石油化工自動化儀表的可靠性及其 發展趨勢研究

朱彤 (中海油惠州石化，廣東 惠州 516082)

0 引言

石油化工生產環境較為復雜，一般需在真空、高溫、深冷、高壓的情況下生產。此外，其生產過程還涉及許多危險因素，具有易燃、易爆的特性。面對這樣的環境，對自動化儀表進行可靠性分析是非常必要的。嚴格控制自動化儀表的參數和指標。傳統的自動化儀表在使用過程中存在一定的漏洞和不足，主要包括：參數分析能力不足、信息處理能力不足等等，這些不足之處都是石油化工面臨的危險因素。

隨著我國工業技術不斷發展，我國石油化工行業也取得一定進步，其生產環境較為危險，有易燃易爆的特性，所以在石油化工生產中我們對其工藝參數進行實時監測，保證數據的準確。傳統的儀表測量通常是以人工記錄的方式進行，人工操作誤差大且不能保證實時監測，近年來已經被現代化工藝技術所取代。自動化儀表的引進可以實現生產過程中各個環節數據的監測和傳輸，不斷提高數據的準確性，借助自動化儀表的優勢，可以全面提高生產效率。隨著石油化工行業的發展，自動化儀表的應用具有重大意義[1]。

1 石油化工行業自動化儀表的簡要概述

在石油化工生產過程中，石油會跟許多原料產生化學反應，自動化儀表在其反應過程中起到了關鍵作用。自動化儀表具有一定的可靠性，通過解讀自動化儀表的參數，操作人員可以實時把握生產進度,掌控石油化工復雜的生產環境，監測石油的質量。自動化儀表還在一定程度上簡化了生產過程中的管理和運用程序，使得工作人員的操作更加方便快捷，為企業節省了大量的人力、物力和財力。隨著我國科學技術的全面發展，特別是自動化、人工智能技術的發展，使石化企業在不斷引入自動化技術后，其生產過程的安全高效得到有力保障。通過監測自動化儀表參數，可以提高測量的準確性，保證石油的質量，同時有利于技術人員進行數據統計分析。此外，通過網絡傳輸，實時記錄儀表數據來判斷石油開采過程的各個指標是否合理，有利于施工現場的管理，節省人力和時間成本，并提高石化企業的生產效率。自動化技術的優化發展提高了石油化工基礎設備的產品質量，自動化儀表對我國石化企業的良好發展有著重大作用[2]。

2 石油化工自動化儀表的類型

2.1 溫度儀表

石油化工的常規設備裝置和管道內介質的溫度一般在-200～1 800 ℃之間。在這個過程中，一般進行接觸式溫度測量，主要采用熱電阻、熱電偶等裝置。熱電阻主要是中低溫的一種常用溫度檢測器，熱敏電阻因溫度不同，其電阻值隨之變化；熱電偶則是根據兩種不同導體因交點溫度不同產生的熱電勢不同的原理進行測溫的，分為特殊熱電偶、耐熱電偶、防爆熱電偶三種類型。目前，因現場總線技術的出現，一體化溫度變送器應用更為廣泛。

2.2 壓力儀表

壓力儀表主要是在石油化工生產中，對容器中或管道中的介質壓力值進行監控和控制，其主要分為彈性壓力儀表、液柱壓力儀表、活塞壓力儀表等。這些儀表結構簡單，穩定性高，在生產過程中應用較為廣泛[3]。

2.3 液位計

液位計作為物料液位的測量工具，其選用類型與被測物料特性息息相關。根據物料的狀態，篩選出符合生產要求的液位計類型。按照測量方法分類，主要有直讀式、浮力式、電接觸式、電容式等不同儀表。其中，精度較高的是雷達式、磁致伸縮式等，此類儀表在石油化工生產中，應用廣泛，較為可靠。

2.4 流量儀表

流量儀表主要對流量進行監測。在一般情況下，流量儀表主要顯示生產環境的當前介質流量，有的流量計還可以顯示累計流量。通過觀察這些數據，可以及時對設備進行監測，對于出現故障的設備，及時進行數據參數的調試。當流量儀表數據在調試過程中變化不明顯時，表明儀表準確性差或者儀表本身有故障，此時需對儀表進行檢查，以保證數據的準確性[4]。

3 自動化儀表在石油化工行業的主要作用

3.1 促進石油化工企業現代化發展

石油化工企業引入自動化儀表的目的是幫助解決生產中存在的問題，并獲取精準的參數。隨著我國科學技術的不斷發展，石油化工行業在一定程度上取得了很大進步，在新時代的環境下我國逐漸進入數字化和智能化時代，石油化工行業所應用的自動化儀表也逐漸融入這一潮流。目前我國市場已有大量新型自動化儀表、智能化儀表等產品，將現代技術和石油化工企業相結合，有利于實現企業和技術的雙贏。

3.2 改善控制技術

在自動化儀表沒有引進石油化工企業之前，我國企業都是采用批量控制的方式來對生產過程進行控制。現在DCS控制系統被廣泛應用到石油化工企業中，通過該系統可以對生產過程進行有效控制。DCS系統在初期投入和日常維護中，投入的資金較多，但石油化工生產的重心就在DCS。DCS技術不僅能對現場生產進行集散式控制，從而利用一個又一個控制站分析現場數據，得出控制結論，維持正常生產。而且它還有單獨的軟件包和操作站。技術人員可以通過操作站進行監控，使工業生產控制更為方便[5]。

3.3 提升安全性

石油自動化儀表的主要應用價值在于對生產環節各個儀表參數的監控。通過監測相關數據，有利于控制各個環節的生產狀況，加強生產管理，提高企業生產效率，有利于實現企業的安全生產。此外，在石油化工企業中引入自動化控制系統可以降低人工操作帶來危險的可能性，減小安全事故的發生概率。在石油化工行業中，自動化儀表的應用使得其生產更具安全性。

4 石油化工行業自動化儀表可靠性研究

隨著當前社會信息化日新月異，自動化儀表的廣泛應用，其功能也越發強大。主要表現在其芯片技術含量逐漸提高、芯片數據處理能力極大增強。此外，石油化工自動化儀表在數據分析和抗干擾上都有了進一步的突破。

4.1 自動化儀表的存儲能力

在儲存方面上，對比傳統的儀表，自動化儀表加入存儲系統，存儲能力更高，能儲存更多的內容，且不會受到其他因素的干擾，其能更有效地完成儲存工作。這主要因為在生產過程中，石油自動化儀表是利用電腦實現信息控制，在存儲信息時，它可以記憶多種信息，重新整理數據，再對其進行處理。傳統的儀表主要由時序和邏輯電路兩部分組成。其只能對某個時間點進行記錄，如果要記錄新的內容，還需要將原有的記錄刪除，無法實現對數據的連續記錄；同時在斷電的情況下，數據也會消失，這對數據的存儲產生較大不利影響。而自動化儀表與電腦相連，能夠實時存儲數據，從而有利于保證數據存儲的穩定性和準確性，增強數據存儲效果，提高數據的有效性[6]。

4.2 自動化儀表的準確計算能力

石油自動化儀表屬于分析軟件的一種，其主要通過程序編寫，將邏輯電路中復雜的電路進行簡化，使其發揮出更好的作用，同時滿足生產需求，有效降低誤差的存在概率。基于生產成本的角度，邏輯電路的減少，可以降低生產成本，保證儀表的精準性。在石油生產企業中，自動化儀表通過微型計算機和編程程序的計算，可以實現對復雜數據的簡化處理。其本質是一種分析軟件，具有精準的計算能力。它的工作原理是通過編程開發實現更加強大的功能，在硬件邏輯電路上利用軟件控制接口芯片位控，這樣不僅可以使電路更加的精簡方便，同時可以實現以前需要大量硬件邏輯電路才能實現的功能，這不僅是當前自動化儀表發展的重大突破，同時也利于誤差的控制、測量和計算；基于成本控制角度，石油自動化儀表使邏輯電路大幅度減少，這有利于儀表總成本的減少，對儀表的開發及成本支出具有重要作用。此外，基于美觀視角，邏輯電路大幅度的減少也使得儀表的整個外觀更加的美觀、大方，為今后的自動化儀表發展奠定良好的基礎。

4.3 自動化儀表的控制與處理能力

在自動化儀表中有大量的電路，可以通過組合這些電路來完成各項生產控制工作。線性化處理、測量值轉換是生產中最為棘手的問題。利用石油自動化儀表可以實現對于此類問題的處理。石油自動化儀表擁有強大的數據處理能力，可以快速處理誤差，并且其有較強的抗干擾性，能提高數據的準確性。在自動化儀表中通過簡單的搜索，可以對出現的問題進行快速定位，并給出相應的解決措施，縮小問題帶來的負面影響。此外，自動化儀表有著強大的數據存儲能力，在生產過程中，可以為數據提供更好的支持，保證參數的準確性，并且還可以分析原數據，顯示其對數據的處理能力。

自動化儀表的應用不僅提高了石油企業的生產效率，減少了系統硬件的問題，還解決了傳統儀表中較為突出的自檢自校、線性化處理、工程值以及測量值轉換等問題。石油化工自動化儀表不僅充分利用現代化信息技術，還配備了具有修正誤差功能的微處理器系統，從而大大提升了數據的精度和抗干擾程度。此外，自動化儀表還具備快速檢索功能，能夠在控制臺上進行快速檢索操作以迅速處理相關誤差，提升數據準確性的同時還大大拉高了工作效率。

且其還具有突出的儲存功能，能夠為油田的化工生產工作提供參考性的準確參數。這種優秀的原始數據的收集和處理功能，很好的顯示出了自動化儀表在數據控制以及處理能力方面的優勢。

4.4 自動化儀表的故障處理能力

隨著我國經濟和技術的高速發展，石油化工儀表改變了傳統的一對一模式，開始轉變成多個裝置操作。通過使用LCD顯示屏、鍵盤、鼠標等操作工具，實現人機界面和自動化控制技術的結合，從而將數據全程顯示在LCD顯示屏上，這在很大程度上實現了對生產的控制，并保障了生產安全。在自動化儀表的維護過程中，通過自我診斷和故障維修技術，可以對儀表的故障進行排查和定位，并給出合理的解決措施，保證系統更好地運行[7]。

4.5 自動化儀表的監測能力

在石油生產加工過程中，根據不同需求，環境溫度需要維持在-200～1 300 ℃之間，故需用溫度元件替換以往運用的玻璃溫度計，通過溫度元件的變化來對生產過程中的具體溫度進行換算。在石油化工生產中，壓力儀表有著重要作用。

具有特殊屬性的壓力儀表和傳感器設備，不僅可以應用于高溫環境，還可以在易結晶和易產生粉狀的物質中進行應用。通過對溫度、液位、壓力等儀表的監測，可以保障生產中物料的成分，同時還可以對石油化工行業的排出物進行分析，以減小物質對環境的污染。

5 石油化工自動化儀表的發展趨勢探究

石油化工企業非常重視生產過程中的安全性，始終堅持著安全生產原則。這是因為石油化工企業的生產工作一旦出現安全問題，造成事故災害，就將會引發極其嚴重的后果，不僅會給企業造成巨大的經濟損失，還會嚴重威脅有關人員的生命及財產安全，產生巨大的社會影響。

在生產過程中，若石油化工企業出現了漏油的情況，勢必會導致企業的生產安全受到威脅，甚至將會危害到整個油田的安全。因此，石油化工企業應秉持以人為本的理念，積極推進社會主義建設，嚴格把控企業生產安全性。

目前，現代化工業逐漸趨向于自動化發展模式，自動化發展已經成為必然趨勢。因此，自動化儀表在石油化工企業中的應用前景趨好，其生產也將會逐步向著結構精巧、功能完善型發展，同時其智能化程度也將不斷提高。自動儀表的精巧設計主要體現于內部管道中沒有設置節流件、轉動件的超聲、科氏以及電磁等儀表；自動儀表的功能完善主要得益于計算機技術的不斷發展，以及微電子技術和通信技術的充分融入，從而使其在功能上逐漸代替老一代的儀表器件。隨著我國電子信息技術的深入發展，自動化儀表的安裝程序也變得更加簡單，程序的控制和運行也更加合理科學。

在實際發展過程中，石油化工自動化儀表需要滿足實際的生產需求。石化企業的生產加工具有一定的危險性，生產中的任何事故都可能造成人員傷亡和財產損失，安全問題一直是石油化工企業的重中之重。

在設計自動化儀表之初，首先需要從控制安全方面進行考慮，目的是降低安全事故的發生率。其次要從現代化工業角度出發，不斷優化升級自動化技術。現代化技術對自動化儀表已經產生了深遠影響，在現代化信息技術的基礎上，自動化儀表的功能得到不斷提高。在融合了信息技術和微電子技術的基礎上，自動化儀表不斷向著智能化方向發展，其控制水平被不斷完善，從而保證運行更安全[8]。

此外，通過多元化和結構化，可以提高自動化技術水平，使得石油自動化儀表被廣泛應用。自動化儀表的結構較為精致，這一特點在管道內部設計等方面較為突出。

目前溫度測量儀主要分為接觸式和非接觸式，其中接觸式的操作流程較為簡單，但是在測溫方面相較更易存在問題，會出現延遲測溫的情況。而非接觸式溫度測量儀測溫速度更快，但誤差問題較為突出。目前，在我國石油化工企業中，應用較多的是非接觸式的溫度儀表，如紅外線。為了保證石油化工企業的正常運轉，就必須做好生產過程中壓力數據的管理。

石油化工人員對壓力的監測要做好數據管理，就需要選擇相應的壓力計；對固體物料和液體物料的使用，需要選擇不同的測量儀進行物位測量(主要被稱為高度測量)。而石油自動化儀表在生產過程中可以提高生產的安全性，在石油化工行業具有重大意義。

6 結語

對于石油化工行業而言，安全生產是第一生產要素，生產安全是提高企業經濟效益的關鍵。隨著現代化技術的不斷發展，科研水平的不斷提高，自動化儀表在石油化工生產中扮演這越來越重要的角色。

自動化儀表的功能逐漸滿足生產的各種需求：通過儀表對數據進行全方位控制，在根本上實現了生產自動化；通過儀表對數據進行實時監測，降低了人為操作失誤造成危害的可能性，降低安全事故的發生率，從而避免因人為操作不當造成的嚴重影響。所以有必要結合石油生產自動化的實際應用情況，不斷進行研究和探索，實現儀表的不斷創新發展，有效提高石油企業的生產效率。

石油化工自動化儀表的應用，也極大促進了我國石油化工的發展及其規模的擴大。因此，根據石油化工生產需求，不斷探究自動化儀表的可靠性和穩定性，對實現企業的穩定發展十分重要，希望本文研究能對相關單位和企業提供些許幫助。