浅谈石油化工仪器仪表自动化技术在生产过程中的应用

引言

石油化工作为国民经济支柱产业，其生产过程具有流程复杂、工况严苛、安全风险高等特点。传统生产模式依赖人工操作与经验判断，存在生产效率低、产品质量波动大、安全隐患突出等问题，难以满足现代工业精细化、智能化发展需求。仪器仪表自动化技术融合传感器、自动控制、信息技术等多领域成果，能够实现生产参数的实时监测、精准调控与智能决策，为石油化工行业转型升级提供核心驱动力。

一、石油化工生产流程概述

1.1 原料预处理

在石油化工生产中，原料预处理是首要且关键的环节。原油作为主要原料，往往含有大量水分、盐分以及固体杂质，这些杂质会对后续生产设备造成严重腐蚀，降低反应效率和产品质量 。原料预处理通过脱水、脱盐等工艺去除杂质，同时对原油进行加热或冷却等操作，使其达到适宜后续化学反应的状态。通过自动控制阀门精准调节脱盐剂和破乳剂的添加量，实现高效脱水脱盐。

1.2 化学反应

化学反应是石油化工生产的核心环节，涉及裂解、聚合、加氢等多种复杂反应。以裂解反应为例，其目的是将大分子烃类化合物裂解为小分子烯烃和烷烃，用于生产乙烯、丙烯等基础化工原料。在反应过程中，温度、压力、停留时间等参数对产物的产量和品质起着决定性作用。自动化控制系统通过传感器实时监测反应过程中的各项参数，并根据预设工艺条件，自动调节反应物流量、加热或冷却装置功率、反应压力等，确保反应在最佳条件下进行。

1.3 分离提纯

经过化学反应后，得到的产物是多种物质的混合物，需要通过分离提纯环节将目标产物分离出来并提高其纯度。以精馏为例，它是利用混合物中各组分挥发度的差异，通过多次部分汽化和部分冷凝，实现各组分分离的过程。自动化分离设备在这一环节至关重要，通过自动化仪表精确控制精馏塔的温度、压力、回流比等参数，能够有效提高分离效率，降低能耗。

1.4 最终产品合成

在完成原料预处理、化学反应和分离提纯后，将处理过的原料经一系列复杂反应和加工合成最终产品。这一过程需要严格控制各种工艺条件，确保产品符合质量标准。在合成塑料、橡胶等高分子材料时，需要精确控制聚合反应的温度、压力、催化剂用量等参数，以保证聚合物的分子量、分子结构等性能指标符合要求。

二、仪器仪表自动化技术基

2.1 自动化技术构成

自动化技术构成中，传感器技术是获取生产数据的眼睛，它能实时监测石油化工生产过程中的温度、压力、流量、液位等关键参数，并将物理量转换为电信号传输至控制系统。热电阻传感器可精准感知温度变化，为反应釜控温提供数据。执行器技术如同生产的手脚，控制阀门、泵等执行元件动作，实现对流体或物料的自动控制，如电动调节阀根据控制信号调节开度，保障物料输送稳定。控制系统技术则是大脑，通过 PID 控制、模型预测控制等算法，对输入信号处理后输出控制指令，实现闭环控制。

2.2 自动化仪表分类

自动化仪表主要分为检测仪表、控制仪表和执行器仪表。检测仪表用于测量生产过程参数，温度仪表、压力仪表实时反馈设备工况，流量仪表、液位仪表保障物料平衡，分析仪表检测产品成分。执行器仪表根据控制信号执行动作，调节阀精准控制流体流量，电磁阀实现快速通断控制，电动执行机构驱动阀门等设备，三者协同工作，保障石油化工生产自动化运行。

三、自动化技术在石油化工生产中的具体应用环节

3.1 原料处理环节

原料部分主要包括原料来油的自动化控制、流量监测以及压力控制等，自动化仪表可以对原油输送设备进行流量监测和压力监测，当自动检测结果显示输油流量或者压力有较大偏差时，会自动调整阀门开合大小，保证稳定给料；在自动控制配比方面，就是通过自动控制系统，添加各种剂量的物料，例如原油脱盐时，可以根据在线数据对输油杂质含量进行监测，根据杂质含量的多少，对脱盐剂的添加剂量进行自动化控制，在这一过程就保证了脱盐设备的高效运行，减少了原油杂质对后续生产设备的腐蚀作用，也保证了后续化学反应操作的顺利进行。

3.2 反应控制环节

控制器与化学反应过程相连，负责化学反应的平稳和顺利进行。温度、压力、组成等在线分析仪表运用相应的传感器对反应釜进行相应的分析检测，并将数据反映到控制器上，根据控制器运行所匹配的相应控制策略，如模型预测控制（MPC），反馈至控制器，实现相应的反应物输入速率、加热速率等条件的有效控制。

3.3 分离提纯环节

分离提纯阶段借助自动化精馏塔、温度压力回流比自动控制，对精馏分离过程加以优化，与人工控制精馏相比，精馏能耗降低，精馏产品的品质也有了提高。在线分析系统能实时监测出塔顶、塔底产品成分，当杂质含量较多时，自动控制系统就会及时通过调整精馏控制指标来控制精馏塔，使产品的杂质符合控制要求。气相色谱在线分析仪能及时反映馏分组成，自动控制系统会根据分析结果，准确控制精馏塔的精馏控制指标来提高精馏分离效果以及产品的质量。

3.4 成品输送过程自动化技术的应用

自动完成成品的装车作业需要有自动化管道输送系统及流量压力自动控制方案。通过 DCS 对输送管道的物料流量、压力、温度进行自动监测，一旦发生物料泄漏、堵塞等故障自动发出报警并及时采取应急措施，避免事故的发生。通过调节流量阀、压力变送器根据储罐液位输送量的多少，来调节成品的输送量，确保成品物料源源不断地输送至成品储存区或成品装车灌装区，优化成品物流运输。

3.5 安全报警系统

安全监控过程是利用自动化技术打造一个安全保障系统。可燃气体检测报警系统、有毒气体检测报警系统采用高精度传感器，自动感知厂区生产工作环境中存在的可燃气体或有毒气体的浓度，一旦发现泄漏现象即刻发出警报声，并通过联动释放相应设施予以提醒（或预警），同时还把警报信号及时上报控制中心；自动启动通风系统、紧急切断开关等设施。联锁安全装置就是对厂区生产工作中关键性的设备和工艺参数进行跟踪和检测，当关键参数在不合理的范围内变化或发生紧急情况时，装置自动实行紧急停车等一系列动作，避免事故扩大化，确保操作人员生命和设备安全。

结语

石油化工仪器仪表自动化技术贯穿生产全流程，在原料处理、反应控制等环节显著提升效率、优化质量、保障安全。但技术集成难度大、数据安全风险等问题仍待解决。随着人工智能、工业互联网技术的深度融合，该技术将向智能化、集成化迈进，为石油化工行业绿色、高效、可持续发展注入更强动力。

参考文献

[1]刘欢.石油化工仪器仪表自动化技术探讨[J].云南化工,2018,45(05):164.

[2] 徐亮. 石油化工仪器仪表自动化技术探讨[J]. 城市建设理论研究( 电子版),2019,(10):70.