自动化控制技术在石油化工仪表中的运用

赵晓娟，祁 超

（1.山西水利职业技术学院，山西运城 044000；2.承德医学院，河北承德 067000）

将自动控制技术和仪表设备相结合，能够颠覆传统的仪表设备控制方式，期间可以基于传感装置采集石油化工生产的实际参数，如压力、温度等，而后将采集到的数据传送给控制中心，再由计算机编程完成，达到自动控制的目的。与常规的控制方式相比，采用自动控制可以提高仪表设备的运行控制效果，提高控制精度，更好地适应石化行业的要求，是目前石化行业的一个重要技术，因此需要明确其具体的使用方法[1]。

1 石油化工仪表自动化技术阐述

石油化工仪表是石化工业中不可或缺的仪表，在实际应用中，仪表的精度将直接关系到石化产品的质量。近几年，随着科学技术的飞速发展，社会各界对石化产品的需求越来越大，对仪表精度的提高和控制也越来越迫切。石油化工仪表自动化技术实际上是将自动化元件、设备、过程控制与计算机技术结合起来，而后使其在一定的参数设定下，以命令的形式进行自动化运转。石油化工仪表自动化技术的出现，使得石油化工仪表由原来的测量功能向测量、现实、存储、控制、预警、数据处理等综合功能转变，进而为推动我国石油化工产业稳定发展奠定良好基础。

2 石油化工企业中自动化控制技术的特点

2.1 可编程

为了适应石化行业的生产要求，仪表在制造过程中，企业可以利用先进的自动化管理软件对生产设备进行管理和控制。通过对仪表内部的结构进行简化，利用高级计算机软件对仪表进行修改和替换，使仪表的整体功能和品质得到最优化和更新。

2.2 精准计算

在石化行业中，自动化控制技术在石油化工仪表中的应用能够实现与计算机技术的相结合，由此使其既可以提高控制水平，又可以提高计算精度。在石化企业的生产过程中，可以利用仪表的运算功能，对采集到的有效数据进行分析，进而为石化企业的生产、规划设计提供依据。

2.3 故障排查和分析

作为化工企业的核心设备，仪表通常储存着大量的重要信息，由此实现对设备进行故障诊断。基于自动化控制技术的仪表具有微计算机处理功能，能迅速地找到相关的故障资料，并对其进行定位，使有关人员仅需使用仪表即可缩短故障分析与诊断的时间，同时还能够有效缩短设备的维护与检修周期，从而提高整个化工企业的工作效率[2]。

3 自动化控制技术在石油化工仪表中的具体运用方式

3.1 自动化控制压力仪表

压力仪表在石化行业中得到了较为广泛的应用，其作用是对目前的工作环境进行压力参数的检测，以保证石油化工生产的安全性。然而，常规的压力仪表在实际使用时往往会产生一些误差。因此，近几年逐步采用自动压力仪表，能够利用自动化控制系统中的运算功能校正测试参数，由此进一步提高测试精度。在应用自动控制压力仪表时，需要对不同介质的压力进行检测，因此需要选用适当的压力测量仪表，进而有效地控制测量误差。

例如，在高黏度原油压力测试中，自动控制压力仪表可以使用隔膜式仪表或者弹簧管压力仪表，两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压力测量的精度。在使用带有标准信号的压力仪表时，它可以与压力传动装置联接，用于制造过程中的固态微粒腐蚀介质，并使用法兰片式压力传动装置，实现对石油化工设备的精准测量；若有大的振动，就需要使用相应的数字式压力调节器，由此更好地确保仪表应用的整体精准性。

3.2 自动化控制温度仪表

在石化工业中，温度是一个重要的生产指标，在石化工业中，早期使用的温度计都是无刻度的，它主要由电阻温度仪表和热电偶温度仪表组成。不同的测温仪表，其工作原理各不相同，通过热敏电阻检测温度的变化，将能够更好地使其显示出温度的变化特性，并可以在较低的温度条件下精确地测量温度参数；热电偶温度仪表主要是利用热源效应进行温度参数的测定，它与设备的传热介质及节点温度存在着较为密切的联系；膨胀式温度仪表则主要是通过对物体的热胀冷缩作用进行温度测量的，它的测量精度受液体蒸发和凝结温度的影响；辐射型测温仪表是一种用于测量温度在1 000℃以上环境中的仪表，其主要是利用热辐射显示其温度参数。在石化工业中，通常采用金属温度仪表显示现场的真实温度，并将其与自动化技术相结合，以此使其精确地测量-80~500℃的环境温度，并将其应用于1.0。在石化工业自动测温仪表的安装中，需要确保其与受检介质的接触，避免因距离过大而影响测温精度，进而有效优化自动温度仪表的使用效果[3]。

3.3 自动化液位控制仪表

在石化行业中，自动液位控制仪的作用是测量目前的液面高度，通过精确控制液面高度的方式，可以有效地改善各种操作的安全性，使其在石化行业中发挥较大的应用价值。自动液位控制仪表正朝着使用方便的方向发展，通过在自动仪表上设计一个人机界面，可以改善仪表的操作和使用的便利性，自动液位控制仪表在工作时，可以通过人机界面显示它的工作状况。在使用自动液位控制仪表时，需要由操作人员进行模拟，并严格执行操作规范优化信息处理、报警等操作接口，提高操作界面的可操作性，以此提高自动液位控制系统的控制效果，进而满足石化行业对液位的监控要求。

3.4 自动化控制计量测量仪表

在石化行业中，自动化仪表的使用频率越来越高，自动化仪表的选型将会直接影响到各种测量结果的准确性，因此，在选用自动仪表和流量仪表时，需要坚持科学严谨的态度。如在油田开发中，针对单井的仪表选择，一般可以采用分离器自动玻璃管进行自动计量，或采用人工玻璃管利用自力式差压调节阀进行测量。气井产液量一般通过容积式计量方式进行测量，能够有效适应气井产液量不稳定、不均匀以及不同气井之间液量差异过大的问题。

对于生产相对平稳或低产的气井，通常采用容积式自动流量仪表或涡轮自动流量仪表，容积式自动仪表主要有双转子仪表、腰轮式流量仪表等，适用于高黏度原油的测量，也适用于污水、砂石等高含油原油的测量；涡轮自动流量仪表通常用于测量质地较轻的原油，其总体黏度不宜大于5mPa·s。在石化行业中，自动计量和流量测量仪表是监控目前产量的关键设备，因此，需要将自动化技术与生产实践有机地结合起来，才能有效地提高油田的采收率[4]。

4 自动化控制技术在石油化工仪表中的应用

4.1 DCS技术的应用

DCS技术的应用就是采用自动控制技术，其是实现石油化工仪表自动控制的核心技术。DCS系统可以监控每个环节，保证每个环节石油化工生产的安全性，其也是保证批量生产的关键。DCS技术主要是将计算机技术与其他技术相结合，使数据采集与处理速度最快，同时也使操作过程变得简单，员工可以通过DCS系统实时了解各个环节的运行状况。DCS系统具有完备的组态功能，能够自动地解决各种故障问题，而多层次的开放数据接口也是DCS系统的重要组成部分，应该加以深入研究和应用。DCS系统能够实现对石油化工仪表的独立控制与统一管理，石化行业需要对仪表进行数字化改造，期间可以采用回路组态采集数据，以便实现对生产流程的准确控制，并且由系统的显示功能实现对石油化工仪表的自动控制。

4.2 PID技术的运用

PID技术是一种较为先进的、系统的自动控制系统，采用PID技术的多变量控制技术可以对石化行业的仪表进行有效的控制。PID技术中，三个字母的意义各不相同，P表示比例控制，I表示积分，D表示微分输出。在石油化工仪表的数据不精确时，通过比例控制，可以精确地检测到数据中存在的错误问题，并通过比例控制实现对仪表的自动调节，降低仪表的数据错误概率，进而确保石油化工生产的效率得到有效提升。PID系统对仪表的控制状况会受比例因子的影响，其中的积分效应可以在一定程度上降低仪表的响应速度，但同时也可以降低误差，使仪表的自动控制变得更准确。PID系统中的差分输出可以调节比例控制，使系统的波动变得更小，从而使生产过程更加平稳。

4.3 人机界面技术的运用

随着对石化产品日益增长的需求，对不同的成品、半成品进行分离，而后通过采用分散式控制系统的方式，也能够实现对产品的进一步分离。自动控制与仪表的集成使得石油化工仪表中出现一个分布式的控制系统，将分散式控制与HMI相结合，可以提高人机交互的效率，而有效的人机交互可以提高仪表的操作效率。人机界面技术的主要功能在于实现人与机器之间信息的自由交流，它的使用极大提高了系统的自动化水平，降低人工成本。在人机接口的显示屏上，通常会采用LED或CRT，通过接口的显示遥控仪表，能够快速检测到敏感的数据，并根据不正常的情况，及时发出警报，进而保证仪表得以正常运转。

4.4 监控技术的应用

采用监控技术可以对较为严重的危险隐患进行监测，并对其进行及时的防范与处置。石油化工的生产过程是一个非常复杂的过程，它的许多环节都包含着一定的风险，通过仪表对各个生产过程的基本信息进行检测，有助于对各个生产过程的安全进行分析和监测。监测技术与仪表相结合，使监测数据更为精确、全面，同时也使操作人员对生产过程产生更加直接的了解，由此更好地降低生产过程中的安全风险。除此之外，通过采用监测技术，还需要构建一套完整的仪表自动监测体系，可以有效地对生产过程中存在的各种潜在风险进行有效的控制，并根据实际情况制订相应的防范措施，最大限度地降低生产过程中出现的各种风险，确保各生产工作顺利、有序进行。自动化修复技术可以被引进到监督管理体系中，一旦出现问题，就可以迅速修复，并且在将修复技术、环境监测技术、自动化监测技术等有机结合起来的情况下，能够有效提高设备和监测系统的可靠性和有效性。

4.5 总线控制系统（FCS）的运用

FCS系统以其数字化、智能化、开放性为特征，在石化行业中起着举足轻重的作用。FCS系统已被广泛地用于石化企业，它能实现对石化企业的总线系统的控制，同时也能通过FCS对不同的生产设备进行控制。FCS的控制需要通过局域网和现场总线完成，局域网能使不同的计算机在网络中进行信息的分享和传输。采用FCS系统进行控制，可充分保障现场智能仪表的测量精度，方便调试，并且期间所采用的双向数字通信技术，也能确保整个系统的稳定性与安全性。石化企业的现场总线智能仪表不仅具有基本的测量功能，而且还具有计算、控制等功能，便于实现分散式控制，并可在现场通过一条总线将多台仪表联接起来，实现多台仪表的联合控制，达到既节省电缆，又简化程序的最终目的[5]。

5 石油化工仪表中应用自动化控制技术的相关建议

为保证石油化工仪表设备在生产中的使用，有关部门应积极探讨如何运用自动控制技术进行管理，使其更好地发挥其优越性，从而提高仪表设备的管理水平。

5.1 提高化工仪表的管理水平

通过总线控制系统对设备进行基本管理，以提高仪表的精度，并对整个自动化装置的操作进行全面的监控。

5.2 加强安全保障系统的建设

为进一步提高技术应用的标准化，有关部门要加强仪表设备的实时监测与数据反馈，并定期进行相关的故障监测，以保证仪表设备的正常使用，进而确保石化企业仪表管理工作能够实现最佳化。

5.3 加强员工的专业素质，努力打造一支高素质队伍

通过入职培训，使其掌握自动化技术在化工生产中的运用与控制，并能有效地进行相应的管理工作，进而为化工生产的正常运行提供人力资源。有关部门应以科学的方式推进人才队伍的建设，以适当的激励措施，充分调动员工的工作热情，不断提升自己的业务水平，以适应石化企业的自动化控制技术管理。

6 结束语

石化行业关系到人们的生活和经济发展，加强自动化控制技术的应用，可以保证石化行业的安全、稳定，并能更好地满足仪表设备的检测需求。着重介绍了自动化仪表的技术优点，并对其几个特殊的功能进行分析，而后提出多种不同功能的自动化控制仪表在石油化工生产中的应用方式，最后提出石油化工仪表中应用自动化控制技术的相关建议，以期能够不断提高石油化工行业生产力。