石油化工仪表中的自动化控制技术研究

引言：

近年来，由于全球石油化工行业的发展日益迫切，其生产装置生产工序日益复杂，对生产过程的生产效率也提出了更高的要求，行业内将越来越多的自动化控制技术应用到石油化工生产装置上。仪表自动化控制技术也是石油化工生产装置自动化控制技术的重要组成部分，已经成为了保证石油化工生产过程高效、安全的主要技术手段之一。石油化工生产过程的自动化控制，一方面是保证在生产过程中可以对生产过程中的相关变量进行控制；另一方面，还通过实时监控和控制生产装置的运行过程，保证其安全运营，并尽可能地减少资源损耗。

一、石油化工中的仪表类型

（一）温度仪表

在石油化工生产中，由于多数产品需要在特定的温度下反应生产，以确保化学反应进行及产品生产的质量，所以温度的测量以及控制是非常重要的。 般的温度仪表主要有热电偶、RTD(电阻温度探测器)、红外线温度计等。热电偶是利用不同的两导体接触产生电动势来表达温度；RTD 是通过材料的电阻随温度变化而变化，得到准确的温度值；红外温度传感器是利用物体辐射的红外光线来得到其温度的数据[1]。

（二）物位仪表

物位仪表对石油化工生产来说非常重要，在石油化工生产过程的反应器、储罐等储存容器对液体或者固体物料的储存以及运输过程中需要对液体物位及固体物位进行准确的测量。目前使用的物位仪表大致有浮球式物位计、雷达物位计以及超声波物位计。浮球式物位计采用的是浮力原理，浮球通过液体物位升降的过程来确定液体物位的度量，雷达物位计是通过电磁波的反射原理而无须与物料接触且能获得测量精度很高的物位测量仪，应用在高温或高压以及腐蚀性较大的场合。物位计主要是通过发射出声波并将其反射回来，然后实现物质的测量，运用较为普遍的有清洁液体以及固态物质的测定。

（三）压力测量仪表

压力计量仪表是石油化工生产的常用仪表，其在储罐、管线、容器、反应槽等位置监测压力的及时性及准确性是生产的安全性、可靠性的重要保障，压力测量仪表主要包括压力传感器、差压式传感器等。压力传感器通过应变、电容等传感器测量方式，监测容器、管路上的实时压力信号变化；压力变送器接收传感器对压力检测输出的电信号，并传输给控制单元形成统一的传输标准；差压式传感器通过对流体压力差的测量实现对流体压力监测，进而实现流量的监测[2]。

二、自动化控制技术在石油化工仪器中的运用

（一）常规自动控制技术的应用

石油化工生产过程中常见的自动控制技术主要有开环控制、闭环控制两大类。开环控制是不依据控制量的反馈信号，用于控制中过程参数变化平稳以 预测性的场合， 温度缓慢变化并且较为稳定的工况等一些石油化工生产工艺可以进行 产过程在工况变化大时，或者受环境影响时，不能适应工况突然 定性，因此开环控制的应用范围十分有限，只适用于较为单纯稳 信号调节控制量的输出，使系统控制能够反应生产中因工艺变化与外 其 最大 测过程实际与设定的偏差，依靠反馈信号的变化实现改变操作参数的目的，以保生产过程一直处于设定范围内。

（二）PID 控制器的应用

PID 控制器是工业生产最常用的一种自动控制装置，尤其是在石油化工领域中的应用范围极其广泛，在温度、压力、流量等控制方面都有着很广泛的应用。PID 控制器对测量信号的输入处理是进行比例调节、积分调节和微分调节，能够以最短的时间达到让系统从不稳定状态到稳定状态的过程。比例控制用偏差比例来控制输出，适用于控制偏差较小和系统反应很快的情形下；积分控制能够消除长期积累误差，保证系统的长期稳定；微分控制对误差未来的变化进行预测，在控制量上进行提前的调节，从而提升系统控制量响应速度。PID 控制器在石油化工生产和各自动化控制装置中都占有极为重要的地位。如反应釜中的温度调节与反应速率、反应产物质量密切相关，PID 控制器根据反应器实际测量的温度与设定值的偏差，自动控制加热、冷却系统，使反应器中的温度保持在最佳的范围之内。此外，在压力控制、流量控制等方面都有广泛的运用，PID 控制器及时反馈，用控制量改变，避免由于压力不稳定、流量不稳定发生损毁设备、中断生产等情况。

（三）DCS 自动化控制技术的应用

DCS 是石油石化行业最为基础的自动化控制技术，主要用于实现复杂性大型化生产过程的控制。DCS 系统在石油石化生产中将传感器、控制器、执行机构以及计算机系统组成一个集中的高度集成化网络控制系统。通过DCS 系统实现对整套生产过程各项数据的有效监测，使得操作人员能够清晰了解生产过程运行状态，并对设备进行有效调整。DCS 系统最大的优点在于将各个现场设备进行分布式设置，通过对网络的连接使设备之间获得信息的实时传送和共享，能够更好地完成整个生产过程中各项数据的采集、处理和控制。在石油石化工业生产过程中DCS 系统可以对反应器、蒸馏塔、储罐等设备实现全程控制[3]。例如对规模较大的炼油厂来说，DCS系统可以将多个反应器、多个储罐之间的温度、压力、流量等数据集中到中央控制室，通过中央控制室内的控制系统实现对各个设备进行合理的协调控制。DCS 系统能够对生产过程中的各类型仪表和设备进行实时性的监控，对生产过程中的各类型仪表和设备中获取的实时信息进行反馈，及时对工艺参数进行合理的调整，自动控制设备的运转状态，以此实现高效的生产、更低的能耗和质量更有保障的生产目标。

三、结语

随着科学技术的进步，石油化工自动化控制技术也在不断发展，控制过程中的仪表系统也是石油化工自动化控制中的一种重要手段，仪表系统的进步，带动整个石油化工产业向着自动化、智能化发展。例如目前石油化工现代化生产中的常规控制技术、PID 控制器、DCS 系统等自动化控制技术已经成为提高生产效率、确保安全生产、优化生产工艺的重要手段，在今后随着科学技术的进步，自动化控制技术在石油化工装置中的应用将越来越准确、越来越智能化，必将为石油化工产业的发展提供强大保障。

参考文献

[1]王子才.石油化工仪表中的自动化控制技术[J].化工设计通讯,2023,49(6):29-31.

[2]赵晓娟,祁超.自动化控制技术在石油化工仪表中的运用[J].化工设计通讯,2022,

[3]尹徽.化工仪表中的自动化控制技术探究[J].天津化工,2021,35(2):24-26.

作者简介：刘倩倩（1995-）女，汉族，辽宁人，助理工程师，本科学历，研究方向，化工自动化。