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化工企業自控儀表設計與選型

   在化工生產中,各種自動控制儀表將測量到的溫度、壓力、流量、物位、組分分析等參數傳送到主控室,以便操作人員觀察、記錄、判斷后采取調節動作。這些儀表如同操作工人的眼睛和手,特別是在易燃易爆、有毒有害的崗位替代工人操作、改善勞動條件上發揮了重要的作用。
1自控儀表的方案設計原則
   自控設計的任務是為保證工藝生產正常運行,降低原料、動力消耗,提高產品質量和改善勞動條件,對生產過程的主要參數進行監視和控制。自控設計、選型決定于工藝生產過程的要求,并為工藝生產過程服務。因此筆者的體會是:自控方案設計應遵循“方案合理、技術先進、運行可靠、操作方便”的原則:(1)必須保證控制的可靠性,這是對自動控制要求的核心;(2)根據工藝生產要求合理選擇控制系統。要求控制性能穩定,控制精度高,在控制功能方面按不同需要實現多能化;(3)在考慮先進性的同時,必須注意經濟的合理性。防止片面追求儀表新型、儀表多和調節回路多,就是“高度自動化”的錯誤傾向;(4)在有高溫、高壓、高黏度以及有火災、爆炸危險的場合,在選擇儀表設備方面應考慮生產的安全性。在調節系統中對可能引起事故的關鍵變量,應采用自動聯鎖和報警措施。
2各類檢測儀表的選型設計思路
   自控儀表可以簡單地分為檢測儀表、顯示儀表、控制儀表、執行器。檢測儀表最常見的主要是檢測溫度、壓力、流量、物位、組分分析這五大類參數的儀表。在選型的時候要注意結合工藝條件,看看工藝是希望達到什么精度、需要就地指示還是集中指示,再考慮選用性價比相對合適的儀表。下面就結合化工廠常用到的檢測儀表類型來展開筆者的選型思路。
2.1溫度儀表
2.1.1就地指示的溫度儀表有玻璃管溫度計、雙金屬溫度計壓力溫度計等。前者由于不耐震,僅用于測量精度較高、振動較小、無機械損傷、觀察方便的特殊場合。生產現場多用雙金屬溫度計。選用雙金屬溫度計時注意量程要合理,正常生產時的溫度最好落在量程的一半左右,最高溫度不超過量程的90%為好;注意選擇保護管的材質、插入長度和連接方式。
   安裝在腐蝕介質管道、設備上的最好選用和工藝管道、設備一致或高一個級別的材質,插入長度一般應以測量元件插至被測介質溫度變化靈敏具有代表性的位置為原則,連接方式在腐蝕場合首選法蘭式連接方式。精度一般是1.5級或1級。
2.1.2遠傳的溫度計也是同樣道理,如根據溫度測量范圍,選用相應分度號的熱電偶、熱電阻或熱敏電阻。熱電偶適用于一般場合,熱電阻適用于無振動場合,熱敏電阻適用于要求測量反應速度快的場合。距離控制室近的可以將溫度信號直接引入,距離遠的推薦選用測量和變送一體化溫度變送器,送出標準的4~20mA電信號。
2.2壓力儀表
2.2.1就地指示壓力表可按照使用環境和測量介質的性質選擇。(1)惡劣的環境如腐蝕性較強、粉塵、潮濕等場合,可選用密閉式全塑壓力表;(2)一般腐蝕性介質,可選用耐酸壓力表氨壓力表不銹鋼膜片壓力表;(3)具有強腐蝕性、含固體顆粒、黏稠液等介質,可以選用膜片壓力表或隔膜壓力表。膜片或隔膜的材質必須根據測量介質的特性選擇。有些介質如氣氨、液氨、氧氣、氫氣、氯氣、乙炔等可選用專用壓力表。
2.2.2遠傳壓力變送器:普通介質選用一般的壓力變送器;易燃、易爆場合,應選用氣動變送器或防爆型電動變送器;結晶、結疤、堵塞、黏稠及腐蝕性介質可考慮選用法蘭式變送器,與介質直接接觸的膜片,必須根據介質的特性選擇;測量微小壓力(小于500Pa)時,可選用微差壓變送器;使用環境較好、測量精確度和可靠性要求不高的場合,也可以選用霍爾壓力變送器。
2.3流量儀表
2.3.1流量計的刻度、計量單位一開始就先要確定下來,儀表刻度應符合儀表刻度的常規系列,當計算刻度讀數不是整數時,可以圓整到最接近的序列數。(1)方根刻度范圍:最大流量不超過滿刻度的95%,正常流量為滿刻度的70%~85%,最小流量不小于滿刻度的30%;(2)線性刻度范圍:最大流量不超過滿刻度的90%,正常流量為滿刻度的50%~70%,最小流量不小于滿刻度的10%。
2.3.2流體、液體、蒸汽流量測量儀表一般選用差壓式流量計,常配以標準或非標準節流裝置、均速管等,在溫度、壓力波動較大的情況下,還需要考慮溫度或溫度壓力補償,比如蒸汽流量測量時常要溫壓補償。也可以視工藝對精度的不同要求選用渦街流量計旋渦流量計金屬管流量計、水表等。
2.3.3腐蝕、導電或均勻的液固兩相介質流量測量常選用電磁流量計,選型時注意介質的電導率。
2.4物位儀表
   對液面的連續測量,一般選用差壓式儀表、浮筒式儀表和浮子式儀表。差壓式的還要注意其遷移量的計算。大型的塔罐如果不方便安裝差壓式變送器的還可以考慮用超聲波液位計或者采取頂底分別裝壓力變送器,根據計算壓差得出對應的液位。注意:在易燃易爆的場合要選用防爆式的儀表型式;對腐蝕性的介質,其測量接觸面也要注意材質的選擇。
2.5分析儀表
   國產和進口的分析儀表價格差別較大,主要是根據工藝專業對組分分析的精度要求,選用相應的廠家儀表,用于控制系統的分析儀表,其線性范圍和響應時間須滿足控制系統的要求。對單一組分和混合組分的分析表,要注意取樣和預處理裝置的要求。鑒于大多數分析儀都是成套供應的,限于篇幅就不細說了。
3選型設計中要注意控制好質量、投資、進度三者之間的關系
   任何項目都有質量、投資、進度這三個方面的管理要求,三者是既對立又統一的關系,合理處理好三者間的關系,使我們選用的儀表性價比達到最滿意的程度。
3.1質量管理
   工程設計質量是決定工程質量的關鍵環節。安全第一要靠好質量的儀表來保證。選型時一定要選用成熟、穩定可靠的儀表產品,保證能夠安全順利地運行下去,還要注意整個項目中儀表的一致性、互換性,就可以減少備品備件的貯備數量。
3.2投資管理
   在施工圖設計階段,影響項目投資的可能性為5%~35%。在項目做出投資決策后,控制項目投資的關鍵就在于設計。儀表選型設計時在考慮質量的同時還要兼顧到儀表的合理投資情況,比如簡單觀測類的儀表可以考慮選用國內成熟的儀表,而需要精確計量、精確分析成分、精確調節的參數可以按照國內→合資→進口廠家的順序來考慮選用。不能一概迷信國外產品或最新產品,造成儀表成本過高,也不要為了降低投資而選用一些太低價的儀表,這可能會造成故障率高、更換頻繁,維護成本過高。這兩種做法都是不可取的。
3.3進度管理
   影響進度的因素有很多,有人為因素、技術因素、某些儀表制造周期長等。在設計選型的時候可以合理安排工作內容,確定選型順序來進行主動的設計進度控制。比如提前熟悉工藝流程、心中有個全局觀,了解土建施工進度,先把安裝時要用到的預埋件、預埋孔的儀表定下型號,并將條件及時提交給土建施工,制造周期長的儀表如特殊的閥門、成分分析儀等儀表先設計選型,以便先行訂貨。這樣就可以把不利因素的影響降到最低,從而提高進度,使工程項目能夠盡快完工,及早發揮投資效益。
4結語
   儀表的更新換代很快,每個人都要不斷學習新知識,掌握最新儀表動態,跟上科技發展的步伐,靈活地進行設計、選型,同時注意從全方位和長遠的角度,如從質量、投資、進度、后續運行、維護成本等方面來考慮問題,做出合理的選型設計。


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