1、現場(chǎng)儀表的分類(lèi)和選型參數

       現場(chǎng)儀表分為兩大類(lèi)：檢測儀表和執行器。其中檢測儀表包括：溫度檢測儀表、壓力檢測儀表、流量檢測儀表、液位檢測儀表、成分分析儀表。執行器包括：氣動(dòng)、電動(dòng)、液壓執行器、電-氣轉換器、電-液轉換器、閥門(mén)限位器、閥位開(kāi)關(guān)。每一種現場(chǎng)儀表都會(huì )有不同的測量原理，因此選型時(shí)應該按照不同工藝條件及實(shí)際工況選型合理的現場(chǎng)儀表。

 

       現場(chǎng)儀表的選型參數主要有：儀表材質(zhì)、儀表精度、測量范圍、連接形式、公稱(chēng)壓力、防爆等級、防護等級、公稱(chēng)直徑等。

 

現場(chǎng)儀表選型采用的標準及規范：

       《自動(dòng)化儀表選型規定》 HG/T 20507-2000

       《控制室設計規定》 HG/T 20508-2000

       《自動(dòng)分析器室設計規定》 HG/T 20516-2000

       《儀表報警、聯(lián)鎖系統設計規定》 HG/T 20511-2000

       《儀表供電設計規定》 HG/T 20509-2000

       《儀表系統接地設計規定》 HG/T 20513-2000

       《 流 量 測 量 節 流 裝 置 用 孔 板 、 噴 嘴 和 文 丘里 測 量 充 滿(mǎn) 圓 管 的 流 體 流 量 》GB/T2624-2006

       《外殼防護等級（IP 代碼）》 GB4208-2008

       《氣動(dòng)調節閥》 GB/T4213-2008

       《石油化工企業(yè)可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范》GB50493-2009

       《可編程控制器系統工程設計規定》 HG/T20700-2000

 

2、現場(chǎng)儀表選型過(guò)程中應該注意的事項

       現場(chǎng)儀表的選擇應按照不同裝置的特點(diǎn)、工藝條件及工況。每個(gè)裝置的生產(chǎn)物料及工況都是不同的，只有對工藝流程熟悉，按照工藝專(zhuān)業(yè)提出的條件，才能選好合適的儀表。以進(jìn)入變換工段粗煤氣為例，粗煤氣的工藝條件為溫度 260℃，壓力 3.67MPaG，屬于較高的溫度和壓力，所以在選型時(shí)要充分考慮溫度壓力對儀表的影響。變換爐的差壓檢測時(shí)需要引出變換氣，但此時(shí)的變換氣可能含有 H2S 及一些腐蝕性的介質(zhì)，對這種情況需要考慮和介質(zhì)接觸的儀表材質(zhì)。

 

       另外在寒冷地區，如黑龍江等地，除了對儀表加裝保溫箱外，對儀表本體的材質(zhì)也要按需選擇，應該選擇耐低溫型儀表。而對于高雷地區，如云南貴州等地，如果不選型防雷擊型的變送器，很可能會(huì )遭到儀表被擊穿的危險，甚至會(huì )通過(guò)電纜將雷電引入中控室，后果不堪設想。

 

       同一類(lèi)型的儀表品牌選擇的數量越少越好，這樣對今后儀表的維護及售后要方便的多，配件的備貨也可以減少很多不必要的麻煩，不但減少了投資，而且大大提高了效率�，F場(chǎng)儀表選型要考慮經(jīng)濟合理。這個(gè)是儀表選型中#重要的，相同的工況下，選擇的儀表性能價(jià)格比越高，儀表選型就越合理。有一些特殊工況下，國內儀表可能達不到理想的狀況，可以選擇成熟的進(jìn)口的儀表。而這類(lèi)儀表的缺點(diǎn)是工人不容易接受，備貨周期長(cháng)，售后響應長(cháng)等。除了這種情況外，建議盡量選取質(zhì)量比較有保證國內廠(chǎng)家，因為國產(chǎn)的儀表在價(jià)格上優(yōu)勢非常大，同時(shí)在技術(shù)指標和儀表質(zhì)量和國外的儀表并沒(méi)有很大的差距，而且國內的儀表供貨周期短，備件采購方便，工人對整個(gè)過(guò)程都是非常容易接受的，所以在化工生產(chǎn)的過(guò)程中更具可靠性和穩定性。

 

3.3 溫度儀表

       溫度測量?jì)x表是在化工廠(chǎng)中是#常用的一類(lèi)儀表，常用的溫度測量?jì)x表有熱電阻，熱電偶、一體化溫度送變器、雙金屬溫度計等。一般就地顯示的選用雙金屬溫度計，需要遠傳的則選用熱電阻或熱電偶的測溫元件[8]。

 

       根據變換工段的工藝要求，溫度在 500℃一下的選用熱電阻溫度計，高于 500℃選用熱電偶溫度計，所有溫度計都必須安裝與保護套管內；設備中的溫度測點(diǎn)處采用法蘭式連接，管道上均采用螺紋連接；需要現場(chǎng)觀(guān)測溫度的測點(diǎn)，采用表盤(pán)直徑為 150mm的雙金屬溫度計。

 

3.3.1 熱電阻溫度計

       目前化工廠(chǎng)使用的溫度測量?jì)x表大多都是鉑熱電阻，分度號為Pt1000或者Pt100，原理是鉑金的電阻會(huì )隨著(zhù)溫度的變化而改變,根據 Pt100 的分度表，即可得到測量的溫度。

 

本項目中鉑熱電阻的選擇需要注意以下事項：

       (1) 根據不同的管道壓力等級選擇熱電阻溫度計外保護套管的壓力等級，例如變換爐入口的粗煤氣溫度為 260℃，壓力 3.67MPaG，粗煤氣管道工程壓力為 10.0MPa,根據條件，選取的溫度計外保護套管的壓力應該同管道等級相同；

       (2) 外保護套管的材質(zhì)應同工藝管道材質(zhì)相同；

       (3) 接線(xiàn)盒應選擇防爆、防塵式；

       (4) 根據管道的公稱(chēng)直徑選擇外保護套管的插入深度，按照規范要求，插入深度一般為管道工程直徑的 1/3 至 2/3 處；

       (5) 選擇合理的防護等級和防爆等級；

       (6) 溫度計和管道的過(guò)程接口也應該定義出來(lái)，一般來(lái)說(shuō)，溫度計和管道連接方式選擇焊接的形式，溫度計和套管的連接形式選擇螺紋 M20x1.5 形式；

       (7) 有些表達不清楚的地方，可以再用圖示的方法示意出來(lái)，如圖 3.1 外保護套管結構圖。

       (8) 在一些震動(dòng)的測量點(diǎn)處，還應該進(jìn)行震動(dòng)強度計算，防止溫度計被震斷而造成對下游工序的影響。

 

3.3.2 熱電偶溫度計

       熱電偶測溫的基本原理是兩種不同的導體構成閉合回路，當兩端溫度出現差別時(shí),電路中就會(huì )產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種現象稱(chēng)為熱電效應。只要測得熱電動(dòng)勢，根據相關(guān)數據，即可查到被測介質(zhì)的溫度。

 

       熱電偶溫度計測溫原理圖如圖 3.2 熱電偶溫度計測溫原理圖所示：

       其中，T 是熱端、工作端或者測量端，T0 稱(chēng)為冷端、自由端或者參比端。A 和 B 稱(chēng)為電極，熱電動(dòng)勢 EAB(T,T0)的大小由接觸電動(dòng)勢和溫差電動(dòng)勢決定。

 

       不同材質(zhì)的熱電偶分度號是不相同的，化工廠(chǎng)中由于熱電阻測溫范圍的局限性，在高溫測量領(lǐng)域一般使用熱電偶，熱電偶的測溫范圍為-200℃-2500℃。

 

       本項目中變換爐需要測量的點(diǎn)位比較多，插入深度較深，因此選取了多支多點(diǎn)式熱電偶的結構形式

 

       熱電偶和設備的連接方式一般選擇法蘭連接形式。

 

       此外，還需注意的是要和設備制造廠(chǎng)溝通好插入深度，防止造出的設備無(wú)法和溫度計廠(chǎng)家銜接。

 

本項目中熱電偶溫度計的選擇需要注意以下事項：

       (1) 選用鎧裝式熱電偶的溫度范圍為 350℃到 600℃，600℃以上選用裝配式熱電偶。

       (2) 安裝于變換爐上的多點(diǎn)式熱電偶，需提前與工藝和設備專(zhuān)業(yè)溝通好，一方面是幾個(gè)點(diǎn)的插入深度，一方面是熱電偶在設備的位置。

       (3) 在氨合成工段中測量氫氣溫度時(shí)，由于溫度較高，熱電阻不能滿(mǎn)足測量要求，需選用熱電偶測量。但是氫氣為還原性氣體，如果直接采用熱電偶測量會(huì )對其造成侵蝕，因此應當選用吹氣式熱電偶。在熱電偶和保護套管之間通入氮氣以減少氫氣對測溫原件的損壞。

 

3.3.3 一體化溫度變送器

      一體化溫度送變器是由熱電阻或熱電偶及變送器構成的，可以直接把溫度信號轉換為模擬信號，進(jìn)而傳輸至 DCS、溫度記錄儀等設備，實(shí)現對溫度的精que測量和控制。一個(gè)化工廠(chǎng)中溫度儀表的選型應該從設計開(kāi)始就確定了，一種是選取熱電阻和熱電偶結合的方式，另一種是全部采取溫度變送器。

 

       此外，在寒冷地區溫度儀表選型，不宜選擇一體化溫度變送器。由于此項目中未涉及到一體化溫度變送器，此處不再贅述。

 

3.3.4 雙金屬溫度計

       雙金屬溫度計適用于測量-80℃-500℃的介質(zhì)，它的工作原理是，兩種不同的金屬疊加在一起，溫度的改變會(huì )引起兩種金屬的膨脹，根據一端的膨脹來(lái)轉動(dòng)指針，得出測量結果。

 

本項目中就地溫度計的選擇需要注意以下事項：

       (1) 公稱(chēng)壓力 PN5.0MPa 以下的工況，外保護套管結構形式可以設計為整體鉆孔直形保護管；

       (2) 公稱(chēng)壓力 PN5.0MPa 以上的工況，外保護套管結構形式可以設計為整體鉆孔錐形形保護管；

       (3) 溫度計表盤(pán)分為 100mm 和 150mm 的，guojia標準上建議選擇 100mm 的，但是根據安裝條件和現場(chǎng)情況，能夠選擇 150mm 的更好；

       (4) 精度選擇±1.5%；

       (5) 結構形式分為徑向型、軸向型、萬(wàn)向型，要根據不同的安裝條件來(lái)正確選擇其形式；

       (6) 同熱電阻選型相同，有些表達不清楚的地方，可以再用圖示的方法示意出來(lái)；

       (7) 根據工藝條件選擇溫度計的量程，一般情況指針位于#大量程的 1/2~3/4 處。

 

3.4 壓力儀表

       壓力類(lèi)檢測儀表是化工生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的計量器具，它能直觀(guān)地顯示出各個(gè)工序環(huán)節的壓力變化，洞察產(chǎn)品或介質(zhì)流程中的條件形成，監視生產(chǎn)運行過(guò)程中的安全動(dòng)向[9]�；�工廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中的壓力監控是非常重要的。測量壓力的方法有很多種，由于在化工生產(chǎn)過(guò)程中測量壓力還有其他因素的影響，因此，一定要選取可靠性高的壓力儀表。變換工段中所有測量點(diǎn)壓力#大的為 3.67MPa，選用普通壓力變送器即可。由于工藝冷凝液中有易結晶、有毒介謘hou櫸鄭�因此灾q飧齬ひ展藶分械牟獾憒π柩∮酶裟っ芊庋沽Ρ淥推鰲Ｐ枰�现场观测压力的测点，�?a href="http://www.meneki-ryoku.net/ybptylb/" target="_blank">普通壓力表為主，泵、風(fēng)機的出入口選用不銹鋼耐震壓力表。

 

3.4.1 壓力變送器

       壓力變送器是生產(chǎn)過(guò)程中#常用的變送器，將壓力傳感器得到的參數轉換為標準模擬信號，傳輸至 DCS 或者其他指示報警儀等設備進(jìn)行壓力監視和過(guò)程調節。

 

本項目中壓力變送器的選擇應注意以下事項：

       (1) 選擇合理的測量范圍，設定的量程不能大于測量范圍；

       (2) 根據介質(zhì)條件選擇合適的測量元件材質(zhì)，盡量高于管道或設備材質(zhì)；

       (3) 測量蒸汽及有冷凝液的介質(zhì)，一定要配備保溫箱，對測量管線(xiàn)進(jìn)行保溫伴熱；

       (4) 測量氣體時(shí)，需壓力變送器放至高于取壓點(diǎn)的位置，取壓點(diǎn)應設置在管道上方；

       (5) 測量液體和蒸汽應將變送器放至低于測點(diǎn)的位置，液體取壓方位如圖 3.3 所示，

 

蒸汽取壓方位如圖 3.4 所示；

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       (6) 超過(guò) 80℃的介質(zhì)，還需要配備冷凝容器；

       (7) 對于有腐蝕性的介質(zhì)，也要配備隔離罐；

       (8) 同一管道上需要測量溫度和壓力時(shí)，取壓點(diǎn)的位置處于測溫點(diǎn)的前方，原因是測溫點(diǎn)處有溫度計插入，會(huì )產(chǎn)生壓力的波動(dòng)使得壓力測量不夠準確；

       (9) 對于壓力大于 10MPa 的取壓點(diǎn)，取壓點(diǎn)處宜選用兩個(gè)根部閥；

       (10) 如需在閥門(mén)前測量壓力，取壓點(diǎn)至少要離閥門(mén)的距離為 2 倍管道直徑，如需在閥門(mén)后測量壓力，取壓點(diǎn)至少要離閥門(mén)的距離為 3 倍管道直徑；

(11) 測量 CS2 設備上的壓力，需要提前與設備專(zhuān)業(yè)溝通，主要是法蘭的連接形式。

 

3.4.2 隔膜密封壓力變送器

       隔膜密封式壓力變送器是一種不用直接和介質(zhì)接觸的來(lái)測量壓力的儀表，是由膜片密封系統,毛細管及填充液,壓力或差壓變送器組合而成[10]，在化工廠(chǎng)中主要用于粘稠性，腐蝕性、易結晶等不宜引出介質(zhì)的特殊工況。本項目中由氣液分離器出來(lái)的工藝冷凝液工況為溫度 145℃，壓力 4.55MPa ，密度操作密度 921kg/m3，由于此處工藝冷凝液含有 H2S 等腐蝕性成分，會(huì )對變送器造成腐蝕，因此選用隔膜密封式壓力變送器來(lái)測量此處壓力。選取這種測量方式還需注意以下事項：

 

       (1) 由于環(huán)境溫度對測量結果有影響，因此選擇正確的填充液也是測量準確的關(guān)鍵步驟，根據工藝條件及填充液特性表（表 3.1），這里選用 DC704 硅油作為填充液；

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       (2) 構成測量系統中的膜片密封系統分為平膜片和凸膜片，這兩種膜片測量精度沒(méi)有區別，測量結構有所不同。選擇兩種膜片主要根據應用場(chǎng)合的不同。工藝介質(zhì)為易流動(dòng)、不易結晶，不易堵塞，選用平膜片；相反的情況選用凸膜片結構。工藝冷凝液屬于地衣種情況，因此選平膜片型；

       (3) 根據現場(chǎng)安裝情況，合理選擇毛細管長(cháng)度和毛細管外套。

 

3.4.3 差壓變送器

       差壓變送器用于測量?jì)蓚�(gè)測點(diǎn)之間的壓力差，兩個(gè)測點(diǎn)一個(gè)為正壓端，一個(gè)為負壓端，正壓端的壓力大于負壓端的壓力才可以測得差壓。當兩個(gè)測點(diǎn)之間的距離較大，變送器沒(méi)有地方放置，或者引壓管布線(xiàn)較為困難的情況下，也可以采用兩個(gè)測點(diǎn)分別使用壓力變送器來(lái)測量，然后在 DCS 里進(jìn)行運算得出差壓。

 

3.4.4 就地壓力表

       就地壓力表只能用于現場(chǎng)指示，數據不能夠傳輸至 DCS 系統。測量元件形式有彈簧管、波紋管、膜盒等。

 

本項目中就地壓力表的選型需注意以下事項：

       (1) 根據不同的工況選擇壓力表類(lèi)型，例如泵的出口要選擇耐震壓力表，而對于腐蝕性介質(zhì)選擇不銹鋼壓力表；

       (2) 壓力表的結構形式分為徑向型、軸向型、萬(wàn)向型，要根據不同的安裝條件來(lái)正確選擇其形式；

       (3) 壓力表的表盤(pán)分為 100mm 和 150mm 的，guojia標準上建議選擇 100mm 的，但是根據安裝條件和現場(chǎng)情況，能夠選擇 150mm 的更好；

       (4) 精度一般選擇±1.5%；

       (5) 若介質(zhì)溫度超過(guò) 80℃，應該采用帶有冷凝彎的安裝形式，如圖 3.5 所示，序號5 代表的是冷凝彎；(6) 設備上需要測量壓力的測點(diǎn)選型時(shí)需注意連接形式，尤其是法蘭的密封面形式。

 

3.5 流量?jì)x表

       流量?jì)x表是化工廠(chǎng)#常用的一種儀表，流量?jì)x表的選型非常重要，因為測量原理的不同，流量?jì)x表的種類(lèi)也非常多，在同一種工況下選擇一種#合適的流量計需要認真對比和選型。常用的流量?jì)x表有節流裝置和流量變送器、巴類(lèi)流量計、渦街流量計、電磁流量計、金屬管浮子流量計、橢圓齒輪流量計等[11]。在流量?jì)x表選型工作中，石油化工企業(yè)需要明確流量測量?jì)热莺蜏y量準確度要求等問(wèn)題，并以此為選型依據，結合各類(lèi)流量?jì)x表的特性與使用特點(diǎn)，選擇符合企業(yè)測量要求的流量?jì)x表[12]。變換工段中的流量計選型中，小于 500℃、管徑小于 DN300 的蒸汽流量均選用渦街流量計，除此條件外的蒸汽流量選用節流裝置流量變送器；變換氣流量測量選用德?tīng)査�巴流量�?/a>；管徑小于等于 DN25 的工藝冷凝液選用金屬管浮子流量計。

       節流裝置和流量變送器是一種#成熟、#常用的流量測量方式，節流裝置包括標準孔板、噴嘴和文丘里。節流裝置的計算可參考《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿(mǎn)管流體流量》(GBT2624-2006)。

 

這種流量測量方式必須滿(mǎn)足以下條件：

       (1) 工藝介質(zhì)的流動(dòng)應該是紊流，管道內不能產(chǎn)生漩渦，且雷諾數需要在一定范圍；

       (2) 工藝介質(zhì)必須充滿(mǎn)管道且連續；

       (3) 工藝管道節流裝置前后直管段要求前 20 倍管徑后 10 倍管徑，不得有彎頭；

       (4) 測量氣體時(shí)，流量變送器應放至高于取壓點(diǎn)的位置，取壓點(diǎn)應設置在管道上方；

       (5) 測量液體和蒸汽應將流量變送器放至低于測點(diǎn)的位置。

 

3.5.2 渦街流量計

       渦街流量計綜合吸收了發(fā)達guojia先金技術(shù)和經(jīng)驗，具有電路先金、功耗微低、量程比寬、結構簡(jiǎn)單、阻力損失小、堅固耐用、用途廣、使用壽命長(cháng)、工作穩定、便于安裝調試、維護量小等特點(diǎn)，能夠較好地解決能源的計量問(wèn)題[13]。

 

       渦街流量計的工作原理是放置在被測介質(zhì)的管道體的渦流發(fā)生器中，當介質(zhì)流經(jīng)也門(mén)渦流發(fā)生器時(shí)會(huì )產(chǎn)生旋渦，然后通過(guò)測量渦流數來(lái)測量。本項目中，大多數中低壓蒸汽的測量都選用渦街流量計。

 

這種流量測量方式應該注意以下事項：

       (1) 注意安裝方向，渦街流量計只能單向安裝，流體流向需與流量計安裝方向一致；

       (2) 盡量和工藝專(zhuān)業(yè)溝通將渦街流量計安裝于垂直管道，液體流量測量時(shí)，安裝方向為自下而上；

       (3) 渦街流量計管道安裝條件為流量計前 20 倍管徑后 5 倍管徑，不得有彎頭。

 

3.5.3 金屬管浮子流量計

       金屬管浮子流量計主要用于小管徑流體流量的測量，是根據浮子在測量管內的高度來(lái)測量流量。大多數情況下金屬管浮子流量計都安裝于流體自下而上的垂直管道上，目前也有一些廠(chǎng)家制作出了水平管道安裝的金屬管浮子流量計，無(wú)論是哪一種方式，都應該和配管專(zhuān)業(yè)協(xié)作好，提前將位置確定。另外測量管和浮子的材質(zhì)也要根據工藝介質(zhì)的不同選取#合適的。

 

3.5.4 電磁流量計

       電磁流量計是可以用于導電液體流量的測量，對絕緣導體是無(wú)法測量的，因為它是根據電產(chǎn)生磁的原理。本項目中脫鹽水及污水等介質(zhì)都是導電液體，選用電磁流量計來(lái)測量是較為合理的，管徑較小的測點(diǎn)選用管道式，較大的則選擇插入式。此外選擇好電磁流量計的電極材質(zhì)和襯里材質(zhì)也是非常重要的。

 

這種流量測量方式應該注意以下事項：

       (1) 與其他專(zhuān)業(yè)協(xié)調，工藝專(zhuān)業(yè)布置大型泵、電氣專(zhuān)業(yè)布置大的變壓器產(chǎn)生的電磁干擾都會(huì )引起電磁流量計的測量誤差，因此盡量避免測定周?chē)�的這種影響；

       (2) 盡量將電磁流量計安裝于陰暗的位置，減少陽(yáng)光直射對其造成影響；

       (3) 安裝的直管段要求是流量計前為大于管徑 5 倍，流量計后為小于管徑 2 倍。

 

3.5.5 特殊流量計

       當同時(shí)存在氣體和液體時(shí)的工況下，對流量計的選型就需要認真對比，本項目tuijian采用一種用于氣液兩相流體測量的流量計[14]，它包括管道本體和流量表及設置在管道本體內的氣體管道，氣體管道上設有地衣氣動(dòng)閥門(mén)和氣體過(guò)濾器，液體管道內設有第二氣動(dòng)閥門(mén)和液體過(guò)濾器，氣體管道上設有氣體流量感應器，液體管道內設有液體流量感應器，流量表上設有顯示屏、控制電路板，氣體流量感應器和液體流量感應器均與流量信息處理器信號連接。采用此流量計的優(yōu)點(diǎn)是它的結構簡(jiǎn)單，使用、安裝方便，具有安全可靠的作用。