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干貨||化工設計中自動化儀表的應用
作者:onship  來源:和盛昌科技  瀏覽:508次  更新:2017-7-3

 化工設計中自動化儀表的應用

 

1 引言

  隨著科學技術的發展,自動化技術也取得了長足的進步,自動化儀表不再像傳統的儀表那樣只是簡單的顯示數值,即“眼”的功能,還能夠將數值作為數據儲存下來進行運算分析,發出指令,即“腦”的功能,同時還具備控制、警報的能力,即“手”的功能,最終實現整個過程的自動化執行,并且相對于人工的方式,觀察更精確,反應更靈敏,控制更精準。

2 化工設計過程中自動化儀表應用原則

2.1 精準可靠

  化工生產中某些工序對參數的控制極為敏感,出現誤差就有可能導致質量和安全事故,一方面會導致不良品率的增加,生產成本的升高;另一方面在有危險的工序中極有可能造成人身傷亡,可以說自動化儀表精準可靠的性能關系著化工企業的利益和生產職工的安危。因此,在化工設計過程中特別是涉及到影響產品質量的關鍵控制點和高危工序中盡可能的選用精度高、品質可靠的自動化儀表。

2.2 運行穩定

  在化工生產過程中,同一化工設備所接觸的環境并不是一成不變的,比如說在同一個化工設備中,化工原料需要經過酸洗,而下一步有可能進行堿煮,而自動化儀表所處的環境也隨之改變。同時,不同的化工過程自動化儀表所處的工作環境也不盡相同,相同的自動化儀表型號不一定滿足設計需求。因此在設計過程中選用自動化儀表時應當充分考慮環境的改變對儀表的影響,確實了解所選用的自動化儀表是否能在工作環境發生改變時還能夠穩定的運行。

2.3 維護保養成本低、操作便捷

  一般來說自動化儀表專業性較強,儀表的維護保養工作需要相應的專業人員來進行,而如果自動化儀表的維護保養成本較高、次數頻繁、步驟繁瑣復雜,會在一定程度上影響化工生產的正常運行,增加生產成本。因此,在化工設計過程中自動化儀表的應用應當考慮其維護保養成本,選擇維修保養方便快捷損壞頻率低的儀表,最大限度地降低自動化儀表的維護保養對化工生產的影響。

3 化工設計過程中自動化儀表選型

3.1 選型統一、性能一致

  在化工設計過程中,特別是在設計大型化工生產線項目時,常常會將項目分段,每段由不同的單位負責設計,如果各段設計單位沒有建立溝通機制的話,就會出現同一型號的自動化儀表由于生產者不同,性能也不盡相同的情況。在這種情況下,儀表的性能、質量、配置不能夠確保相同,不僅會導致化工過程控制出現誤差,也會使得自動化儀器的維護保養工作變得困難,增加維護保養成本。

3.2 滿足工藝標準的要求

  自動化儀表的作用就是滿足化工生產標準的要求,但在實際的化工設計過程中,會由于化工設計的其他方面影響自動化儀表的選型,比如說工作環境、管道布置、生產要求、工藝參數等因素,此時應當以滿足工藝標準要求為基準,綜合考慮生產成本、技術先進等因素,選用性價比最高的自動化儀表。

4 化工設計過程中自動化儀表應用技術

4.1 采用提高自動化儀表本身可靠性的技術

  在進行化工設計時,首先應當注重自動化儀表的可靠程度。通常能夠提高自動化儀表本身可靠性的技術措施有:元件的選擇及控制技術和耐環境設計技術,這有利于提高自動化儀表自身固件的可靠性,還包括維修設計技術保證自動化儀表方便檢修和維護保養,而儲備設計技術和故障設計技術能夠保證自動化儀表在發生故障時能夠自動切換到備用元件,并及時自檢排除故障,必要時發出警報,從而提高自動化儀表的可靠性。基于此,在化工設計過程中應用這類技術措施的自動化儀表,相對來說更為可靠。

4.2 熱設計技術

  冷或熱均會對自動化儀表內部的電路、電器元件產生影響,如高溫狀態下芯片可能燒毀,電路會老化速度加快,此時對于整個自動化儀表的散熱技術尤為重要,有些化工生產過程本身就屬于高溫環境,更加劇了儀表的熱負擔。同樣較低的溫度也會使自動化儀表內的元件發生特性的改變,如某些元件內的彈簧彈性、芯片內的半導體導電能力等。因此在化工設計時更應著重考慮應用熱設計技術的自動化儀表,保證自動化儀表的可靠穩定的運行。

4.3 溫度補償技術

  溫度的變化會影響自動化儀表的靈敏度,此時就會出現儀表工作可靠性下降,不能夠穩定運行。而如果采取保持環境溫度恒定的方法,需要較高的成本,并不可行,因此可以考慮應用采用溫度補償技術的自動化儀表,將溫度變化帶來的特性改變抵消掉,從而使得自動化儀表在溫度時仍然不受影響,能夠正常的工作。

4.4 電磁兼容性設計技術

  通常來說,化工生產環境中可能存在電磁干擾源,或者自動化儀表內部存在干擾源,也可能由于熱設計不合理造成元件過熱出現干擾源,漏電等原因也是產生干擾源的因素,如果忽略其影響,對電磁干擾較為敏感的元件則會出現電磁干擾的現象,使其不能正常工作,影響自動化儀表的工作穩定性和可靠性。

5 石油化工油品儲罐自動化儀表

  下面以石油化工油品儲罐為例,介紹一下自動化儀表的設計、選型和應用。

5.1 液位測量儀表

  液位測量儀表主要負責對儲罐液位進行測量,液位測量儀表需根據實際狀態進行安裝,油品儲罐體積有所不用,儀表所需測量的范圍也不一致。針對容積相對較小,如容積不大于1×105m3的油品儲罐,液位測量儀表應安置于油罐頂部,并建議應用連續液位測量儀表進行測量。針對容積相對較大,如1×105m3的油品儲罐而言,工作人員需設置兩套連續液位測量儀表,并為其配置指示儀表,用以顯示當前測量儀表對液位的測算結果。實際使用過程中,企業還需為自動化儀表系統增加用于檢測報警的裝置,當液位處于異常狀態時,系統可及時向工作人員報告,以免出現液位超標或是過低的問題。與不頻繁開啟或閉合的開關類儀表相比,連續液位測量儀表因為可以及時對儲油罐當中的液位實施檢測,同時可以對儀表的工作狀態實施連續觀察,故而,可靠性相對較高。而石油化工企業對油品儲罐的要求相對較高,因此,該類型儀表在石油化工行業中的應用較為頻繁。

5.2 溫度測量儀表

  油品儲罐區域當中,溫度是用以測量儲罐自身溫度補償的主要參數。因此,如何測量儲罐溫度對石油化工而言也極為重要,需要企業應用溫度測量儀表對油罐進行合理測量。如今,石油化工油品儲罐溫度往往通過Pt100鉑熱電阻元件完成測量工作,所用測量溫度的元件需滿足有關標準的要求。

5.3 儀表防護防爆設置與安全設置

  因為自動化儀表均安裝于容易出現燃、爆問題的儲罐范圍之內,企業必須對測量儀表實施防爆處理,保證儀表安全。按照我國相關防護等級規定,凡是用以進行石油化工儲罐現場測量工作的儲罐,其外殼防護等級均需符合PI65要求。至于安裝于地下的自動化測量儀表,其外殼防護級別不應少于IP68。此外,國家還明確要求,凡是安裝于容易產生爆炸的危險場所內的自動化儀表,其防爆等級均需滿足對應的防爆要求,同時需要接受國家級別防爆檢測,并保證合格。上述內容是石油化工設計必須滿足的要求。通常情況下,石油化工油品儲罐區域正常運行狀態相對較為穩定,出現風險以及事故的機率相對較低。故而,針對無特定要求的儲罐區域,企業通常僅僅設立報警裝置以及連鎖裝置。若企業需要按照實際情況對自動化儀表系統經設計,則必須依照國家有關標準對自動化儀表工程實施設計,以保證其滿足我國有關規定的設計要求。

5.4 開關閥設計型號選擇原則

  企業應根據儲存的介質、危險程度以及管道規格等情況選用適合的開關閥。開關閥有很多種類,如電動、電液以及氣動等。設計過程中,企業必須按照儲運技術的設計要求與現場動力源進行設計。按照油罐規定,液化石油氣罐區開關閥應采用氣動式開關閥,若儲罐區域有儀表空氣氣源時,應使用氣動執行機構。若儲罐區域沒有儀表空氣氣源,應使用電動或是電液驅動的執行機構。若開關閥具有固定的故障狀態位置時,建議企業選用單作用氣動執行結構或是帶有氣罐的雙作用氣動執行機構。不僅如此,企業還需注意,針對管線規格不低于DN600的儲罐區域,其氣動執行機構的整體體積以及質量均相對較大,因此應選用電動執行機構。

6 結論

  自動化儀表發展迅速,為化工生產帶來了極大的便捷,使得一些難以完成的工作變得易于操作,提高了化工生產的效率。而自動化儀表也不是萬能的,需要我們在化工設計過程中從安全的角度出發,針對設計要求選擇性的應用自動化儀表,堅持精準可靠、運行穩定、維護方便的原則,使得自動化儀表在化工生產中更好地發揮作用。

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