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浅谈仪表选型与应用
阅读次数：99发布时间：2019/7/22 11:22:44
随着科学技术的发展，化工生产规模的扩大和强度的提高，对生产过程的控制和管理越来越严格，过程检测仪表及控制显得愈发关键，特别是 DCS 集散控制系统的成熟推广和应用，使得现在化工项目不可缺少。因此，涉及到现场的各类仪表种类繁多，仪表的设计选型是否科学、能否满足现场实际需要和使用，是每一个仪表工作人员在实际工作中应该考虑的问题。如果控制仪表的选型设计出现失误，往往会带来很大的损失，并严重影响生产的安全稳定运行。 .
1 概述
通常生产现场参数分为温度、流量、压力、液位、成分多种，每一种参数对应着不同型号、适应不同现场的多种测量仪表，所以仪表的选型是一项技术性、实用性很强的工作，不但要求仪表人员有较全面的基础知识及现场维护经验，而且选型前要对各种测量方式和仪表特性做全面了解和细致的比较。总的来说，原则就是首先符合工艺的要求，然后重点从仪表特性、安装条件、环境条件及经济因素等方面综合考虑，这样才能选择出适于生产要求的、既安全可靠又经济耐用的佳测量控制仪表。下面就各类仪表简单谈一下本人的看法，不妥之处恳请批评指正。
1.1 温度仪表
相对于其他几种仪表而言，温度仪表是比较简单的仪表，常用的有双金属现场温度计、热电阻温度计、热电偶温度计、一体化热电阻（热电偶）温度计等。由于双金属温度计现场指示精度不高，一般得不到重视；再者双金属温度计往往没有远传功能，所以防护等级也不如远传温度计防护措施好，常常由于玻璃面板内渗水，使得指针及传动机构失灵、线性不好，其实际使用效果较不理想。如果工艺状况温度在 650℃以上，往往选用热电偶为好；如果测温点远离控制室，选用一体化温度变送器较为合适。因为热电偶需要专用补偿电缆，长度越长，成本越高，比如在热电厂，锅炉部分一般和控制室比较紧凑，高温部分选用热电偶较多，而化工装置要求和控制室必须有一定的安全距离，所以化工装置工艺温度较高的情况，选用热电偶温变较为适宜。测量中温以下热电阻是一种经济、实用的温度仪表，常用的比如三线制 PT100。无论哪一种温度计尽量优选护套单独抽芯型的，以便维修更换 , 而且温度计芯要有防震 , 以提高适应各种流速高的工况。
1.2 压力仪表
在此，以压力变送器为例作简单介绍。国产品牌和进口品牌的压力变送器其实在精度上没有很大的差距；在零点稳定性上，国产压力变送器还是逊色了一些。所以在压力高的工作场合，可以选用国产压力变送器。例如锅炉汽水压力，有时工作压力至少在几兆帕以上，即使有几千帕的误差，也不会影响操作；但如果工作压力较低，以成品罐区为例，往往有些成品罐为内浮顶罐，操作压力自然不会很高，甚至还需要充氮保护，这种场合就需要选用性能更为可靠的压力变送器。至于是选用法兰膜片式的还是螺纹连接的，要根据工艺介质特性、工况条件而定。例如在酸碱盐有腐蚀性的工况，选用法兰耐腐蚀膜片式较为合适；在高温高压的工况，选用螺纹连接的比较合适，同时还要兼顾冬季防冻防凝的措施，以防冻坏仪表。
1.3 流量仪表
流量计种类繁多，也是仪表选型中较为难以定论的事，但大的原则是不能改变的。例如在跨界区计量的场合，选用质量流量计较为合适，选用其他流量计也是可以的，但给以后成本考核带来不便。因为质量流量计精度高、稳定性好，是其他流量计难以做到的。但由于质量流量计价格昂贵，在选型中应该充分考虑介质的物理特性，质量流量计常见的有测量气体、液体 2 种。国产质量流量计在测量液体介质稳定工况时性能可靠，在测量气体及工艺介质不稳定的液体时 ( 例如丙烯 )，与进口品牌的质量流量计相比，其信号处理尚有一定的差距，但有些气液两相工况并存的现象是任何一款质量流量计都难以测量的。例如在 MTP 工艺中，反应器进料多为气体，且管道口径较大，这种工况是质量流量计所不能解决的，孔板流量计的精度不高，这种状况下可使用平衡流量计（是法兰连接的）变送器采用温压补偿的多参量为宜，典型的有EJA910X,3051SMV，性能都很可靠。至于转子流量计、电磁流量计都是项目中常用的，在此就不多介绍了。
1.4 液位测量
液位测量按照设计规范，压力容器往往会至少有 2 种不同测量原理的液位计，而有现场指示的液位计，以磁翻板液位计为常见；远传信号的液位计，以双法兰差压液位计为常见。这些液位计结构简单、原理可靠，维护方便，但不一定使用这些液位计，有些工况就是需要特殊考虑。例如在生产过程中需要液体分离，常见的就是油水分离，这就需要界面计。根据测量原理不同，界面计有磁致伸缩、导波雷达等不同形式，至于选用哪一种，要根据物料的介电常数、分离情况而定。界位计选用顶部安装方式较为科学，侧装的界位计，物料密度重的在下面，密度轻的在上面。如果侧装式不能满液位操作，那么物料只能从底部的法兰口进入界位计内，界位计将不能测量到真实的界位，这种情况往往被忽略。
1.5 分析类仪表
分析仪表价格昂贵，相比其他几类，是用到的数量较少的一种。在选型的时候，其精度、稳定性、都是重点考虑的。线性度与分析仪表的标定结果有很大关系，例如常见的在线 pH 计分析仪表，选择 1 点标定和选择 2 点标定会出现不同的斜率，将决定仪表的线性。这种分析仪表多是传感器和工艺物料直接接触，所以务必考虑传感器的探头安装在能够测量流动的液体，并且兼顾维护保养。
2 仪表调校，确保试车
尽可能提前组织仪表调校，确保试车投运正常。仪表联校是仪表工程施工后一道工序，也是整个项目建设进行联动试车的前提条件之一。由于仪表施工工期非常短，后期与各专业交叉的作业非常多，所以仪表联校的时间往往多于进度计划中规定的时间。为了不影响总体施工进度计划，仪表调校时一般要遵循先单校后联校、先单回路后复杂回路、先单点后网络的调校原则，通过采取已经安装完成的仪表回路 , 提前做联校的方式，限度地保证单机试车及整体调试的需要。
3 仪表防腐
化工物料往往伴有酸碱，所以防腐是不可忽视的话题。无论是哪一种仪表，都必须充分考虑仪表与工艺物料的接触部分防腐。以氯碱工业为例，整个流程始终含有较多的盐酸、烧碱，腐蚀性较强，如果介质酸性含量较少，温度在常温，可以选用钢衬四氟类防腐；如果介质温度较高，但在沸点温度以下，可以选用哈氏合金；如果介质温度接近或在沸点温度以上，要选用钽、铂铱合金，例如测量盐酸用的电磁流量计电极；但在烧碱熔融状态下，例如烧碱蒸发提纯工段，要选用镍材质比较合适。有机硅项目的盐酸解析及氯甲烷合成车间需要大量的 HCl, 设计院前期把温度计类仪表套管设计为 304+PTFE 材质 , 由于盐酸提纯需要蒸发 , 温度大于沸点温度 , 导致仪表套管腐蚀穿透 , 后改为钽材质后才能正常使用。仪表防腐既要看物料的介质特性，也要看工况要求，这样既经济又科学。
还有很重要的一点，仪表虽然是为工艺服务的，但是不科学的选型、安装不能很好地为工艺服务，所以工艺要为仪表选型安装创造必要的条件。例如在 MTP 装置中和油冷水冷系统中，管道流体流量计设计为电磁流量计，虽然数据表中的流体为水，不含油，但是实际工况却含有一定量的油，开工期间流量一直不稳定。这种情况经常出现，由于工艺条件的变化使得原先设计仪表不合适，所以只能重新选型。在尽量避免管道动火焊接的同时，可选用外贴式超声波流量计。
4 日常维护
仪表日常维护要贯彻“预防为主”的原则，加强经常性地维护保养，保持仪表的完好整洁。另外，由于工艺介质的冷热侵蚀、仪表元器件的老化，仪表出现异常也在所难免，关键在于正确判断、及时排除。一般来说仪表出现故障大致分 2 种情况：一是工艺原因，仪表忠实地反映了真实的工艺异常情况；二是仪表因素，由于仪表某一环节故障而出现工艺参数误指示。这2种因素经常混淆在一起，很难马上判断出来，仪表工要想及时、准确地判断仪表故障，除了多年的实践经验积累外，还必须熟悉仪表的工作原理、结构性能。另外，还要熟悉测量控制系统中的环节，对工艺介质的物理化学特性、主要设备结构有所了解，这样才能拓宽思路，有助于分析和判断故障。
5 结束语
在处理仪表故障时，一般要遵循“先观察后动手、先外部后内部、先机械后线路、先整体后局部”的原则，逐步缩小故障范围，迅速而准确地查找、处理仪表故障。
1 概述
通常生产现场参数分为温度、流量、压力、液位、成分多种，每一种参数对应着不同型号、适应不同现场的多种测量仪表，所以仪表的选型是一项技术性、实用性很强的工作，不但要求仪表人员有较全面的基础知识及现场维护经验，而且选型前要对各种测量方式和仪表特性做全面了解和细致的比较。总的来说，原则就是首先符合工艺的要求，然后重点从仪表特性、安装条件、环境条件及经济因素等方面综合考虑，这样才能选择出适于生产要求的、既安全可靠又经济耐用的佳测量控制仪表。下面就各类仪表简单谈一下本人的看法，不妥之处恳请批评指正。
1.1 温度仪表
相对于其他几种仪表而言，温度仪表是比较简单的仪表，常用的有双金属现场温度计、热电阻温度计、热电偶温度计、一体化热电阻（热电偶）温度计等。由于双金属温度计现场指示精度不高，一般得不到重视；再者双金属温度计往往没有远传功能，所以防护等级也不如远传温度计防护措施好，常常由于玻璃面板内渗水，使得指针及传动机构失灵、线性不好，其实际使用效果较不理想。如果工艺状况温度在 650℃以上，往往选用热电偶为好；如果测温点远离控制室，选用一体化温度变送器较为合适。因为热电偶需要专用补偿电缆，长度越长，成本越高，比如在热电厂，锅炉部分一般和控制室比较紧凑，高温部分选用热电偶较多，而化工装置要求和控制室必须有一定的安全距离，所以化工装置工艺温度较高的情况，选用热电偶温变较为适宜。测量中温以下热电阻是一种经济、实用的温度仪表，常用的比如三线制 PT100。无论哪一种温度计尽量优选护套单独抽芯型的，以便维修更换 , 而且温度计芯要有防震 , 以提高适应各种流速高的工况。
1.2 压力仪表
在此，以压力变送器为例作简单介绍。国产品牌和进口品牌的压力变送器其实在精度上没有很大的差距；在零点稳定性上，国产压力变送器还是逊色了一些。所以在压力高的工作场合，可以选用国产压力变送器。例如锅炉汽水压力，有时工作压力至少在几兆帕以上，即使有几千帕的误差，也不会影响操作；但如果工作压力较低，以成品罐区为例，往往有些成品罐为内浮顶罐，操作压力自然不会很高，甚至还需要充氮保护，这种场合就需要选用性能更为可靠的压力变送器。至于是选用法兰膜片式的还是螺纹连接的，要根据工艺介质特性、工况条件而定。例如在酸碱盐有腐蚀性的工况，选用法兰耐腐蚀膜片式较为合适；在高温高压的工况，选用螺纹连接的比较合适，同时还要兼顾冬季防冻防凝的措施，以防冻坏仪表。
1.3 流量仪表
流量计种类繁多，也是仪表选型中较为难以定论的事，但大的原则是不能改变的。例如在跨界区计量的场合，选用质量流量计较为合适，选用其他流量计也是可以的，但给以后成本考核带来不便。因为质量流量计精度高、稳定性好，是其他流量计难以做到的。但由于质量流量计价格昂贵，在选型中应该充分考虑介质的物理特性，质量流量计常见的有测量气体、液体 2 种。国产质量流量计在测量液体介质稳定工况时性能可靠，在测量气体及工艺介质不稳定的液体时 ( 例如丙烯 )，与进口品牌的质量流量计相比，其信号处理尚有一定的差距，但有些气液两相工况并存的现象是任何一款质量流量计都难以测量的。例如在 MTP 工艺中，反应器进料多为气体，且管道口径较大，这种工况是质量流量计所不能解决的，孔板流量计的精度不高，这种状况下可使用平衡流量计（是法兰连接的）变送器采用温压补偿的多参量为宜，典型的有EJA910X,3051SMV，性能都很可靠。至于转子流量计、电磁流量计都是项目中常用的，在此就不多介绍了。
1.4 液位测量
液位测量按照设计规范，压力容器往往会至少有 2 种不同测量原理的液位计，而有现场指示的液位计，以磁翻板液位计为常见；远传信号的液位计，以双法兰差压液位计为常见。这些液位计结构简单、原理可靠，维护方便，但不一定使用这些液位计，有些工况就是需要特殊考虑。例如在生产过程中需要液体分离，常见的就是油水分离，这就需要界面计。根据测量原理不同，界面计有磁致伸缩、导波雷达等不同形式，至于选用哪一种，要根据物料的介电常数、分离情况而定。界位计选用顶部安装方式较为科学，侧装的界位计，物料密度重的在下面，密度轻的在上面。如果侧装式不能满液位操作，那么物料只能从底部的法兰口进入界位计内，界位计将不能测量到真实的界位，这种情况往往被忽略。
1.5 分析类仪表
分析仪表价格昂贵，相比其他几类，是用到的数量较少的一种。在选型的时候，其精度、稳定性、都是重点考虑的。线性度与分析仪表的标定结果有很大关系，例如常见的在线 pH 计分析仪表，选择 1 点标定和选择 2 点标定会出现不同的斜率，将决定仪表的线性。这种分析仪表多是传感器和工艺物料直接接触，所以务必考虑传感器的探头安装在能够测量流动的液体，并且兼顾维护保养。
2 仪表调校，确保试车
尽可能提前组织仪表调校，确保试车投运正常。仪表联校是仪表工程施工后一道工序，也是整个项目建设进行联动试车的前提条件之一。由于仪表施工工期非常短，后期与各专业交叉的作业非常多，所以仪表联校的时间往往多于进度计划中规定的时间。为了不影响总体施工进度计划，仪表调校时一般要遵循先单校后联校、先单回路后复杂回路、先单点后网络的调校原则，通过采取已经安装完成的仪表回路 , 提前做联校的方式，限度地保证单机试车及整体调试的需要。
3 仪表防腐
化工物料往往伴有酸碱，所以防腐是不可忽视的话题。无论是哪一种仪表，都必须充分考虑仪表与工艺物料的接触部分防腐。以氯碱工业为例，整个流程始终含有较多的盐酸、烧碱，腐蚀性较强，如果介质酸性含量较少，温度在常温，可以选用钢衬四氟类防腐；如果介质温度较高，但在沸点温度以下，可以选用哈氏合金；如果介质温度接近或在沸点温度以上，要选用钽、铂铱合金，例如测量盐酸用的电磁流量计电极；但在烧碱熔融状态下，例如烧碱蒸发提纯工段，要选用镍材质比较合适。有机硅项目的盐酸解析及氯甲烷合成车间需要大量的 HCl, 设计院前期把温度计类仪表套管设计为 304+PTFE 材质 , 由于盐酸提纯需要蒸发 , 温度大于沸点温度 , 导致仪表套管腐蚀穿透 , 后改为钽材质后才能正常使用。仪表防腐既要看物料的介质特性，也要看工况要求，这样既经济又科学。
还有很重要的一点，仪表虽然是为工艺服务的，但是不科学的选型、安装不能很好地为工艺服务，所以工艺要为仪表选型安装创造必要的条件。例如在 MTP 装置中和油冷水冷系统中，管道流体流量计设计为电磁流量计，虽然数据表中的流体为水，不含油，但是实际工况却含有一定量的油，开工期间流量一直不稳定。这种情况经常出现，由于工艺条件的变化使得原先设计仪表不合适，所以只能重新选型。在尽量避免管道动火焊接的同时，可选用外贴式超声波流量计。
4 日常维护
仪表日常维护要贯彻“预防为主”的原则，加强经常性地维护保养，保持仪表的完好整洁。另外，由于工艺介质的冷热侵蚀、仪表元器件的老化，仪表出现异常也在所难免，关键在于正确判断、及时排除。一般来说仪表出现故障大致分 2 种情况：一是工艺原因，仪表忠实地反映了真实的工艺异常情况；二是仪表因素，由于仪表某一环节故障而出现工艺参数误指示。这2种因素经常混淆在一起，很难马上判断出来，仪表工要想及时、准确地判断仪表故障，除了多年的实践经验积累外，还必须熟悉仪表的工作原理、结构性能。另外，还要熟悉测量控制系统中的环节，对工艺介质的物理化学特性、主要设备结构有所了解，这样才能拓宽思路，有助于分析和判断故障。
5 结束语
在处理仪表故障时，一般要遵循“先观察后动手、先外部后内部、先机械后线路、先整体后局部”的原则，逐步缩小故障范围，迅速而准确地查找、处理仪表故障。
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