现代化工仪表及化工自动化的过程控制探讨

引言：

化工行业是国民经济的重要支柱，其生产过程具有高温高压、易燃易爆等特点，对安全性和稳定性要求极高，传统的化工生产依赖人工操作和简单仪表监控，存在效率低、误差大、安全隐患多等问题。随着传感器技术、计算机技术和控制理论的进步，现代化工仪表在测量精度、响应速度和可靠性方面显著提升，为自动化控制奠定了坚实基础。PLC、DCS等自动化系统的广泛应用，使得化工生产逐步实现精准控制和远程监控，面对复杂工况和环保要求，化工自动化仍需进一步优化控制策略，融合人工智能、大数据等新兴技术，以适应智能化生产的未来需求。

1.采用差压变送器精确测量反应釜液位，防止溢流事故

反应釜液位的精确测量是确保工艺安全与稳定的关键环节，差压变送器因其高精度和可靠性，成为液位监测的首选仪表，工作原理基于流体静力学原理，通过测量反应釜底部与顶部的压力差，间接计算出液位高度。与传统的浮球式或超声波液位计相比，差压变送器不受介质密度变化、泡沫或蒸汽干扰的影响，尤其适用于高温高压或腐蚀性介质的复杂工况。防止溢流事故上差压变送器的实时数据可利用DCS系统与自动控制阀门联动，当液位接近安全阈值时，系统能及时调节进料流量或触发紧急切断程序，从而避免物料泄漏或设备损坏。化工自动化的过程控制中，差压变送器的应用不仅局限于液位监测，更是实现反应釜多参数协同调控的核心环节，例如在聚合反应过程中，液位波动可能引发温度或压力连锁反应。差压信号可与温度传感器、流量计的数据融合，利用PID算法动态优化控制策略，这种多变量耦合的闭环控制系统，能够有效抑制因进料不均或副反应导致的液位突变。

2.安装热电偶温度传感器实时监控蒸馏塔各塔盘温度

热电偶作为一种接触式温度测量仪表，其工作原理基于塞贝克效应，能够将温度信号转换为可测量的电信号，具有响应快、稳定性好、测量范围广等特点。在蒸馏塔的安装过程中，需根据工艺要求合理选择热电偶类型，并确定最佳安装位置，通常布置于各塔盘的液相或气相区域，以准确反映塔内温度分布。安装时需注意热电偶插入深度、保护套管材质选择及密封性，避免因安装不当导致测量偏差或设备腐蚀。热电偶采集的温度数据是蒸馏塔精馏过程优化的重要参数，利用实时监测各塔盘温度梯度，可间接推算出塔内组分浓度分布，进而调整再沸器加热量、回流比等操作变量。现代控制系统通常采用多变量预测控制（MPC）或模糊PID算法，将热电偶信号与压力、流量等参数融合分析，动态优化控制效果。例如当某塔盘温度异常升高时，系统可自动调节进料预热器功率或降低再沸器蒸汽流量，防止产品纯度偏离设定值[1]。

3.配置气动调节阀自动控制管道介质流量

气动调节阀作为自动化控制系统的关键执行元件，其配置与应用直接关系到管道介质流量的精确调控，气动调节阀利用接收来自控制器的标准信号，驱动阀芯位移来改变流通截面积，从而实现对介质流量的连续调节。其核心优势在于响应速度快、结构简单且防爆性能优异，尤其适用于易燃易爆的化工环境。配置过程中需综合考虑阀门特性与工艺需求的匹配性，需配套定位器以提升控制精度，阀门材质须兼容介质特性，而执行机构的气源压力需根据管道压力损失和压差合理选型。气动调节阀的自动控制效能高度依赖于整个控制回路的协同优化，在流量控制回路中，调节阀需与流量传感器、PID控制器构成闭环系统，其中阀门流量特性与控制器参数的整定需保持动态匹配。实践中常采用分程控制策略，当工艺流量调节范围较宽时，可借助大小阀并联或智能阀门的分段控制来扩展可调比。对于存在严重闪蒸或空化的工况，需利用多级降压阀内件或特殊流道设计来避免气蚀损伤。

4.设置压力安全联锁装置保护高压反应系统

压力安全联锁装置通过实时监测反应器内的压力变化，一旦检测到压力超过预设的安全阈值，便会立即触发联锁动作，自动切断进料阀门或启动紧急泄压系统，从而避免超压事故的发生。这种装置不仅能够有效防止设备因过压而损坏，还能显著降低爆炸、泄漏等重大安全事故的风险，与传统的机械式安全阀相比，电子联锁系统具有响应速度快、精度高、可远程监控等优势，能够与其他自动化控制系统集成，实现更复杂的逻辑控制[2]。压力安全联锁装置是过程控制系统中不可或缺的安全仪表功能（SIF）组成部分，其设计必须符合国际安全标准的要求，联锁逻辑的设定需要综合考虑工艺特性、设备承压能力以及操作条件等多重因素，通常采用冗余设计以提高系统的容错能力。例如采用“二选一”或“三选二”的投票逻辑，避免单一传感器故障导致误动作或拒动作，联锁装置的动作优先级通常高于常规控制回路，以确保在紧急情况下能够快速响应，联锁系统的有效性还依赖于定期的功能测试和维护，包括传感器校准、阀门动作测试等，以消除潜在隐患。

5.应用PID控制器调节换热器出口温度

换热器出口温度的精确控制对产品质量、能耗优化及系统稳定性至关重要，PID（比例-积分-微分）控制器因其结构简单、调节性能优越，成为温度调节的首选方案。PID控制器利用实时比较换热器出口温度与设定值的偏差，利用比例（P）、积分（I）和微分（D）三个环节的综合作用，动态调整加热或冷却介质的流量，使温度稳定在目标范围内。比例控制能够快速响应温度变化，积分控制消除稳态误差，而微分控制则抑制超调，提高系统的动态稳定性，例如在石油化工中的精馏塔进料预热系统中，PID控制器能够有效应对进料流量或成分波动带来的温度扰动，确保后续工艺的平稳运行。PID控制器在换热器温度调节中的应用需结合具体工艺特点进行优化，对于大惯性、大滞后的换热系统，如大型列管式换热器，单纯PID控制可能响应较慢，此时可采用串级控制或前馈-反馈复合控制策略，以提高调节速度。例如将主PID控制器设定温度作为副PID控制器的设定值，副控制器则直接调节蒸汽阀开度，形成串级控制结构，有效抑制二次干扰。

结语：

现代化工仪表及自动化技术的深度融合，正在重塑化工生产的过程控制模式，通过高精度仪表采集数据，结合智能算法实现精准调控，不仅能提升生产效率和产品质量，还能降低能耗与排放，符合绿色化工的发展趋势。随着物联网、人工智能等技术的深入应用，化工自动化将迈向更高水平的自主决策与优化控制。本文为行业技术升级提供了思路，但也需认识到，在实际应用中仍需结合具体工况，持续创新，以应对更复杂的生产挑战，推动化工行业可持续发展。

参考文献：

[1]徐万正. 现代化工仪表及化工自动化的过程控制研究 [J]. 仪器仪表用户, 2025, 32 (05): 4-6.

[2]赵红丽,吕艳华. 现代化工仪表及化工自动化的过程控制分析 [J].山东化工, 2024, 53 (20): 190-191+195.