石油化工工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)

1、2007年第2期20石油化工工業(yè)是由化學(xué)工業(yè)發(fā)展而來，它采用石油、天然氣等原料，生產(chǎn)出燃料油（氣）三大合成材料及多種有機(jī)化工原料、合成氨等石化產(chǎn)品。向前延伸應(yīng)包括油田、氣田、海上油氣開采，所以我國成立了中石油、中海油、中石化三大集團(tuán)公司。石油化工自動化也分煉化自動化、油氣田自動化、海上平臺自動化及輸油、氣管線自動化等分支。本文將以煉化自動化為主進(jìn)行闡述。三大合成材料是指合成橡膠、合成纖維、合成樹脂與塑料。其中樹脂有五大通用樹脂，即聚乙烯

2、、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS，用途廣泛，還有開發(fā)空間。這些合成材料多是以乙烯生產(chǎn)裝置生產(chǎn)出的乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、芳烴等為原料，所以石化工業(yè)往往用乙烯生產(chǎn)能力來衡量其發(fā)展水平。我國從20世紀(jì)60年代起，在引進(jìn)、消化、吸收基礎(chǔ)上，已經(jīng)形成了石化工業(yè)和創(chuàng)新體系。在70年代引進(jìn)的3套年產(chǎn)30萬噸乙烯及以后引進(jìn)的多套乙烯（包括11.5萬噸乙烯）裝置的基礎(chǔ)上，自行改造達(dá)到年產(chǎn)40~60萬噸水平，2006年9月投產(chǎn)的茂名年產(chǎn)100萬噸乙

3、烯工程，新建裂解裝置國產(chǎn)化率達(dá)到了87.8%。目前我國乙烯生產(chǎn)量已近年產(chǎn)900~1000萬噸，而且在裂解技術(shù)、有機(jī)原料生產(chǎn)技術(shù)和聚合技術(shù)三大領(lǐng)域均有了一批自己的專利技術(shù)。煉油廠的燃料產(chǎn)品中，壓縮天然氣（CNG）和液化石油氣（LPG）等氣體燃料將成為21世紀(jì)汽車的主導(dǎo)能源，加上天然氣原料增加因素，對于煉化工業(yè)的工藝會有一定影響。由于節(jié)能、環(huán)保、有效利用資源的要求，石化技術(shù)正出現(xiàn)新的突破，即出現(xiàn)第二代石化技術(shù)，主要有下列幾方面：高效廉價乙烯

4、生產(chǎn)技術(shù)；環(huán)境友好技術(shù)；減少生產(chǎn)工序、縮短工藝流程的技術(shù)；改變原料路線的技術(shù)；天然氣化工技術(shù)。其中乙烯生產(chǎn)技術(shù)中，石腦油催化裂解、甲烷兩步轉(zhuǎn)化技術(shù)比較重要，后者我國進(jìn)展較快。由于石化工業(yè)提供的三大合成材料與天然橡膠、棉花及鋼材等比較產(chǎn)量增加快，帶動了建筑、汽車、機(jī)械、電子信息、輕工、紡織、農(nóng)業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，所以石化工業(yè)需求更加旺盛，這也促使石化技術(shù)快速發(fā)展，從而更促進(jìn)了石化工業(yè)自動化技術(shù)的快速發(fā)展。近年來除合資的南京揚子巴斯夫6

5、0萬噸年、上海石化賽科90萬噸年、惠州中海油殼牌80萬噸年乙烯項目及茂名乙烯項目外，正準(zhǔn)備或剛開工的還有福建石化Exxon、天津石化Dow、蘭州石化Phillips、撫順、獨山子、大慶、大連等乙烯項目，這些均為大石油化工工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)TheAutomaticInstrumentSystemofPetrochemicalIndustry卞正崗中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會現(xiàn)場總線專業(yè)委員會（北京100825）摘要：本文概述了石油化工工業(yè)自動化

6、儀表及系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀。Abstract:Thispaperintroducesthedevelopmentpresentsituationofpetrochemicalindustryautomaticinstrumentsystem.關(guān)鍵詞：石油化工工業(yè)現(xiàn)場儀表控制人機(jī)界面管控一體化Keywords:PetrochemicalindustryFieldinstrumentControlHMIIntegratedmanagementa

7、ndcontrol1石油化工工業(yè)及其自動化的發(fā)展綜述中國儀器儀表232007年第2期從工藝上看，生產(chǎn)過程中對溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)的保證，只是間接保證最終產(chǎn)品或中間產(chǎn)品的質(zhì)量合格，所以對過程中物料成分的直接分析和對最終產(chǎn)品的成分分析是非常重要的。又從環(huán)境保護(hù)的角度看，排放的物質(zhì)也是要分析和在線監(jiān)測的。總之，對于分析儀器和在線過程分析儀的需求是迫切的。除去需求旺盛外，分析儀器的高科技含量，特別是對多學(xué)科配合要求高等，使得近年來分

8、析儀器的科研和應(yīng)用投入力量大，主要有液相色譜、氣相色譜、質(zhì)譜、紫外及紅外光譜、核磁、電鏡、原子吸收及等離子發(fā)射光譜、電化學(xué)等分析儀器。在乙烯等裝置中用工業(yè)色譜儀作為在線質(zhì)量分析儀，用微量水分析儀分析乙烯裂解裝置中各種干燥氣體的水分。在丙烯腈裝置中，使用質(zhì)譜儀可以在幾秒鐘內(nèi)分析多種組分，并經(jīng)計算機(jī)算出轉(zhuǎn)化率。在線質(zhì)量分析儀的預(yù)處理部分近年也受到重視。近紅外（NIR）在線分析儀在煉油方面可在幾秒鐘或1~2min內(nèi)測定汽油、柴油等十幾種質(zhì)量參

9、數(shù)，而且比傳統(tǒng)的辛烷值等測定方法節(jié)省投資，這在國內(nèi)將得到推廣；NIR在石化裝置方面應(yīng)用也很廣，如聚乙烯、聚丙烯等裝置的在線分析；另外在油品調(diào)合中用處也很大。此外，pH值、電導(dǎo)率、濁度、溶解氧及水和氣體中有害化學(xué)物質(zhì)特別是重金屬和SO2、NO、CO、CO2等的分析儀，對石化工藝和環(huán)境監(jiān)測也很重要。（6）執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)聯(lián)動構(gòu)成。石化行業(yè)經(jīng)常使用的是氣動執(zhí)行器，少數(shù)液動執(zhí)行器，其中氣動薄膜調(diào)節(jié)閥又是最常用的，另有少數(shù)氣動活塞、氣動

10、長行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣動薄膜調(diào)節(jié)閥與電氣閥門定位器配合使用，所以新一代智能式電氣閥門定位器，可以幫助改善調(diào)節(jié)閥性能。調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的重要性自不待言，有資料表明，1級閥門失效為超過1千萬美元的不可避免的損失，2級閥門失效為超過10萬美元的不可避免的損失。調(diào)節(jié)閥的特性計算、標(biāo)準(zhǔn)制定、測試驗證及設(shè)計選用，一直是關(guān)鍵技術(shù)。另外，與儀表制造行業(yè)有關(guān)的通用化、組合化、多功能化也受到重視。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（閥）由閥體、閥芯、閥座、上閥蓋等構(gòu)成，其中閥芯有平板、柱

11、塞、開口3種類型。按閥體結(jié)構(gòu)分調(diào)節(jié)閥的產(chǎn)品有直通單座、直通雙座、角型、三通型、隔膜型、軟管閥、閥體分離閥、凸輪撓曲閥、蝶閥、超高壓閥、球閥、籠形閥等。目前國內(nèi)主要品種比較齊全，碳鋼調(diào)節(jié)閥在煉油石化企業(yè)中應(yīng)用較多，特殊材質(zhì)和特殊要求的調(diào)節(jié)閥還依靠進(jìn)口。最后應(yīng)指出，在石化行業(yè)，手輪機(jī)構(gòu)及旁路、切斷閥等手動措施、應(yīng)急措施是很有必要的?？偟那闆r是煉油企業(yè)使用國產(chǎn)現(xiàn)場儀表比較普遍；乙烯等石化企業(yè)由于國外成套進(jìn)口較多，近年來也在推進(jìn)部分檢測儀表和調(diào)

12、節(jié)閥使用國產(chǎn)儀表和合資生產(chǎn)儀表的工作。另外，我國是制造大國，溫、壓、液、流檢測儀表與執(zhí)行器的價格在中、低端產(chǎn)品市場上還是有競爭力的，如調(diào)節(jié)閥等就有一定數(shù)量的出口，這也引起了有關(guān)方面的重視。關(guān)于采用現(xiàn)場總線技術(shù)方面的情況是：現(xiàn)場儀表與控制室的聯(lián)絡(luò)信號以4~20mADC為主，采用HART信號約占40%~50%，另有5%~10%為FF等現(xiàn)場總線信號，在上海賽科、惠州殼牌的大型乙烯聯(lián)合裝置中也只有25%采用FF信號的現(xiàn)場儀表（14375臺160

13、00臺），但石化工業(yè)現(xiàn)場儀表，向著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的方向發(fā)展的步伐是堅定的。（1）常規(guī)控制從氣動單元組合儀表、電動單元組合儀表、常規(guī)DCS、新一代DCS的變化來看，石化工業(yè)自動化的連續(xù)控制、批量控制、順序控制的基本控制策略未變。其中主要為連續(xù)控制，或稱反饋控制、回路控制，主要有單回路調(diào)節(jié)、串級調(diào)節(jié)、比率調(diào)節(jié)、均勻調(diào)節(jié)、前饋調(diào)節(jié)、自動選擇調(diào)節(jié)、分程調(diào)節(jié)、非線性調(diào)節(jié)等。仍然以PID調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)，也就是說功能塊或控制算法變化不大，