化工裝置建設(shè)中的儀表自動(dòng)化工程探索

（山東嘉匯化工科技有限公司，山東棗莊 277100）

0.引言

在化工企業(yè)的發(fā)展過程中，化工裝置建設(shè)水平是影響經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為了有效提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化水平，需要在化工裝置建設(shè)中積極的應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，有效提高化工生產(chǎn)效率。在自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用中，儀表自動(dòng)化控制能夠進(jìn)一步提升儀表的性能，并且對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)中的其他裝置造成積極影響，而對(duì)儀表進(jìn)行智能化改造，有利于提高儀表的適應(yīng)性與功能性。因此，化工裝置建設(shè)中需要積極探索儀表自動(dòng)化控制。

1.化工裝置建設(shè)中的常用儀表

在化工裝置建設(shè)中，常用儀表主要包括以下幾種：

1.1 溫度儀表

在化工生產(chǎn)過程中，不同的生產(chǎn)工藝需要的反應(yīng)條件存在較大的差異，生產(chǎn)中使用的設(shè)備與反應(yīng)物等，均需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，與此同時(shí)，還要對(duì)流經(jīng)管路的冷凝水及蒸汽等進(jìn)行相應(yīng)的控制。一般情況下，化工生產(chǎn)中的溫度應(yīng)控制在-200℃～1800℃的大體范圍之內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的有效控制，無法通過人工操作的方式完成，因此，對(duì)溫度的調(diào)節(jié)與控制，需要應(yīng)用接觸式測(cè)量技術(shù)。在以往的化工裝置建設(shè)中，對(duì)溫度的測(cè)量通常使用的是水銀溫度計(jì)，但這種溫度計(jì)在使用過程中容易損壞，并且其中的水銀具有較強(qiáng)的毒性，會(huì)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境造成污染，同時(shí)危害工作人員的身體健康[1]。在儀表自動(dòng)化控制中，需要使用雙金屬溫度計(jì)取代水銀溫度計(jì)，雙金屬溫度計(jì)一般包括熱電阻溫度計(jì)與熱電偶溫度計(jì)，這兩種溫度計(jì)都能夠準(zhǔn)確的測(cè)量溫度的變化，同時(shí)可以通過傳輸裝置將溫度信息傳送給相應(yīng)的儀表，這種方式已經(jīng)逐漸成為化工生產(chǎn)過程中的常用溫度控制方式，應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大。

1.2 壓力儀表

對(duì)于化工生產(chǎn)而言，壓力同樣是影響生產(chǎn)過程的關(guān)鍵因素，需要對(duì)其進(jìn)行有效的控制，如果生產(chǎn)過程中壓力處于失控狀態(tài)，不但生產(chǎn)過程無法順利完成，而且會(huì)出現(xiàn)設(shè)備爆炸等嚴(yán)重的后果。因此，對(duì)于壓力的控制會(huì)對(duì)生產(chǎn)過程的安全性造成直接影響，需要引起足夠的重視。在化工裝置建設(shè)中實(shí)現(xiàn)壓力儀表的自動(dòng)化控制，可以在出現(xiàn)壓力升高現(xiàn)象時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，以便對(duì)可能發(fā)生的安全事故進(jìn)行有效的防范，不但能夠提高化工裝置的運(yùn)行安全性，而且有利于提升化工生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 物位儀表

在化工生產(chǎn)過程中，有很多參與到化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)是液態(tài)的，這些物質(zhì)主要為液態(tài)的有機(jī)化合物。液態(tài)物質(zhì)的反應(yīng)一般需要在反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)過程中需要對(duì)其中的液面高度進(jìn)行及時(shí)測(cè)量。常用的液面高度測(cè)量可以使用浮力式測(cè)量系統(tǒng)，與此同時(shí)，物位儀表同樣能夠進(jìn)行液面高度測(cè)量[2]。物位儀表的形式主要分為讀取式、電容式以及浮力式等，其中最常見的是浮力式物位儀表，隨著化工行業(yè)的快速發(fā)展，從業(yè)人員的安全意識(shí)也大幅度提升，物位儀表的應(yīng)用也更加廣泛，應(yīng)用水平也不斷提高，能夠獲得更好的應(yīng)用效果。

1.4 流量?jī)x表

在化工生產(chǎn)過程中，可以通過流量?jī)x表獲取大量的重要信息，為了保證生產(chǎn)過程的安全性與穩(wěn)定性，需要對(duì)流量情況進(jìn)行嚴(yán)格控制，利用流量對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的考核。一般情況下，化工生產(chǎn)中的流速會(huì)受到流量、管道以及流體等方面因素的影響。與流速相比，流量是指在一定時(shí)間內(nèi)流體截面的體積、溫度、壓力補(bǔ)償，在測(cè)量流量時(shí)，需要掌握單位時(shí)間內(nèi)流過管道的流體質(zhì)量以及體積，再通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算獲得相應(yīng)的結(jié)果。

2.化工裝置建設(shè)中儀表自動(dòng)化控制策略

在化工裝置建設(shè)中，為了對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境的影響，需要在儀表自動(dòng)化控制中采取以下策略：

2.1 常規(guī)控制策略

在化工裝置建設(shè)中，儀表自動(dòng)化控制需要滿足連續(xù)性、集成性、瞬間性等方面的要求。在儀表的發(fā)展過程中，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，由氣動(dòng)元組合儀表、電動(dòng)單元組合儀表、常規(guī)DCS系統(tǒng)正在逐漸被新一代DCS系統(tǒng)取代。但是，在儀表自動(dòng)控制方面，儀表自動(dòng)化連續(xù)控制、批量控制以及順序控制等系統(tǒng)均沒有發(fā)生較大的改變。在儀表系統(tǒng)的常規(guī)控制策略中，主要分為連續(xù)控制以及回路控制，其主要調(diào)節(jié)方式則有單回路調(diào)節(jié)、串級(jí)調(diào)節(jié)、比率調(diào)節(jié)、均勻調(diào)節(jié)以及前饋調(diào)節(jié)等，PID調(diào)節(jié)是常規(guī)控制的主要方式。因此，我們可以確定，儀表系統(tǒng)中的控制算法以及功能塊均沒有發(fā)生較大的改變，只是在組態(tài)能力與控制方案等方面發(fā)生了一些改變[3]。例如，目前的功能塊連接方式正在向著多元化的方向發(fā)展，可以采用的連接方式包括多重串接、并聯(lián)連接、選擇性連接以及自動(dòng)補(bǔ)償?shù)?。因此，常?guī)控制策略需要根據(jù)化工裝置的實(shí)際情況制定合適的控制策略。

2.2 儀表控制優(yōu)化策略

由于受到現(xiàn)代化智能控制理論的影響，化工裝置建設(shè)中應(yīng)用的智能化算法數(shù)量也不斷增加，應(yīng)用范圍也更加廣泛，目前已經(jīng)不僅僅是對(duì)PID這一控制裝置。在自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展過程中，相關(guān)的控制理論也更加完善，尤其是對(duì)于智能化算法的合理運(yùn)用，控制系統(tǒng)中可以出現(xiàn)更多的變量，以便更好地應(yīng)用到生產(chǎn)過程中。一般情況下，存在多種變量的控制系統(tǒng)的核心是DCS系統(tǒng)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，不但可以單獨(dú)使用，而且可以與其他相關(guān)技術(shù)結(jié)合使用，可以與其結(jié)合使用的技術(shù)包括多變量動(dòng)態(tài)過程模型辨識(shí)技術(shù)、軟測(cè)量技術(shù)等。在具體的應(yīng)用過程中，大部分采用測(cè)控與PID串級(jí)控制結(jié)合使用的方式，這種應(yīng)用方式能夠獲得良好的應(yīng)用效果。此外，合理地應(yīng)用卡邊控制等相關(guān)技術(shù)，可以獲得更高的生產(chǎn)效率，并保證產(chǎn)品質(zhì)量滿足相關(guān)要求[4]。

2.3 人機(jī)界面優(yōu)化策略

在以往的化工裝置建設(shè)過程中，需要具有一定的針對(duì)性，控制室與裝置需要一一對(duì)應(yīng)。在這種對(duì)應(yīng)模式中，可能會(huì)造成一定的資源浪費(fèi)，進(jìn)而降低資源利用率，不利于化工生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的提升。為了有效提高化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)的性能，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展能夠提供必要的支持，促進(jìn)化工裝置自動(dòng)化控制水平的提升。目前化工裝置正在由單一控制室向著多個(gè)控制室的方向發(fā)展，而一些化工企業(yè)中則只有中央控制室。在這種控制方式中，如果一個(gè)設(shè)備或元器件出現(xiàn)故障，控制室中的顯示屏幕會(huì)出現(xiàn)故障分析結(jié)果。與此同時(shí)，將更加先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到化工裝置自動(dòng)化控制中，對(duì)儀表自動(dòng)化控制具有十分重要的意義，有利于控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行[4]。在目前的控制室中，大部分操作需要通過鍵盤與鼠標(biāo)完成，有一些操作可以通過旋鈕以及觸摸屏幕實(shí)現(xiàn)，因此，對(duì)操作人員的技術(shù)能力的要求相對(duì)較高。為了降低控制操作的難度，需要重視對(duì)人機(jī)界面的優(yōu)化，使各項(xiàng)操作更加容易實(shí)現(xiàn)。

3.結(jié)語(yǔ)

在化工裝置的建設(shè)過程中，儀表的自動(dòng)化控制是提高化工生產(chǎn)效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一般情況下，化工生產(chǎn)中應(yīng)用的儀表主要包括溫度儀表、壓力儀表、物位儀表以及流量?jī)x表等。隨著相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)的儀表自動(dòng)化水平正在不斷提高，但與國(guó)際先進(jìn)水平仍然存在一定的差距。因此，我們需要對(duì)儀表自動(dòng)化控制進(jìn)行進(jìn)一步探索，促進(jìn)化工生產(chǎn)自動(dòng)化水平的提高。