干货||化工设计中自动化仪表的应用

来源：山东豪迈化工技术  杨婷婷

1 引言

随着科学技术的发展，自动化技术也取得了长足的进步，自动化仪表不再像传统的仪表那样只是简单的显示数值，即“眼”的功能，还能够将数值作为数据储存下来进行运算分析，发出指令，即“脑”的功能，同时还具备控制、警报的能力，即“手”的功能，最终实现整个过程的自动化执行，并且相对于人工的方式，观察更精确，反应更灵敏，控制更精准。

2 化工设计过程中自动化仪表应用原则

2.1 精准可靠

化工生产中某些工序对参数的控制极为敏感，出现误差就有可能导致质量和安全事故，一方面会导致不良品率的增加，生产成本的升高；另一方面在有危险的工序中极有可能造成人身伤亡，可以说自动化仪表精准可靠的性能关系着化工企业的利益和生产职工的安危。因此，在化工设计过程中特别是涉及到影响产品质量的关键控制点和高危工序中尽可能的选用精度高、品质可靠的自动化仪表。

2.2 运行稳定

在化工生产过程中，同一化工设备所接触的环境并不是一成不变的，比如说在同一个化工设备中，化工原料需要经过酸洗，而下一步有可能进行碱煮，而自动化仪表所处的环境也随之改变。同时，不同的化工过程自动化仪表所处的工作环境也不尽相同，相同的自动化仪表型号不一定满足设计需求。因此在设计过程中选用自动化仪表时应当充分考虑环境的改变对仪表的影响，确实了解所选用的自动化仪表是否能在工作环境发生改变时还能够稳定的运行。

2.3 维护保养成本低、操作便捷

一般来说自动化仪表专业性较强，仪表的维护保养工作需要相应的专业人员来进行，而如果自动化仪表的维护保养成本较高、次数频繁、步骤繁琐复杂，会在一定程度上影响化工生产的正常运行，增加生产成本。因此，在化工设计过程中自动化仪表的应用应当考虑其维护保养成本，选择维修保养方便快捷损坏频率低的仪表，最大限度地降低自动化仪表的维护保养对化工生产的影响。

3 化工设计过程中自动化仪表选型

3.1 选型统一、性能一致

在化工设计过程中，特别是在设计大型化工生产线项目时，常常会将项目分段，每段由不同的单位负责设计，如果各段设计单位没有建立沟通机制的话，就会出现同一型号的自动化仪表由于生产者不同，性能也不尽相同的情况。在这种情况下，仪表的性能、质量、配置不能够确保相同，不仅会导致化工过程控制出现误差，也会使得自动化仪器的维护保养工作变得困难，增加维护保养成本。

3.2 满足工艺标准的要求

自动化仪表的作用就是满足化工生产标准的要求，但在实际的化工设计过程中，会由于化工设计的其他方面影响自动化仪表的选型，比如说工作环境、管道布置、生产要求、工艺参数等因素，此时应当以满足工艺标准要求为基准，综合考虑生产成本、技术先进等因素，选用性价比最高的自动化仪表。

4 化工设计过程中自动化仪表应用技术

4.1 采用提高自动化仪表本身可靠性的技术

在进行化工设计时，首先应当注重自动化仪表的可靠程度。通常能够提高自动化仪表本身可靠性的技术措施有：元件的选择及控制技术和耐环境设计技术，这有利于提高自动化仪表自身固件的可靠性，还包括维修设计技术保证自动化仪表方便检修和维护保养，而储备设计技术和故障设计技术能够保证自动化仪表在发生故障时能够自动切换到备用元件，并及时自检排除故障，必要时发出警报，从而提高自动化仪表的可靠性。基于此，在化工设计过程中应用这类技术措施的自动化仪表，相对来说更为可靠。

4.2 热设计技术

冷或热均会对自动化仪表内部的电路、电器元件产生影响，如高温状态下芯片可能烧毁，电路会老化速度加快，此时对于整个自动化仪表的散热技术尤为重要，有些化工生产过程本身就属于高温环境，更加剧了仪表的热负担。同样较低的温度也会使自动化仪表内的元件发生特性的改变，如某些元件内的弹簧弹性、芯片内的半导体导电能力等。因此在化工设计时更应着重考虑应用热设计技术的自动化仪表，保证自动化仪表的可靠稳定的运行。

4.3 温度补偿技术

温度的变化会影响自动化仪表的灵敏度，此时就会出现仪表工作可靠性下降，不能够稳定运行。而如果采取保持环境温度恒定的方法，需要较高的成本，并不可行，因此可以考虑应用采用温度补偿技术的自动化仪表，将温度变化带来的特性改变抵消掉，从而使得自动化仪表在温度时仍然不受影响，能够正常的工作。

4.4 电磁兼容性设计技术

通常来说，化工生产环境中可能存在电磁干扰源，或者自动化仪表内部存在干扰源，也可能由于热设计不合理造成元件过热出现干扰源，漏电等原因也是产生干扰源的因素，如果忽略其影响，对电磁干扰较为敏感的元件则会出现电磁干扰的现象，使其不能正常工作，影响自动化仪表的工作稳定性和可靠性。

5 石油化工油品储罐自动化仪表

下面以石油化工油品储罐为例，介绍一下自动化仪表的设计、选型和应用。

5.1 液位测量仪表

液位测量仪表主要负责对储罐液位进行测量，液位测量仪表需根据实际状态进行安装，油品储罐体积有所不用，仪表所需测量的范围也不一致。针对容积相对较小，如容积不大于1×10 ⁵ m ³ 的油品储罐，液位测量仪表应安置于油罐顶部，并建议应用连续液位测量仪表进行测量。针对容积相对较大，如1×10 ⁵ m ³ 的油品储罐而言，工作人员需设置两套连续液位测量仪表，并为其配置指示仪表，用以显示当前测量仪表对液位的测算结果。实际使用过程中，企业还需为自动化仪表系统增加用于检测报警的装置，当液位处于异常状态时，系统可及时向工作人员报告，以免出现液位超标或是过低的问题。与不频繁开启或闭合的开关类仪表相比，连续液位测量仪表因为可以及时对储油罐当中的液位实施检测，同时可以对仪表的工作状态实施连续观察，故而，可靠性相对较高。而石油化工企业对油品储罐的要求相对较高，因此，该类型仪表在石油化工行业中的应用较为频繁。

5.2 温度测量仪表

油品储罐区域当中，温度是用以测量储罐自身温度补偿的主要参数。因此，如何测量储罐温度对石油化工而言也极为重要，需要企业应用温度测量仪表对油罐进行合理测量。如今，石油化工油品储罐温度往往通过Pt100铂热电阻元件完成测量工作，所用测量温度的元件需满足有关标准的要求。

5.3 仪表防护防爆设置与安全设置

因为自动化仪表均安装于容易出现燃、爆问题的储罐范围之内，企业必须对测量仪表实施防爆处理，保证仪表安全。按照我国相关防护等级规定，凡是用以进行石油化工储罐现场测量工作的储罐，其外壳防护等级均需符合PI65要求。至于安装于地下的自动化测量仪表，其外壳防护级别不应少于IP68。此外，国家还明确要求，凡是安装于容易产生爆炸的危险场所内的自动化仪表，其防爆等级均需满足对应的防爆要求，同时需要接受国家级别防爆检测，并保证合格。上述内容是石油化工设计必须满足的要求。通常情况下，石油化工油品储罐区域正常运行状态相对较为稳定，出现风险以及事故的机率相对较低。故而，针对无特定要求的储罐区域，企业通常仅仅设立报警装置以及连锁装置。若企业需要按照实际情况对自动化仪表系统经设计，则必须依照国家有关标准对自动化仪表工程实施设计，以保证其满足我国有关规定的设计要求。

5.4 开关阀设计型号选择原则

企业应根据储存的介质、危险程度以及管道规格等情况选用适合的开关阀。开关阀有很多种类，如电动、电液以及气动等。设计过程中，企业必须按照储运技术的设计要求与现场动力源进行设计。按照油罐规定，液化石油气罐区开关阀应采用气动式开关阀，若储罐区域有仪表空气气源时，应使用气动执行机构。若储罐区域没有仪表空气气源，应使用电动或是电液驱动的执行机构。若开关阀具有固定的故障状态位置时，建议企业选用单作用气动执行结构或是带有气罐的双作用气动执行机构。不仅如此，企业还需注意，针对管线规格不低于DN600的储罐区域，其气动执行机构的整体体积以及质量均相对较大，因此应选用电动执行机构。

6 结论

自动化仪表发展迅速，为化工生产带来了极大的便捷，使得一些难以完成的工作变得易于操作，提高了化工生产的效率。而自动化仪表也不是万能的，需要我们在化工设计过程中从安全的角度出发，针对设计要求选择性的应用自动化仪表，坚持精准可靠、运行稳定、维护方便的原则，使得自动化仪表在化工生产中更好地发挥作用。