自动化仪表在化工行业的选型与应用

隋博

摘 要：自控仪表系统在化工生产中肩负着数据采集、分析、存档、控制以及监视等多方面任务，而自控仪表又分为两部分，即自动化控制系统与自动化仪表。其中，自动化仪表的选择与使用直接影响化工生产的安全与稳定。安全生产是化工行业赖以生存的基石，因此，本文探讨了化工行业中自动化仪表的种类、选型及应用，以供参考。

关键词：化工行业;自动化仪表;种类;选型

中图分类号：TB77 文献标识码：A 文章编号：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，无论是流程工业还是间歇性生产，都不可避免地要用到自动化生产装置或者系统。在科技高速发展的今天，仪表已和以前不太一样，变得更加精确，更加稳定，合理选型、科学应用仪表有助于化工企业的稳定发展;反之，如果选型不当，会出现计量不准或者系统跳车等现象，严重时甚至会危及工作人员生命安全。

1 自动化仪表行业背景

在20世纪50年代之前，技术不够发达，工业仪表主要以液动式、机械式这两种类型存在。由于这两种类型的体积庞大且功能单一，只能进行简单的指示和记录。随着电子技术的发展，集成电路与嵌入式芯片的革新，系统总线技术的兴起，自动化仪表日渐朝着标准化、智能化、集成化方向推进。时至今日，单从外观已很难分辨测量原理，但是万变不离其宗，仪表仍然由传感器和变送器组成，有些仪表嵌入了控制器的部分功能[1]。

2 自动化仪表的种类

2.1 压力仪表

压力仪表分为就地压力表、压力变送器、差压变送器三大类。就地压力表一般为弹簧管压力表，在小压力情况下可选择膜盒压力表。压力变送器与差压变送器主要是使用硅谐振传感器，比如，EJA的单晶硅谐振传感器。压力仪表的一般安装方式分为引压管安装和螺纹安装，测量腐蚀性介质也可使用隔膜安装。

2.2 温度仪表

温度仪表分为就地温度计、温度变送器两大类。就地温度计一般为双金属温度计，也有电子式数显温度计。温度变送器一般由感温元件和变送单元组成。感温元件一般为热电阻或热电偶，也有采用数字式传感器，如18B20等。变送单元主要将感温元件的输出信号转换成DDZ Ⅲ型仪表标准信号。针对温度仪表的安装，一般配温度计保护套管[2]。

2.3 流量仪表

流量仪表分为就地流量计和流量变送器两大类。就地流量计一般为浮子流量计、叶轮式流量计、容积式流量计，这几种流量计在没有供电的情况下仍然可以工作。流量变送器种类丰富，按照原理分为体积流量计和质量流量计，最常见的是节流差压式流量计，如孔板流量计、文丘里管流量计、楔形流量计等，还有电磁流量计、涡街流量计、金属转子流量计、靶式流量计以及超声波流量计等。以上流量计测量值均为体积流量，要转换成质量流量，需引入温压补偿或者密度系数换算。另外还有一些流量计可直接获得质量流量，如科里奥利质量流量计、热式质量流量计等。

2.4 液位仪表

液位仪表分为就地液位计和液位变送器两大类。就地液位计一般为石英玻璃管液位计和磁翻板液位计。液位变送器可分为接触式和非接触式两部分，一般有远传磁翻板液位计、浮筒液位计、磁致伸缩液位计、差压式液位计、雷达液位计、射频导纳液位计以及超声波液位计等。

2.5 其他仪表

除了上述仪表，还有一些其他仪表，如PH计、电导率仪、在线分析仪表以及化验室分析仪表等。其一般起到监测作用，为控制结果提供反馈。

3 自动化仪表的选型

从以上分析可以看出，仪表的测量原理非常多样，不同的工况应选择不同的仪表，如果使用不当，可能造成严重的后果。

3.1 工艺目标

由于化工企业被测变量物料性质不同要综合考量，使用仪表的原理、材质、测量方式。选型时应着重考虑物料的工艺性质，包括并不仅限于状态、密度、操作温度、操作压力、正常工况数据、最大值以及最小值、物料组成、相对分子质量、电导率、黏度、酸碱性以及腐蚀性等数据。通过分析以上数据，首先要确定测量形式，再进行材质选型，最后根据其他要求确定附件规格。另外，还要分析工艺介质的变动性。由于批次不同，介质物理特性与化学特性也会有所变化，要综合分析选择。在高温、高压或重度危险源处使用的仪表，也要特殊考虑。

3.2 经济性

仪表选型应合理考虑经济性，仪表材质的选择并不是越高越好，常规仪表的接液部分材质一般选择比管道材质高一个等级的材质，若材质价格较高也可与管道同等级配置。在工艺允许的情况下，可通过膜片镀金、衬聚四氟乙烯等工艺替代钽、铂、哈氏合金等贵金属。此外，对价格影响较大的是精度，精度越高，价格越贵，建议选择合理的精度，没有必要盲目追求高精度[3]。

3.3 智能化

自动化仪表的智能化一般指两方面：①仪表本身测量的多样性和数据处理能力;②仪表自我诊断能力和通信能力。当代仪表智能程度已经很高，一台电磁流量计，内部可能集成了温度传感器、压力传感器、密度传感器以及电导率传感器等多个传感器。经过内部运算，这些数据通过总线可全部上传到上位机，可实现一表多用，准确性也较高。

3.4 安装方式

安裝方式对仪表测量的影响非常大，即使同一种测量原理的仪表，不同厂家的安装要求也会不同，所以在安装过程中，要综合考虑安装方式，比如：水平、竖直安装。此外，要满足直管段要求、满管要求、法兰要求以及震动要求。安装位置要便于检修、维护、更换。

4 自动化仪表的应用

自动化仪表的合理选型对其稳定性、寿命有很大的影响，在石油化工、煤化工、精细化工中，信号采集是控制的龙头。以下列示例对仪表选型的影响进行说明。

在某项目改造的过程中，主反应装置已就位，但是工艺要求在某物料滴加管道上加一台质量流量计，由于管道不长，且靠重力把物料压下去，因此，仪表选型时受到管道长度、空间、操作压力不足等多方面的影响，安装后试车时仪表运行异常，显示流量与实际流量不符。后经分析，判断是由于物料不满管、表前压力不足导致流量未达到设计流量。因为已经试车，无法动火变更管线，后来经过工艺研究后决定将仪表前所有阀门全开，用表后的一个手阀控制物料要求，方能满足要求。

5 结论

自动化仪表的选型与应用，对化工行业生产的安全与稳定至关重要。一代代的自控仪表人将时间和精力花费在仪表选型之中，促使当前仪表的智能化程度越来越高，安装的要求越来越低，使材质的选择更具有经验传承性，安装方式也具有指导性。相关人员要根据工艺指标、经济性、智能化以及安装方式的要求，合理选择仪表，合理使用仪表，保证化工装置生产稳定有序长久。

参考文献：

[1]杨振寰，武青.浅析自动化仪表的前景[J].科技与创新，2018（4）：33-34.

[2]黄胜.浅谈流量仪表的技术现状及发展方向[J].技术与市场，2018（3）：114-115.

[3]韩剑.对化工装置常用液位测量仪表选型问题的探讨[J].山东工业技术，2018（5）：214.