石油化工自动化仪表的可靠性及其,发展趋势研究
时间：2023-02-14 15:40:09 来源：千叶帆 本文已影响人
朱彤 (中海油惠州石化，广东 惠州 516082)
石油化工生产环境较为复杂，一般需在真空、高温、深冷、高压的情况下生产。此外，其生产过程还涉及许多危险因素，具有易燃、易爆的特性。面对这样的环境，对自动化仪表进行可靠性分析是非常必要的。严格控制自动化仪表的参数和指标。传统的自动化仪表在使用过程中存在一定的漏洞和不足，主要包括：参数分析能力不足、信息处理能力不足等等，这些不足之处都是石油化工面临的危险因素。
随着我国工业技术不断发展，我国石油化工行业也取得一定进步，其生产环境较为危险，有易燃易爆的特性，所以在石油化工生产中我们对其工艺参数进行实时监测，保证数据的准确。传统的仪表测量通常是以人工记录的方式进行，人工操作误差大且不能保证实时监测，近年来已经被现代化工艺技术所取代。自动化仪表的引进可以实现生产过程中各个环节数据的监测和传输，不断提高数据的准确性，借助自动化仪表的优势，可以全面提高生产效率。随着石油化工行业的发展，自动化仪表的应用具有重大意义[1]。
在石油化工生产过程中，石油会跟许多原料产生化学反应，自动化仪表在其反应过程中起到了关键作用。自动化仪表具有一定的可靠性，通过解读自动化仪表的参数，操作人员可以实时把握生产进度,掌控石油化工复杂的生产环境，监测石油的质量。自动化仪表还在一定程度上简化了生产过程中的管理和运用程序，使得工作人员的操作更加方便快捷，为企业节省了大量的人力、物力和财力。随着我国科学技术的全面发展，特别是自动化、人工智能技术的发展，使石化企业在不断引入自动化技术后，其生产过程的安全高效得到有力保障。通过监测自动化仪表参数，可以提高测量的准确性，保证石油的质量，同时有利于技术人员进行数据统计分析。此外，通过网络传输，实时记录仪表数据来判断石油开采过程的各个指标是否合理，有利于施工现场的管理，节省人力和时间成本，并提高石化企业的生产效率。自动化技术的优化发展提高了石油化工基础设备的产品质量，自动化仪表对我国石化企业的良好发展有着重大作用[2]。
2.1 温度仪表
石油化工的常规设备装置和管道内介质的温度一般在-200～1 800 ℃之间。在这个过程中，一般进行接触式温度测量，主要采用热电阻、热电偶等装置。热电阻主要是中低温的一种常用温度检测器，热敏电阻因温度不同，其电阻值随之变化；
热电偶则是根据两种不同导体因交点温度不同产生的热电势不同的原理进行测温的，分为特殊热电偶、耐热电偶、防爆热电偶三种类型。目前，因现场总线技术的出现，一体化温度变送器应用更为广泛。
2.2 压力仪表
压力仪表主要是在石油化工生产中，对容器中或管道中的介质压力值进行监控和控制，其主要分为弹性压力仪表、液柱压力仪表、活塞压力仪表等。这些仪表结构简单，稳定性高，在生产过程中应用较为广泛[3]。
2.3 液位计
液位计作为物料液位的测量工具，其选用类型与被测物料特性息息相关。根据物料的状态，筛选出符合生产要求的液位计类型。按照测量方法分类，主要有直读式、浮力式、电接触式、电容式等不同仪表。其中，精度较高的是雷达式、磁致伸缩式等，此类仪表在石油化工生产中，应用广泛，较为可靠。
2.4 流量仪表
流量仪表主要对流量进行监测。在一般情况下，流量仪表主要显示生产环境的当前介质流量，有的流量计还可以显示累计流量。通过观察这些数据，可以及时对设备进行监测，对于出现故障的设备，及时进行数据参数的调试。当流量仪表数据在调试过程中变化不明显时，表明仪表准确性差或者仪表本身有故障，此时需对仪表进行检查，以保证数据的准确性[4]。
3.1 促进石油化工企业现代化发展
石油化工企业引入自动化仪表的目的是帮助解决生产中存在的问题，并获取精准的参数。随着我国科学技术的不断发展，石油化工行业在一定程度上取得了很大进步，在新时代的环境下我国逐渐进入数字化和智能化时代，石油化工行业所应用的自动化仪表也逐渐融入这一潮流。目前我国市场已有大量新型自动化仪表、智能化仪表等产品，将现代技术和石油化工企业相结合，有利于实现企业和技术的双赢。
3.2 改善控制技术
在自动化仪表没有引进石油化工企业之前，我国企业都是采用批量控制的方式来对生产过程进行控制。现在DCS控制系统被广泛应用到石油化工企业中，通过该系统可以对生产过程进行有效控制。DCS系统在初期投入和日常维护中，投入的资金较多，但石油化工生产的重心就在DCS。DCS技术不仅能对现场生产进行集散式控制，从而利用一个又一个控制站分析现场数据，得出控制结论，维持正常生产。而且它还有单独的软件包和操作站。技术人员可以通过操作站进行监控，使工业生产控制更为方便[5]。
3.3 提升安全性
石油自动化仪表的主要应用价值在于对生产环节各个仪表参数的监控。通过监测相关数据，有利于控制各个环节的生产状况，加强生产管理，提高企业生产效率，有利于实现企业的安全生产。此外，在石油化工企业中引入自动化控制系统可以降低人工操作带来危险的可能性，减小安全事故的发生概率。在石油化工行业中，自动化仪表的应用使得其生产更具安全性。
随着当前社会信息化日新月异，自动化仪表的广泛应用，其功能也越发强大。主要表现在其芯片技术含量逐渐提高、芯片数据处理能力极大增强。此外，石油化工自动化仪表在数据分析和抗干扰上都有了进一步的突破。
4.1 自动化仪表的存储能力
在储存方面上，对比传统的仪表，自动化仪表加入存储系统，存储能力更高，能储存更多的内容，且不会受到其他因素的干扰，其能更有效地完成储存工作。这主要因为在生产过程中，石油自动化仪表是利用电脑实现信息控制，在存储信息时，它可以记忆多种信息，重新整理数据，再对其进行处理。传统的仪表主要由时序和逻辑电路两部分组成。其只能对某个时间点进行记录，如果要记录新的内容，还需要将原有的记录删除，无法实现对数据的连续记录；
同时在断电的情况下，数据也会消失，这对数据的存储产生较大不利影响。而自动化仪表与电脑相连，能够实时存储数据，从而有利于保证数据存储的稳定性和准确性，增强数据存储效果，提高数据的有效性[6]。
4.2 自动化仪表的准确计算能力
石油自动化仪表属于分析软件的一种，其主要通过程序编写，将逻辑电路中复杂的电路进行简化，使其发挥出更好的作用，同时满足生产需求，有效降低误差的存在概率。基于生产成本的角度，逻辑电路的减少，可以降低生产成本，保证仪表的精准性。在石油生产企业中，自动化仪表通过微型计算机和编程程序的计算，可以实现对复杂数据的简化处理。其本质是一种分析软件，具有精准的计算能力。它的工作原理是通过编程开发实现更加强大的功能，在硬件逻辑电路上利用软件控制接口芯片位控，这样不仅可以使电路更加的精简方便，同时可以实现以前需要大量硬件逻辑电路才能实现的功能，这不仅是当前自动化仪表发展的重大突破，同时也利于误差的控制、测量和计算；
基于成本控制角度，石油自动化仪表使逻辑电路大幅度减少，这有利于仪表总成本的减少，对仪表的开发及成本支出具有重要作用。此外，基于美观视角，逻辑电路大幅度的减少也使得仪表的整个外观更加的美观、大方，为今后的自动化仪表发展奠定良好的基础。
4.3 自动化仪表的控制与处理能力
在自动化仪表中有大量的电路，可以通过组合这些电路来完成各项生产控制工作。线性化处理、测量值转换是生产中最为棘手的问题。利用石油自动化仪表可以实现对于此类问题的处理。石油自动化仪表拥有强大的数据处理能力，可以快速处理误差，并且其有较强的抗干扰性，能提高数据的准确性。在自动化仪表中通过简单的搜索，可以对出现的问题进行快速定位，并给出相应的解决措施，缩小问题带来的负面影响。此外，自动化仪表有着强大的数据存储能力，在生产过程中，可以为数据提供更好的支持，保证参数的准确性，并且还可以分析原数据，显示其对数据的处理能力。
自动化仪表的应用不仅提高了石油企业的生产效率，减少了系统硬件的问题，还解决了传统仪表中较为突出的自检自校、线性化处理、工程值以及测量值转换等问题。石油化工自动化仪表不仅充分利用现代化信息技术，还配备了具有修正误差功能的微处理器系统，从而大大提升了数据的精度和抗干扰程度。此外，自动化仪表还具备快速检索功能，能够在控制台上进行快速检索操作以迅速处理相关误差，提升数据准确性的同时还大大拉高了工作效率。
且其还具有突出的储存功能，能够为油田的化工生产工作提供参考性的准确参数。这种优秀的原始数据的收集和处理功能，很好的显示出了自动化仪表在数据控制以及处理能力方面的优势。
4.4 自动化仪表的故障处理能力
随着我国经济和技术的高速发展，石油化工仪表改变了传统的一对一模式，开始转变成多个装置操作。通过使用LCD显示屏、键盘、鼠标等操作工具，实现人机界面和自动化控制技术的结合，从而将数据全程显示在LCD显示屏上，这在很大程度上实现了对生产的控制，并保障了生产安全。在自动化仪表的维护过程中，通过自我诊断和故障维修技术，可以对仪表的故障进行排查和定位，并给出合理的解决措施，保证系统更好地运行[7]。
4.5 自动化仪表的监测能力
在石油生产加工过程中，根据不同需求，环境温度需要维持在-200～1 300 ℃之间，故需用温度元件替换以往运用的玻璃温度计，通过温度元件的变化来对生产过程中的具体温度进行换算。在石油化工生产中，压力仪表有着重要作用。
具有特殊属性的压力仪表和传感器设备，不仅可以应用于高温环境，还可以在易结晶和易产生粉状的物质中进行应用。通过对温度、液位、压力等仪表的监测，可以保障生产中物料的成分，同时还可以对石油化工行业的排出物进行分析，以减小物质对环境的污染。
石油化工企业非常重视生产过程中的安全性，始终坚持着安全生产原则。这是因为石油化工企业的生产工作一旦出现安全问题，造成事故灾害，就将会引发极其严重的后果，不仅会给企业造成巨大的经济损失，还会严重威胁有关人员的生命及财产安全，产生巨大的社会影响。
在生产过程中，若石油化工企业出现了漏油的情况，势必会导致企业的生产安全受到威胁，甚至将会危害到整个油田的安全。因此，石油化工企业应秉持以人为本的理念，积极推进社会主义建设，严格把控企业生产安全性。
目前，现代化工业逐渐趋向于自动化发展模式，自动化发展已经成为必然趋势。因此，自动化仪表在石油化工企业中的应用前景趋好，其生产也将会逐步向着结构精巧、功能完善型发展，同时其智能化程度也将不断提高。自动仪表的精巧设计主要体现于内部管道中没有设置节流件、转动件的超声、科氏以及电磁等仪表；
自动仪表的功能完善主要得益于计算机技术的不断发展，以及微电子技术和通信技术的充分融入，从而使其在功能上逐渐代替老一代的仪表器件。随着我国电子信息技术的深入发展，自动化仪表的安装程序也变得更加简单，程序的控制和运行也更加合理科学。
在实际发展过程中，石油化工自动化仪表需要满足实际的生产需求。石化企业的生产加工具有一定的危险性，生产中的任何事故都可能造成人员伤亡和财产损失，安全问题一直是石油化工企业的重中之重。
在设计自动化仪表之初，首先需要从控制安全方面进行考虑，目的是降低安全事故的发生率。其次要从现代化工业角度出发，不断优化升级自动化技术。现代化技术对自动化仪表已经产生了深远影响，在现代化信息技术的基础上，自动化仪表的功能得到不断提高。在融合了信息技术和微电子技术的基础上，自动化仪表不断向着智能化方向发展，其控制水平被不断完善，从而保证运行更安全[8]。
此外，通过多元化和结构化，可以提高自动化技术水平，使得石油自动化仪表被广泛应用。自动化仪表的结构较为精致，这一特点在管道内部设计等方面较为突出。
目前温度测量仪主要分为接触式和非接触式，其中接触式的操作流程较为简单，但是在测温方面相较更易存在问题，会出现延迟测温的情况。而非接触式温度测量仪测温速度更快，但误差问题较为突出。目前，在我国石油化工企业中，应用较多的是非接触式的温度仪表，如红外线。为了保证石油化工企业的正常运转，就必须做好生产过程中压力数据的管理。
石油化工人员对压力的监测要做好数据管理，就需要选择相应的压力计；
对固体物料和液体物料的使用，需要选择不同的测量仪进行物位测量(主要被称为高度测量)。而石油自动化仪表在生产过程中可以提高生产的安全性，在石油化工行业具有重大意义。
对于石油化工行业而言，安全生产是第一生产要素，生产安全是提高企业经济效益的关键。随着现代化技术的不断发展，科研水平的不断提高，自动化仪表在石油化工生产中扮演这越来越重要的角色。
自动化仪表的功能逐渐满足生产的各种需求：通过仪表对数据进行全方位控制，在根本上实现了生产自动化；
通过仪表对数据进行实时监测，降低了人为操作失误造成危害的可能性，降低安全事故的发生率，从而避免因人为操作不当造成的严重影响。所以有必要结合石油生产自动化的实际应用情况，不断进行研究和探索，实现仪表的不断创新发展，有效提高石油企业的生产效率。
石油化工自动化仪表的应用，也极大促进了我国石油化工的发展及其规模的扩大。因此，根据石油化工生产需求，不断探究自动化仪表的可靠性和稳定性，对实现企业的稳定发展十分重要，希望本文研究能对相关单位和企业提供些许帮助。
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