化工生产控制过程中自动化仪表运用分析

2022-07-07张明

大科技 2022年27期

张明

（重庆长风化学工业有限公司，重庆 401252）

0 引言

在科技变革时代大背景下，工业取得了飞速发展，对自动化仪表的需求不断上升。我国在自动化仪表领域处于世界领先地位，为了保持这种优势，国家不断加大支持力度，已经形成了较为完整的技术应用体系。应用自动化仪表，结合目前先进的网络系统、智能系统等，不仅提高了工业生产的效率和质量，也有效地推动了多个领域的技术进步，对国家的发展有着重要意义。

1 自动化仪表运用在化工生产控制过程中的意义

自动化设备主要是依托计算机技术与互联网技术对设备进行智能化的改革创新，达到自动化生产的目的[1]。就目前来看，自动化设备逐渐在各个领域内普及，极大地提高了工业生产的质量和效率。这也表明了将自动化仪表应用到化工生产控制领域有以下意义：首先，化工生产领域朝着自动化发展，极大地解放了人力；其次，对化工生产过程中的温度、压力、流量、物料高度等进行控制，保障了生产质量；最后，工作人员可以实时得到各项生产参数，方便了对异常数据的调整，提高了生产效率。

2 自动化仪表在化工生产控制中的应用

2.1 温度仪表

由于许多化工生产过程都是在高温、高压的情况下进行的，所以对于化工生产的每个环节的温度都应该进行严格的把控，才能保障温度始终保持在正常范围之内，避免意外的发生，提升化工生产的效果[2]。这便决定了化工生产控制过程必须使用温度仪表，常见的温度仪表如图1 所示。

图1 温度仪表

传统模式下的温度测量是依靠水银温度计，由于水银温度计的上下限都比较低，只适合应用在温度较低且变化不大的化工生产控制领域，不能适应大部分高温、高压的化工生产环境，于是采用了自动化温度仪表。自动化温度仪表可分为接触式和非接触式两大类，应用起来不仅简单、可靠，还具有较高的测量精度，并且能适应大多数高温、高压的化工生产过程中。其主要原理是利用内部耐高温的金属温度计，通过电阻、热电偶等仪表进行温度测量，并通过仪表盘将温度数据实时的显示出来；工作人员可以通过调节温度参数对化工生产过程的温度控制，实现了化工生产温度的精准把控，有效地提高了生产质量和效率。

2.2 压力仪表

压力仪表指的是以弹性元件为核心部件，测量工作区域压力高于环境压力的仪表，与温度仪表一起对化工生产控制过程有着重要的影响，被广泛应用到各个领域。常见的压力仪表如图2 所示。

图2 压力仪表

由于大部分化工生产必须处在与大气压不同的压力环境中，为了保障化工生产的质量，必须合理地控制气压。压力仪表主要分为现场指示类压力仪表和远传压力变送器。现场指示类，如：普通压力表、氧气压力表、活塞式压力表、压力变送器、差压变送器、绝对压力变送器等。在选用压力仪表时，应根据具体的化工生产进行选择，需要综合考虑压力仪表的耐热性、防腐性，压力阈值等因素。压力仪表主要是靠内部的敏感元件进行工作的：当对测量区域的气压进行测量时，气体或液体会给敏感元件一个力，通过合理的换算，压力仪表将这个力转化为对应数值的压力值，并显示在仪表盘上或远传至控制室显示。

2.3 物位仪表

所谓物位仪表指的是测量粉粒状料仓高度或液体的液面高度的工业自动化仪表，在化工生产过程中，对物位的精准测量也是至关重要的[3]。常见的物位仪表如图3 所示。

图3 物位仪表

采用物位测量时，通常是在封闭式或者敞开式的容器中，一般分为两种测量方式：连续测量和限位测量。连续测量指的是对同一化工生产过程的物料高度进行实时不间断测量；限位测量指的是对物料高度是否达到某一规定要求进行测量，二者均以测量液体物料为主。物位仪表主要包括差压式物位仪表、磁浮子液位计、雷达物位仪表、超声波式物位仪表及外贴式液位仪表等。例如，浮筒液位计主要是利用仪表自带的磁性浮筒进行测量：当浮筒未接触到其他物质是会慢慢下降；当浮筒接触液面时会停止下降，之后仪表会根据浮筒下降的距离测量出相应的物料高度，并将结果呈现在仪表盘上或变送为4～20 mADC 信号至控制系统，对生产过程的物料高度进行实时监控，保障物料高度始终处在合理的范围之内，还能精确的出化工生产中的物料质量和体积，当物料不足时会及时给予才做人员相应的反馈，保障化工生产的稳定进行。

2.4 流量仪表

在化工生产过程中，离不开对液体或气体流量的检测，但流量的测量是一项极其复杂的工作，受多种因素的影响，为了提高流量测量工作的效率和准确性，流量仪表被广泛应用于化工生产领域。常见的流量表如图4 所示。

图4 流量仪表

通常，流量仪表分为液体式流量仪表和气体式流量仪表两大类，具体细分可分为差压式流量仪表、转子式流量仪表、旋涡式流量仪表、电磁流量仪表、超声波流量计、科氏力质量流量仪表等，其工作原理分为力学原理、电学原理、声学原理等，以力学原理为例：科氏力质量流量计，主要是依据科里奥利力原理，当流体经过管道是，会对管壁产生作用力，通过检测作用力并转换为频率，就可以检测流体的质量，质量流量计具有很高的精度，通常用于贸易结算。在选用流量仪表时，应根据化工生产的类型进行选择，需要综合考虑流量仪表的耐热性、抗压性、耐腐蚀性等因素；除此之外，由于在测量流体流量时会存在一定的压损，制造企业应进一步优化流量仪表的测量，尽可能降低压损对数据准确性的影响。

3 自动化仪表在化工生产控制中的发展趋势

3.1 智能化

在社会发展的大背景下，自动化仪表的智能化发展已经成为一种不可抵挡的趋势，并且其智能化程度将不断变高，以适应时代的发展。在化工生产过程中，如何充分发挥自动化仪表与控制系统的应用价值非常重要[4]。因此，化工生产控制中必须不断发展自动化仪表的智能化，主要优势有以下3 点。

首先，极大地解放了人力。应用智能的自动化仪表进行化工生产作业之前，在智能化设备上保存施工过程的相关信息并检查数据的准确性，确定无误后进行化工生产，可以保障生产过程的顺利进行，减少了人力参与化工生产的程度；另外，利用智能化的微处理器，当化工生产出现问题时，操作人员只需要在智能化设备上输入相关的程序指令便可控制自动化仪表进行解决，有效解放了人力。

其次，有利于生产信息的传递。将智能化技术应用到自动化仪表中，可以实时记录化工生产过程中的数据信息，并通过互联网将数据传递到数据大平台，工作人员可以根据上传的数据判断化工生产情况，员工也可以了解产品的质量和生产的全过程；除此之外，由于互联网具有一定的透明度，产品采购者可以依据互联网上的数据判断化工生产产品的质量好坏，降低了劣质产品的采购率。

最后，实现化工生产过程的有效监控。应用智能化技术，将整个化工生产过程数据化，在此基础上组建信息处理平台，负责对化工生产过程进行实时监督。在整个生产过程中，各项生产数据会都会被监控，一旦某个数据出现异常，自动化仪表会及时的将异常数据反馈给处理平台，之后工作人员可以通过数据判断异常的原因，并给自动化仪表下达指令进行异常数据的调整。

3.2 网络化

在化工生产过程中，应用网络化技术，为设计生产创造了更多有利的条件。利用网络构建整个化工生产过程的三维建模，模拟实际的生产过程，并在其中附加上各类自动化仪表。当给予三维建模一定的指令后，各个仪表均会显示相应的参数，可以很好的发现实际生产过程中可能出现的问题。

在网络信息极大发展的背景下，自动化仪表的网络化能够为化工生产提供更多的帮助。例如，依靠互联网技术可以实时监控化工生产过程，接受异常的反馈数据并及时进行处理，保障产品的质量和效率；也可以通过互联网技术进行化工生产操作，有效降低了人力的使用，同时提高了效率和生产质量。

3.3 虚拟化

自动化仪表的虚拟化同网络化、智能化一并发展。在化工生产过程中，自动化仪表要想顺利进行操作，就必须借助先进的技术、计算机网络平台，才能有效实现各项操作的虚拟化处理[4]。自动化仪表的虚拟化是同智能化一样的发展趋势，有以下3 点优势。

首先，自动化仪表的虚拟化发展进一步解放了人力。在具体的化工生产过程中，施工人员要想进行某一方面的工序时，无须亲自到生产现场进行操作，只需要在电脑上输入相关的程序指令便可有效控制自动化电表进行化工生产作业，有效解决了人工操作造成的误差，进一步降低了化工生产对人身心健康的影响。

其次，有效提高了化工生产的效率。在对自动化仪表虚拟化处理后，施工人员可以及时得到化工生产过程的相关数据，一旦发现异常可以及时地进行处理，保障了化工生产过程的稳定进行；另外，在化工生产过程中，需要有效的融合自动化仪表的数据处理能力。

最后，有效地提高了化工生产的数据精度。现实的自动化仪表在测量过程中会受多种因素的影响，可能产生误差，虽然误差在合理范围之内，但随着人们对高质量的追求，误差必须不断缩小。将自动化仪表虚拟化，有效避免了外在因素对测量数据的影响，提高了测量精度。从长远来看，在未来的化工生产过程中，自动化仪表会进一步发展，网络平台和大数据的使用概率会越来越高，自动化仪表的虚拟化发展将是必然趋势，化工生产控制过程也将迎来进一步的发展。