综 述
石油化工工业自动化仪表及系统
The Automatic Instrument and System of Petrochemical Industry
卞正岗 中国仪器仪表行业协会现场总线专业委员会(北京 摘要: 本文概述了石油化工工业自动化仪表及系统的发展和现状. Abstract:This paper introduces the development and present situation of petrochemical industry automatic instrument and system. 关键词:石油化工工业 现场仪表 控制 人机界面 管控一体化 Control HMI 100825)
Key words: Petrochemical industry
Field instrument
Integrated management and control
1 石油化工工业及其自动化的发展
石油化工工业是由化学工业发展而来,它采用石 油,天然气等原料,生产出燃料油(气)三大合成材 料及多种有机化工原料,合成氨等石化产品.向前延 伸应包括油田,气田,海上油气开采,所以我国成立 了中石油,中海油,中石化三大集团公司.石油化工 自动化也分炼化自动化,油气田自动化,海上平台自 动化及输油,气管线自动化等分支.本文将以炼化自 动化为主进行阐述. 三大合成材料是指合成橡胶,合成纤维,合成树 脂与塑料.其中树脂有五大通用树脂,即聚乙烯,聚 丙烯,聚氯乙烯,聚苯乙烯和 ABS,用途广泛,还有 开发空间.这些合成材料多是以乙烯生产装置生产出 的乙烯,丙烯,丁烯,丁二烯,芳烃等为原料,所以 石化工业往往用乙烯生产能力来衡量其发展水平.我 国从 20 世纪 60 年代起,在引进,消化,吸收基础上, 已经形成了石化工业和创新体系. 70 年代引进的 3 在 套年产 30 万吨乙烯及以后引进的多套乙烯 (包括 11.5 万吨乙烯) 装置的基础上,自行改造达到年产 40~60 万吨水平,2006 年 9 月投产的茂名年产 100 万吨乙烯 工程,新建裂解装置国产化率达到了 87.8%.目前我 国乙烯生产量已近年产 900~1000 万吨, 而且在裂解技
术,有机原料生产技术和聚合技术三大领域均有了一 批自己的专利技术. 炼油厂的燃料产品中,压缩天然气(CNG)和液化 石油气(LPG) 等气体燃料将成为 21 世纪汽车的主导 能源,加上天然气原料增加因素,对于炼化工业的工 艺会有一定影响.由于节能,环保,有效利用资源的 要求,石化技术正出现新的突破,即出现第二代石化 技术,主要有下列几方面:高效廉价乙烯生产技术; 环境友好技术; 减少生产工序, 缩短工艺流程的技术; 改变原料路线的技术;天然气化工技术.其中乙烯生 产技术中,石脑油催化裂解,甲烷两步转化技术比较 重要,后者我国进展较快. 由于石化工业提供的三大合成材料与天然橡胶, 棉花及钢材等比较产量增加快,带动了建筑,汽车,机 械,电子信息,轻工,纺织,农业等相关产业的快速 发展,所以石化工业需求更加旺盛,这也促使石化技 术快速发展, 从而更促进了石化工业自动化技术的快速 发展. 近年来除合资的南京扬子/巴斯夫 60 万吨/年, 上 海石化/赛科 90 万吨/年,惠州中海油/壳牌 80 万吨/ 年乙烯项目及茂名乙烯项目外,正准备或刚开工的还 有福建石化/Exxon, 天津石化/Dow, 兰州石化/Phillips, 抚顺,独山子,大庆,大连等乙烯项目,这些均为大
2007 年第 2 期
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中国仪器仪表
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型石化联合装置.而炼油也有十多项年产 1000 万吨 的炼油厂在改扩建中.这些项目自动化程度都很高, 约占投资的 10%是用于自控工程的,所以"自动化盘 子"很大,我国自动化仪表行业民族工业在与外资合 作,竞争中将会得到壮大. 炼化自动化是典型的过程控制.多年来,大多数 DCS 生产商都把目标对准炼化工业; 自动化检测仪表, 执行器及分析仪表从编制系列型谱,标准化,成批生 产至新产品开发,也是以满足炼化工业的需求为主. 我国石化行业提出"安,稳,长,满,优"的要 求,这也是对石化自动化的要求,所以为石化工业服 务的自动化仪表和系统的制造,集成的从业人员,要 围绕这个中心做好工作. 在石化行业一般以液位测量为主,由于测量过程 与被测物料特性关系密切,所以除浮力式仪表外,物 料仪表没有通用产品,按测量方式分为直读式,浮力 式,静压式(差压,压力) ,电接触式,电容式,超 声波式,雷达式,重垂式,辐射式,激光式,音叉式, 磁致伸缩式,矩阵涡流式等,其中雷达式(0.3%) ,磁 致伸缩式(0.05%)以及矩阵涡流式液位计(±1mm)精 度高,在石化行业的应用逐步普及. (4) 流量仪表 这是石化行业温,压,液(位) ,流四大参数中 内容最丰富的一个门类.在市场经济发展的今天对流 量计量的重视是不言而喻的,从控制的角度看稳定和 优化两大永恒的主题,也要用流量来考核.而流量本 身与流体及管道的关系又十分密切.我们今天说的流 量,不是一般的流速,是单位时间内流经有效截面的 (1) 温度仪表 石化现场设备或管道内介质温度一般都需要指示 控制,温度范围为-200~+1800℃,大多数采用接触式 测量,在现场指示的水银玻璃温度计多被双金属温度 计取代,最常用的是热电阻,热电偶.特殊热电阻有 油罐平均温度计等;特殊热电偶有耐磨热电偶(如在 乙烯裂解炉,催化裂化及丙烯腈装置用高速流动状态 下测量高温) ,表面热电偶(根据测量物体表面形状 而定) ,多点式热电偶 (用在反应器,合成塔,转化 炉等处) ,防爆热电偶等.热电阻,热电偶信号多直 接进入 DCS 或其它温度采集仪表,一体化的温度变送 器(两线制)等因现场总线技术兴起而逐渐普及. (2)压力仪表 因压力仪表与安全有关,所以一直受到重视.压 力范围为负压到 300MPa(高压聚乙烯反应器) .压力 传感器,变送器和特种压力仪表采用多种原理,而且 可用于高温介质,脉动介质,腐蚀介质,粘稠状,粉 状,易结晶介质的压力测量,精度可达 0.1 级.压力 表分液柱式,弹性式,活塞式(压力校验仪)3 类. 作为压力调节系统除采用压力变送器将信号送至 DCS 或其它调节器外,位移平衡式基地式调节器仍常用于 现场. (3)物位仪表 流体的体积和质量,另外还需要求知管道中一段时间 内流过的累积流体的体积和质量(流量积算仪) .面 临的要求是:大口径流量,微小流量;高,低温介质 的流量;高粘度介质强腐蚀介质的流量;粉料,粘污 介质的流量;脉动流,多相流等流量. 流量测量原理上大致分有速度法,容积法测量体 积流量,直接法,推导法测量质量流量.实际上细分 有节流式或差压式(孔板,喷嘴,文丘里管等) ,转 子式,容积式(椭圆齿轮,腰轮,旋转活塞等) ,速 度式(水表,涡轮,靶式,电磁,超声波,涡街,质 量流量计等) . 差压式还有毕托管,阿牛巴管,内锥等,质量流 量计有热式质量流量计,科里奥利质量流量计等. 在诸多流量计中,国内对电磁流量计,超声波流 量计, 质量流量计, 内锥流量计近年来推广力量较大. 实际上,在管道化生产中,孔板+差压变送器和一体 化孔板流量计等仍为主要测量控制流量的手段.日本 1997 年统计, 石化和天然气工厂中孔板等差压式流量 计占 44.7%~58%. 当然各种流量计应用场合不同,有些是不可取代 的,如科氏流量计精度可达±0.2%,所以各类流量计 有着各自的市场份额. (5) 在线过程分析仪

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