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化工企业自控仪表设计与选型

   在化工生产中,各种自动控制仪表将测量到的温度、压力、流量、物位、组分分析等参数传送到主控室,以便操作人员观察、记录、判断后采取调节动作。这些仪表如同操作工人的眼睛和手,特别是在易燃易爆、有毒有害的岗位替代工人操作、改善劳动条件上发挥了重要的作用。
1自控仪表的方案设计原则
   自控设计的任务是为保证工艺生产正常运行,降低原料、动力消耗,提高产品质量和改善劳动条件,对生产过程的主要参数进行监视和控制。自控设计、选型决定于工艺生产过程的要求,并为工艺生产过程服务。因此笔者的体会是:自控方案设计应遵循“方案合理、技术先进、运行可靠、操作方便”的原则:(1)必须保证控制的可靠性,这是对自动控制要求的核心;(2)根据工艺生产要求合理选择控制系统。要求控制性能稳定,控制精度高,在控制功能方面按不同需要实现多能化;(3)在考虑先进性的同时,必须注意经济的合理性。防止片面追求仪表新型、仪表多和调节回路多,就是“高度自动化”的错误倾向;(4)在有高温、高压、高黏度以及有火灾、爆炸危险的场合,在选择仪表设备方面应考虑生产的安全性。在调节系统中对可能引起事故的关键变量,应采用自动联锁和报警措施。
2各类检测仪表的选型设计思路
   自控仪表可以简单地分为检测仪表、显示仪表、控制仪表、执行器。检测仪表最常见的主要是检测温度、压力、流量、物位、组分分析这五大类参数的仪表。在选型的时候要注意结合工艺条件,看看工艺是希望达到什么精度、需要就地指示还是集中指示,再考虑选用性价比相对合适的仪表。下面就结合化工厂常用到的检测仪表类型来展开笔者的选型思路。
2.1温度仪表
2.1.1就地指示的温度仪表有玻璃管温度计、双金属温度计压力温度计等。前者由于不耐震,仅用于测量精度较高、振动较小、无机械损伤、观察方便的特殊场合。生产现场多用双金属温度计。选用双金属温度计时注意量程要合理,正常生产时的温度最好落在量程的一半左右,最高温度不超过量程的90%为好;注意选择保护管的材质、插入长度和连接方式。
   安装在腐蚀介质管道、设备上的最好选用和工艺管道、设备一致或高一个级别的材质,插入长度一般应以测量元件插至被测介质温度变化灵敏具有代表性的位置为原则,连接方式在腐蚀场合首选法兰式连接方式。精度一般是1.5级或1级。
2.1.2远传的温度计也是同样道理,如根据温度测量范围,选用相应分度号的热电偶、热电阻或热敏电阻。热电偶适用于一般场合,热电阻适用于无振动场合,热敏电阻适用于要求测量反应速度快的场合。距离控制室近的可以将温度信号直接引入,距离远的推荐选用测量和变送一体化温度变送器,送出标准的4~20mA电信号。
2.2压力仪表
2.2.1就地指示压力表可按照使用环境和测量介质的性质选择。(1)恶劣的环境如腐蚀性较强、粉尘、潮湿等场合,可选用密闭式全塑压力表;(2)一般腐蚀性介质,可选用耐酸压力表氨压力表不锈钢膜片压力表;(3)具有强腐蚀性、含固体颗粒、黏稠液等介质,可以选用膜片压力表或隔膜压力表。膜片或隔膜的材质必须根据测量介质的特性选择。有些介质如气氨、液氨、氧气、氢气、氯气、乙炔等可选用专用压力表。
2.2.2远传压力变送器:普通介质选用一般的压力变送器;易燃、易爆场合,应选用气动变送器或防爆型电动变送器;结晶、结疤、堵塞、黏稠及腐蚀性介质可考虑选用法兰式变送器,与介质直接接触的膜片,必须根据介质的特性选择;测量微小压力(小于500Pa)时,可选用微差压变送器;使用环境较好、测量精确度和可靠性要求不高的场合,也可以选用霍尔压力变送器。
2.3流量仪表
2.3.1流量计的刻度、计量单位一开始就先要确定下来,仪表刻度应符合仪表刻度的常规系列,当计算刻度读数不是整数时,可以圆整到最接近的序列数。(1)方根刻度范围:最大流量不超过满刻度的95%,正常流量为满刻度的70%~85%,最小流量不小于满刻度的30%;(2)线性刻度范围:最大流量不超过满刻度的90%,正常流量为满刻度的50%~70%,最小流量不小于满刻度的10%。
2.3.2流体、液体、蒸汽流量测量仪表一般选用差压式流量计,常配以标准或非标准节流装置、均速管等,在温度、压力波动较大的情况下,还需要考虑温度或温度压力补偿,比如蒸汽流量测量时常要温压补偿。也可以视工艺对精度的不同要求选用涡街流量计旋涡流量计金属管流量计、水表等。
2.3.3腐蚀、导电或均匀的液固两相介质流量测量常选用电磁流量计,选型时注意介质的电导率。
2.4物位仪表
   对液面的连续测量,一般选用差压式仪表、浮筒式仪表和浮子式仪表。差压式的还要注意其迁移量的计算。大型的塔罐如果不方便安装差压式变送器的还可以考虑用超声波液位计或者采取顶底分别装压力变送器,根据计算压差得出对应的液位。注意:在易燃易爆的场合要选用防爆式的仪表型式;对腐蚀性的介质,其测量接触面也要注意材质的选择。
2.5分析仪表
   国产和进口的分析仪表价格差别较大,主要是根据工艺专业对组分分析的精度要求,选用相应的厂家仪表,用于控制系统的分析仪表,其线性范围和响应时间须满足控制系统的要求。对单一组分和混合组分的分析表,要注意取样和预处理装置的要求。鉴于大多数分析仪都是成套供应的,限于篇幅就不细说了。
3选型设计中要注意控制好质量、投资、进度三者之间的关系
   任何项目都有质量、投资、进度这三个方面的管理要求,三者是既对立又统一的关系,合理处理好三者间的关系,使我们选用的仪表性价比达到最满意的程度。
3.1质量管理
   工程设计质量是决定工程质量的关键环节。安全第一要靠好质量的仪表来保证。选型时一定要选用成熟、稳定可靠的仪表产品,保证能够安全顺利地运行下去,还要注意整个项目中仪表的一致性、互换性,就可以减少备品备件的贮备数量。
3.2投资管理
   在施工图设计阶段,影响项目投资的可能性为5%~35%。在项目做出投资决策后,控制项目投资的关键就在于设计。仪表选型设计时在考虑质量的同时还要兼顾到仪表的合理投资情况,比如简单观测类的仪表可以考虑选用国内成熟的仪表,而需要精确计量、精确分析成分、精确调节的参数可以按照国内→合资→进口厂家的顺序来考虑选用。不能一概迷信国外产品或最新产品,造成仪表成本过高,也不要为了降低投资而选用一些太低价的仪表,这可能会造成故障率高、更换频繁,维护成本过高。这两种做法都是不可取的。
3.3进度管理
   影响进度的因素有很多,有人为因素、技术因素、某些仪表制造周期长等。在设计选型的时候可以合理安排工作内容,确定选型顺序来进行主动的设计进度控制。比如提前熟悉工艺流程、心中有个全局观,了解土建施工进度,先把安装时要用到的预埋件、预埋孔的仪表定下型号,并将条件及时提交给土建施工,制造周期长的仪表如特殊的阀门、成分分析仪等仪表先设计选型,以便先行订货。这样就可以把不利因素的影响降到最低,从而提高进度,使工程项目能够尽快完工,及早发挥投资效益。
4结语
   仪表的更新换代很快,每个人都要不断学习新知识,掌握最新仪表动态,跟上科技发展的步伐,灵活地进行设计、选型,同时注意从全方位和长远的角度,如从质量、投资、进度、后续运行、维护成本等方面来考虑问题,做出合理的选型设计。


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