儀表正朝著使用方便的方向發(fā)展，通過在自動儀表上設計一個人機界面，可以改善儀表的操作和使用的便利性，自動液位控制儀表在工作時，可以通過人機界面顯示它的工作狀況。在使用自動液位控制儀表時，需要由操作人員進行模擬，并嚴格執(zhí)行操作規(guī)范優(yōu)化信息處理、報警等操作接口，提高操作界面的可操作性，以此提高自動液位控制系統(tǒng)的控制效果，進而滿足石化行業(yè)對液位的監(jiān)控要求。

3.4 自動化控制計量測量儀表

在石化行業(yè)中，自動化儀表的使用頻率越來越高，自動化儀表的選型將會直接影響到各種測量結果的準確性，因此，在選用自動儀表和流量儀表時，需要堅持科學嚴謹?shù)膽B(tài)度。如在油田開發(fā)中，針對單井的儀表選擇，一般可以采用分離器自動玻璃管進行自動計量，或采用人工玻璃管利用自力式差壓調節(jié)閥進行測量。氣井產液量一般通過容積式計量方式進行測量，能夠有效適應氣井產液量不穩(wěn)定、不均勻以及不同氣井之間液量差異過大的問題。

對于生產相對平穩(wěn)或低產的氣井，通常采用容積式自動流量儀表或渦輪自動流量儀表，容積式自動儀表主要有雙轉子儀表、腰輪式流量儀表等，適用于高黏度原油的測量，也適用于污水、砂石等高含油原油的測量；渦輪自動流量儀表通常用于測量質地較輕的原油，其總體黏度不宜大于5mPa·s。在石化行業(yè)中，自動計量和流量測量儀表是監(jiān)控目前產量的關鍵設備，因此，需要將自動化技術與生產實踐有機地結合起來，才能有效地提高油田的采收率[4]。

4 自動化控制技術在石油化工儀表中的應用

4.1 DCS技術的應用

DCS技術的應用就是采用自動控制技術，其是實現(xiàn)石油化工儀表自動控制的核心技術。DCS系統(tǒng)可以監(jiān)控每個環(huán)節(jié)，保證每個環(huán)節(jié)石油化工生產的安全性，其也是保證批量生產的關鍵。DCS技術主要是將計算機技術與其他技術相結合，使數(shù)據(jù)采集與處理速度最快，同時也使操作過程變得簡單，員工可以通過DCS系統(tǒng)實時了解各個環(huán)節(jié)的運行狀況。DCS系統(tǒng)具有完備的組態(tài)功能，能夠自動地解決各種故障問題，而多層次的開放數(shù)據(jù)接口也是DCS系統(tǒng)的重要組成部分，應該加以深入研究和應用。DCS系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對石油化工儀表的獨立控制與統(tǒng)一管理，石化行業(yè)需要對儀表進行數(shù)字化改造，期間可以采用回路組態(tài)采集數(shù)據(jù)，以便實現(xiàn)對生產流程的準確控制，并且由系統(tǒng)的顯示功能實現(xiàn)對石油化工儀表的自動控制。

4.2 PID技術的運用

PID技術是一種較為先進的、系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)，采用PID技術的多變量控制技術可以對石化行業(yè)的儀表進行有效的控制。PID技術中，三個字母的意義各不相同，P表示比例控制，I表示積分，D表示微分輸出。在石油化工儀表的數(shù)據(jù)不精確時，通過比例控制，可以精確地檢測到數(shù)據(jù)中存在的錯誤問題，并通過比例控制實現(xiàn)對儀表的自動調節(jié)，降低儀表的數(shù)據(jù)錯誤概率，進而確保石油化工生產的效率得到有效提升。PID系統(tǒng)對儀表的控制狀況會受比例因子的影響，其中的積分效應可以在一定程度上降低儀表的響應速度，但同時也可以降低誤差，使儀表的自動控制變得更準確。PID系統(tǒng)中的差分輸出可以調節(jié)比例控制，使系統(tǒng)的波動變得更小，從而使生產過程更加平穩(wěn)。

4.3 人機界面技術的運用

隨著對石化產品日益增長的需求，對不同的成品、半成品進行分離，而后通過采用分散式控制系統(tǒng)的方式，也能夠實現(xiàn)對產品的進一步分離。自動控制與儀表的集成使得石油化工儀表中出現(xiàn)一個分布式的控制系統(tǒng)，將分散式控制與HMI相結合，可以提高人機交互的效率，而有效的人機交互可以提高儀表的操作效率。人機界面技術的主要功能在于實現(xiàn)人與機器之間信息的自由交流，它的使用極大提高了系統(tǒng)的自動化水平，降低人工成本。在人機接口的顯示屏上，通常會采用LED或CRT，通過接口的顯示遙控儀表，能夠快速檢測到敏感的數(shù)據(jù)，并根據(jù)不正常的情況，及時發(fā)出警報，進而保證儀表得以正常運轉。

4.4 監(jiān)控技術的應用

采用監(jiān)控技術可以對較為嚴重的危險隱患進行監(jiān)測，并對其進行及時的防范與處置。石油化工的生產過程是一個非常復雜的過程，它的許多環(huán)節(jié)都包含著一定的風險，通過儀表對各個生產過程的基本信息進行檢測，有助于對各個生產過程的安全進行分析和監(jiān)測。監(jiān)測技術與儀表相結合，使監(jiān)測數(shù)據(jù)更為精確、全面，同時也使操作人員對生產過程產生更加直接的了解，由此更好地降低生產過程中的安全風險。除此之外，通過采用監(jiān)測技術，還需要構建一套完整的儀表自動監(jiān)測體系，可以有效地對生產過程中存在的各種潛在風險進行有效的控制，并根據(jù)實際情況制訂相應的防范措施，最大限度地降低生產過程中出現(xiàn)的各種風險，確保各生產工作順利、有序進行。自動化修復技術可以被引進到監(jiān)督管理體系中，一旦出現(xiàn)問題，就可以迅速修復，并且在將修復技術、環(huán)境監(jiān)測技術、自動化監(jiān)測技術等有機結合起來的情況下，能夠有效提高設備和監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和有效性。

4.5 總線控制系統(tǒng)（FCS）的運用

FCS系統(tǒng)以其數(shù)字化、智能化、開放性為特征，在石化行業(yè)中起著舉足輕重的作用。FCS系統(tǒng)已被廣泛地用于石化企業(yè)，它能實現(xiàn)對石化企業(yè)的總線系統(tǒng)的控制，同時也能通過FCS對不同的生產設備進行控制。FCS的控制需要通過局域網(wǎng)和現(xiàn)場總線完成，局域網(wǎng)能使不同的計算機在網(wǎng)絡中進行信息的分享和傳輸。采用FCS系統(tǒng)進行控制，可充分保障現(xiàn)場智能儀表的測量精度，方便調試，并且期間所采用的雙向數(shù)字通信技術，也能確保整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。石化企業(yè)的現(xiàn)場總線智能儀表不僅具有基本的測量功能，而且還具有計算、控制等功能，便于實現(xiàn)分散式控制，并可在現(xiàn)場通過一條總線將多臺儀表聯(lián)接起來，實現(xiàn)多臺儀表的聯(lián)合控制，達到既節(jié)省電纜，又簡化程序的最終目的[5]。

5 石油化工儀表中應用自動化控制技術的相關建議

為保證石油化工儀表設備在生產中的使用，有關部門應積極探討如何運用自動控制技術進行管理，使其更好地發(fā)揮其優(yōu)越性，從而提高儀表設備的管理水平。

5.1 提高化工儀表的管理水平

通過總線控制系統(tǒng)對設備進行基本管理，以提高儀表的精度，并對整個自動化裝置的操作進行全面的監(jiān)控。

5.2 加強安全保障系統(tǒng)的建設

為進一步提高技術應用的標準化，有關部門要加強儀表設備的實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)反饋，并定期進行相關的故障監(jiān)測，以保證儀表設備的正常使用，進而確保石化企業(yè)儀表管理工作能夠實現(xiàn)最佳化。

5.3 加強員工的專業(yè)素質，努力打造一支高素質隊伍

通過入職培訓，使其掌握自動化技術在化工生產中的運用與控制，并能有效地進行相應的管理工作，進而為化工生產的正常運行提供人力資源。有關部門應以科學的方式推進人才隊伍的建設，以適當?shù)募畲胧浞终{動員工的工作熱情，不斷提升自己的業(yè)務水平，以適應石化企業(yè)的自動化控制技術管理。

6 結束語

石化行業(yè)關系到人們的生活和經濟發(fā)展，加強自動化控制技術的應用，可以保證石化行業(yè)的安全、穩(wěn)定，并能更好地滿足儀表設備的檢測需求。著重介紹了自動化儀表的技術優(yōu)點，并對其幾個特殊的功能進行分析，而后提出多種不同功能的自動化控制儀表在石油化工生產中的應用方式，最后提出石油化工儀表中應用自動化控制技術的相關建議，以期能夠不斷提高石油化工行業(yè)生產力。