化工自动化控制仪表选型的探讨

化工自动化控制仪表选型的探讨
对化工自动化控制的概述，详细探讨化工自动化仪表的种类及选型，从而建立完善的化工自动化控制系统，为初步涉及化工自动化技术人员提供参考。

标签：化工自动化；仪表；DCS；
引言
目前我国化工安全生产形势严峻，江苏响水“321”特别重大爆炸事故的发生暴露出的许多突出问题。

为进一步搞好化工安全生产工作，对化工生产全过程连续化、自动化的要求在不断提高，对化工自动化人才数量的需求和素质的要求也在不断提高。

一套高质量的化工自动化控制系统能有效的防范事故的发生，以达到真正的安全生产，化工自动化控制系统中仪表的正确选型是非常关键环节。

一、关于化工自动化系统的概述
（一）化工生产自动化控制是将化工生产过程各种参数传送到中央控制室进行监视与控制，其中温度、压力、液位、流量、物位、是最常见的过程变量，对这些过程变量进行监视并控制的系统称为集散控制系统，（DCS，Distributed Control System），是集中监视、分散控制的简称。

所谓集中监视是指在控制室内通过计算机监控生产过程各种信息，所谓分散控制是指在控制室内通过计算机控制分布在生产现场各种可执行元件。

集散控制系统软件是控制系统的核心，国内外相当成熟。

国内知名公司有杭州和利时MACS6、浙江中控SUPCONJX-300Xp、南京科NT6000等；国外有霍尼韦尔Plant Scape、西门子SPPA-T3000等。

集散控制系统依据工艺流程而建立，工艺流程中各种仪表的正确选型是系统成败的关键，一套完美的控制系统必须集中工艺、设备、电仪专一技术人员的力量才能完成。

二、化工自动化仪表的选型
化工自动化仪表是检测化工生产过程各种参数的必备器件。

常规检测参数有温度、压力、液位、流量、在线PH值等。

（一）温度的检测及选型
常见温度传感器有铂电阻、热电偶。

一般500℃以下选用铂电阻，超过500℃用热电偶，铂电阻的优点是性能稳定、精度高、使用寿命长，缺点是温度响应速度略慢；热电偶的优点是耐高温、响应速度快，缺点是精度略低、需要专用信号线；远距离传输信号必须用模块一体化热电偶。

选型时需考虑介质的温度、腐蚀、安装形式、插入深度、防爆防护等级。

化工生产过程温度检测绝大部分用铂电阻，铂电阻信号传输到DCS系统有三线制和二线制两种形式。

二线制的称为温度变
送器，输出4-20mA到DCS机柜的AI模块；三线制是输出电阻信号到DCS机柜的RTD模块，信号温度，故障率极低。

（二）压力的检测及选型
压力变送器是化工生产过程最常用的仪表，按检测压力范围分为表压变送器、差压变送器和绝压变送器；按检测原理可分为压阻式压力变送器、扩散硅压力变送器、陶瓷压力变送器、蓝宝石压力变送器、压电式压力变送器、电容式压力变送器。

表压变送器：以一个大气压为基准零点，在没有外加压力的情况下显示零压力。

测量高于或低于大气压的压力。

绝压变送器：以绝对真空基准零点，在没有外加压力的情况下显示101.32Kpa 一个大气压压力。

测量高于或低于大气压的压力。

差压变送器：有两个测量压力接口，测量两个接口压力之差，常用来测量液体液位。

化工生产系统常用的是扩散硅压力变送器，按外观分类有内螺纹、外螺纹、平面、凸面单法兰、平面、凸面双法兰压力变送器。

内、外螺纹压力变送器常用来测量腐蚀性不强介质的压力和液位，是由于结構原因，接触介质部分和膜片不方便外加特氟龙涂层或贴四氟膜。

平面、凸面单法兰压力变送器常用来测量有腐蚀介质的压力或液位，在介质有结晶的情况下测量液位时选用凸面单法兰。

内螺纹差压变送器常用来测量无腐蚀液体液位。

双法兰也是差压式压力变送器常用来测量有压容器的液体液位；
选型时应根据被测介质的温度、腐蚀、压力范围选用合适的变送器。

（三）液位的检测及选型
液位是化工生产过程中一项重要参数。

化工生产过程工况复杂，检测液位的方法不尽相同。

常温常压介质无腐蚀容器：可在容器底部用差压变送器检测液位压力，根据介质密度计算出满液位压力选用合适量程变送器；也可在容器顶部用雷达、超声波液位计检测，选用超声波液位计要注意介质温度和环境温度的温差，不能在超声波发射器的表面有结露现象；介质没有颗粒的情况下也可用磁翻板带远传的液位计。

常温常压介质有腐蚀容器：可在容器底部选用单法兰压力变送器和凸出式单法兰压力变送器（介质有结晶的情况下），变送器的膜片材质选用耐介质腐蚀的材质，最经济的方法是选用316L膜片，用0.2mm的四氟膜紧贴在变送器的表面，四氟膜要大于变送器膜片，能够用法兰压紧。

介质没有颗粒的情况下也可用衬四氟磁翻板带远传的液位计。

在没有凝露的情况下，也可选用防腐超声波液位计。

常温正压有腐蚀容器液位的检测：容器高度8米以下推荐选用双法兰压力变送器，介质没有颗粒的情况下也可用衬四氟磁翻板带远传的液位计，对于检测液位精度要求高的情况下，可选用磁致伸缩液位计；容器高于8米的情况下，可两台压力变送器分别检测容器顶部、容器底部压力，在DCS程序中换算成液位。

常温负压有腐蚀、无腐蚀容器液位的检测：推荐用两台绝压变送器分别检测容器顶部、容器底部压力在DCS程序中换算成液位，不推荐用双法兰变送器，因为双法兰变送器的上法兰耐负压性能差，使用一定时间后，上法兰膜片容易凸出损坏。

在工况允许的情况下，也可以用雷达、超声波、磁翻板、磁致伸缩液位计。

温度较高负压有腐蚀、无腐蚀容器液位的检测：这种工况的容器都带保温措施，推荐在容器液位的范围内，引申旁通液位管，在液位管顶部用喇叭口式雷达液位计两台绝压变送器分别检测旁通管顶和罐底压力，在DCS程序中换算。

总之，液位的检测方法、仪表多种多样，需要根据工况具体分析选用经济适用的仪表。

（四）流量的检测及选型
流量的检测也是化工自动化控制系统、特别是在连续化生产工艺的系统中尤为重要。

检测流量的仪表种类繁多，常用流量计有涡街、电磁、齿轮、质量、孔板、超声波、涡轮、靶式流量计。

涡街流量计：用于无腐蚀的液体、气体介质。

涡街流量计是速度式流量计，当管路介质流速低时测量精度不高，在泵作为介质流动的动力时完全可以使用，，安装时流量计最好距离泵有一定的距离，避免管路震动，前置直管段长度大于直径10倍，前置直管段长度大于直径5倍。

如果是高温介质应选用分体式流量计。

管径小于DN20时不宜使用。

电磁流量计：导电液体（电导率大于5uS/cm）流量的测量首选电磁流量计，如酸碱盐等。

有经验的表工程师选型原则是能用电磁，不用涡街，是因为涡街流量计对环境要求苛刻，管道的振动都造成测量不准。

电磁流量计前后直管段要求也比涡街低，前置直管段长度大于直径5倍，前置直管段长度大于直径2倍。

齿轮流量计：属于高精度流量计，用于无腐蚀、介质清洁的工况，在精度要求高的情况下，比如贸易结算等，应该选用脉冲信号传输到二次仪表。

质量流量计：属于高科技高精度流量计，价格相对较高，输出质量信号。

用于无腐蚀、介质清洁的工况。

正常情况下用于贸易结算等，质量流量计安装时，最好前后宜用软连接，防止管路的震动影响测量精度。

孔板流量计：是将标准孔板和差压变送器配套组成的流量装置，可测气体、液体流量。

优点是结构简单，维护方便，可用于温度较高，口径较大的管路检测流量；缺点是精度不高，直管段要求长。

在仅需知道有无流量、无需知道准确流量的工况下可以选用。

超声波流量计：是非接触式流量计，优点是可以测量大管径、强腐、放射性易燃易爆的介质流量。

缺点是精度不高，不比电磁流量。

涡轮流量计：优点是结构简单、部件少、重量轻、维修方便、流通能力大、精度较高。

缺点是对测量介质洁净度要求较高，因有可动部件，使用期限受到限制。

靶式流量计：优点是适用管径范围、温度范围、压力范围宽，适用于高粘度液体。

应用不多，特殊的场合需要用到它，在小流量、高粘度、易凝易堵、高温、低温、强腐蚀等流量计量困难的工况中具有很好的适应性。

缺点特也是精度一般，零点漂移。

（五）在线PH：是检测介质酸碱度的套装仪表，由检测酸碱度PH计和显示数值二次仪表组成。

PH计是以电位测定法来测量溶液PH值的，PH计有两个电极，玻璃电极和参比电极，玻璃电极对PH敏感，参比电极的电位稳定。

将两个电极同时放入溶液中，测量电极之间电位变化，用二次仪表运算就可以得出溶液的PH值。

PH计的标定用PH=4.0和PH=7.0两种标准溶液，在不用是就保存在说明书规定在溶液中。

结束语
隨着科学技术不断进步，高科技仪表也不断产生，对高新技术的化工检测仪表进行学习了解，并将其投入生产实践应用中，能够极大的提高化工生产的安全系数，降低生产事故的发生，为企业的经济效益和社会效益做出力所能及的贡献。

参考文献：
[1] 尹瑞权，丁国峰，杨宝杰，杨秦. 工业电气自动化仪器仪表控制的分析[J]. 中小企业管理与科技（中旬刊），2016，（12）：190-191.
[2] 张索，刘哲纬. 高职工业过程自动化专业能力分析与课程体系构建[J]. 科教导刊（上旬刊），2016，（09）：52-54.
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