自動化儀表在石油生產中的應用

譚瑩春 陳昱希

摘? 要：由于對科學技術的要求不斷提高，世界范圍內各行業都開始應用自動化技術來創造更大的價值。在石油行業中，自動化儀表可以對原油的處理和精煉等環節中的數據進行實時監測，從而對生產過程中的各個環節進行有效的控制?；诖?，本文將主要針對自動化儀表在石油生產過程中的應用展開相關探討分析。

關鍵詞：石油生產;自動化儀表;技術應用

引言：

目前，自動化儀表在石油工業的實際生產和技術發展中得到了廣泛的應用，從技術上來看，自動化儀表已成為石油行業中一個非常重要的組成部分。在現代石油工業中，把自動化儀表引進和運用到生產實踐中，必須經歷施工設計、施工建設和安裝后的調試。特別是在自動化儀表系統的設計中，設計者要對自動化儀表系統進行過程控制，嚴格按照有關技術規范，使自動化儀表系統與其他相關專業技術內容之間有效的結合。

1石油儀表自動化技術應用的重要性

石油行業是高危行業，除了自身的生產條件外，還存在著人為因素的制約，進而影響到企業的產品質量，因此，必須通過科學的儀表儀表技術來改善和管理，而自動化技術在石油行業中扮演著至關重要的角色。自動化儀表在石油企業中占有重要地位，它是一個由多個功能強大的自動化部件構成的自動化技術工具。自動化儀表是一種工具或裝置，它可以對不同的工藝參數進行檢測、顯示、記錄、傳送、控制。自動化儀表是由很多子系統組成的，它自身是一個完整的系統。從控制原理上講，自動化儀表是“信息設備”，它的主要作用是把外部的輸入信號轉化成用于內部的輸出信號，在實際應用中，一般選擇模擬量和脈沖量作為輸入輸出信號，有些則是采用數字量。

2自動化儀表在石油企業中具體工作過程分析

2.1自動化儀表設計過程中需要注意的問題

從當前的情況來看，如果要在石油行業中全面的運用自動化儀表技術，就必須重視自動化儀表的設計。專業人員在進行設計時，應該將關注點放在自動化儀表測量的精確度上。此外，在自動化儀表的設計上，要對使用者負責，把使用者的使用體驗和安全放在首位。在自動化儀表的設計中，應從科學性、現代化、節約成本等角度來考量，同時，在設計過程中，還必須對儀表的運行進行合理的控制，以減少設備的邊際費用，將多余的成本用在合適的地方。最后，在石油行業的自動化儀表的設計中，應針對不同的使用者的生產參數，提高儀表的適用性、實用性和科學性。

2.2自動化儀表設計階段在石油企業中的應用分析

通常，石油行業對自動化儀表的要求很高，而自動化儀表在油田生產中的應用更是舉足輕重，所以自動化儀表的設計過程常常是其中的一個重要環節。在石油行業中，選用適用于石油行業的自動化儀表時，應重點選擇適合于石油行業的工藝參數，以保證其在工程建設中的工作質量。此外，在自動化儀表的設計過程中，還必須考慮到客戶的具體要求，根據石油行業的工作環境和石油生產過程中的外界介質的特點，對儀表的設計進行詳細的分析。

2.3自動化儀表調試階段在石油企業中的應用分析

在當今世界石油企業，自動化儀表的應用領域非常廣闊，自動化儀表的出現可以極大地提高其工作效率，所以在石油行業中，必須對其進行嚴格的管理和調試。首先，專業人士在購買自動化儀表時，應該嚴格的考慮到使用成本，選擇更好的儀表，然后由相關人員進行最重要的自動化儀表的安裝。在石油工程建設中，自動化儀表的調試能否恰當的符合石油行業的技術指標，將直接關系到今后石油工程的安全和質量。而且，如果石油企業在今后的運行過程中，沒有對自動化設備進行嚴密的監控和管理，那么在生產環節中，很容易出現質量問題，或者是系統的調試問題，導致油氣泄漏等。所以，有關人員在對控制自動化調試階段的驗收工作中，必須進行嚴格的監督和評價。

3自動化儀表在石油企業發展中的應用分析

3.1溫度儀表、壓力儀表

通常情況下，石油行業的溫度控制是非常嚴格的，很多石油企業都會將設備的溫度控制在-200-1800℃之間，如果在石油行業中，溫度超過一定的范圍，就會導致產品的質量達不到預期的效果。所以，對測量溫度儀表的精度有著很高的要求。大多數場合都采用接觸式溫度測量儀表，如雙金屬溫度計、熱電偶、熱電阻等，它具有簡單、可靠、廉價、測量準確度高的特點，能夠測量到真實的溫度。溫度變送表和一體化的溫度變送表、智能溫度變送表應用也比較普遍，它們將輸出信號送到DCS或調節儀表中實現溫度的自動控制。同時，壓力控制的好壞將直接關系到石油工程的安全。在石油工程中，通常壓力控制在0～300 MPa之間，所以，在選擇壓力自動檢測儀表時，常常要考慮到石油行業的技術指標，通常采用壓力變送表，將現場被測壓力信號轉換成電流信號，傳遞到二次儀表或中控室進行計算顯示實測壓力值及控制，如電容式、壓差式等。

3.2物位儀表

3.2.1雷達液位儀表

雷達液位儀是一種高精度儀表，在石油行業中有著廣闊的應用前景。雷達液位儀傳輸的是一種由喇叭形天線發出的低頻波，這種波從發射到接觸目標介質后被反射回來的時間可以被雷達液位儀中的傳感表接收，并將產生的時間轉換成液位信號來傳輸信息。在石油行業中，雷達液面計具有很高的準確度，在高溫、真空、粉塵、高壓等不穩定的環境中都能滿足使用要求。此外，在雷達液位計的設計上，有關人員要針對不同的應用環境，加強其系統模組特性。

3.2.2磁翻板液位計

磁翻板液位計是一種恒浮力式液位計。液位計不僅可就地指示，亦可附加液位極限報警，實現遠距離液位報警和監控。其工作原理是利用裝在主測管中的磁浮子，帶動外部的磁翻片，實現信號的變換和液面的顯示。磁翻板液位計在石油行業中有著很大的優勢，可以迅速的顯示出當前的液位，而且，如果在磁翻板液位計的調校中，將干簧管和磁翻板液位儀的磁開關配合起來，通過電信號傳輸，可以提高數據的傳輸距離，達到遠程傳輸和控制的目的。但是，磁翻板液位計的測量范圍通常都是有限的，如果是需要長距離傳輸的磁翻板液位計，那么它的傳輸方式和安裝調試就會變得更加復雜，如果在磁翻板液位計的設計上做一些改進，可以減輕長距離下的信號傳輸問題。

3.3流量儀表

在石油工業應用中，流量計可以更直觀的測定單位時間內的流體通過某一截面面積的量。流量儀表一般都是采用節流和差壓變送器進行計量，由于它具有很強的實用性，因此在石油行業中應用非常廣泛，一般根據石油生產條件、精度要求等情況選用合適的流量計。如計量油品裝桶分發，在閥門全開的情況下使用，流量基本恒定，其準確度可能會從0.5%提高到0.25%，而用于貿易交接的狀態式流量計必須達到0.2%。在石油行業中，經常要求測量的準確性很高，所以在設計過程中要充分了解其性能。而要使流量計達到更高的性能，則需要設計者保持高水平的儀表調節。隨著集成電路技術的不斷進步和發展，數據流測量技術也越來越多元化。比如，將微機應用到流速儀中，可以增強流速儀在多普勒測量中的轉換和接收能力。再比如，超聲波流量計，當接收端接收到一個物理信號后，轉換表會把物理信號轉換成電流信號，并把電流信號傳輸到一個顯示儀表上，從而實現對數據的顯示和計算。

4影響石油自動化儀表技術可靠性的因素

4.1石油自動化儀表技術的生產制造先進性較差

在石油工業生產中，自動化儀表技術是對其進行全方位監測的關鍵技術，所選擇的自動儀表應具備較高的技術水平，能準確地反映出生產裝置的工作狀況。石油工業的自動化儀表設備技術水平較低，會影響到儀表的可靠性和長期性，從而影響到整個石油生產、加工的全過程。在自動化儀表技術發展的進程中，存在著各種各樣的設備，有些產品價格較低，品質較差，刻意選用低質量、低成本的自動化儀表，對石油生產裝置的有關參數的測量控制不到位，很可能會影響到原油生產的可靠性。

4.2人為因素的影響

石油自動化儀表的使用效果與操作人員的素質密切相關，而操作員是整個工程的主體，在自動化儀表的施工中起著舉足輕重的作用。石油公司通常沒有專門的自動化儀表專業技術人員，而操作人員對儀表的內部結構、工作原理等缺乏足夠的理論知識，以及一些技術員在儀表上的操作失誤。在長時間的運行中，很容易出現大的故障。部分工人缺乏責任心，工作態度不端正，在使用自動化儀表時，經常會發生自動儀表損壞的情況。在石油化工生產過程中，由于管理人員推卸責任而發生糾紛現象，使其不能有效地提高石油行業的自動化水平。通過對儀表儀表的及時維修與更新，保證了儀表在施工中的正常運行，延長了使用壽命，從而保障了油田的正常運行。

4.3監管不到位

監控工作是儀表設備使用中的一個重要環節，當前，一些企業缺少專業的自動化儀表應用技術，在企業中缺少對自動化儀表使用工作的監控體系，從而影響到其本身的可靠性。一些企業在標準化程度較低的情況下，沒有考慮到設備的專業和技術水平。而在使用自動化儀表的全過程中，企業本身又缺少對自己的約束和控制，很可能會在使用中投機取巧，在使用過程中產生與實際情況不符的情況。對儀表自動化技術的可靠性有一定的影響。

5石油行業自動化儀表的控制技術的應用

5.1常規控制

傳統的控制方法是最基本的控制方法，其中以序列控制為主;均勻控制、串級控制、分程控制等。通常，傳統的控制內容是比較固定的，就算系統升級了，也不會改變主干的控制。從傳統DCS到新一代DCS，再到電子元件的有機結合，這些技術的發展并沒有太大的改變。其次，傳統的控制包括：比例控制、積分控制、微分控制等，PID調節是控制原理中最簡便的調節控制方法。它結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便，它基本上是由干塊數據和控制算法來運行的，所以它主要是通過配置選擇和控制策略來實現的。

5.2先進控制

隨著科技的進步，控制理論與其他學科的相互融合，在現代控制理論的基礎上，產生了許多智能算法。同時，多變量控制技術已被廣泛地運用。與常規PID控制相比，PID控制表是一種較為普遍的控制方式，由于其具有串聯控制的特點，使得其控制效果更好，并且比常規的單軌控制更加穩定。在石油行業中，PID控制表的應用，可以極大地提高生產效率，提高企業的競爭力。盡管其依然是基于DCS，但是卻是一個完全獨立的個體，因此在石油自動控制系統中應用，特別是在進行模型辨識時，將多變量的動態軟測量技術與測控技術結合起來，可以有效地改善監控和控制效果。

5.3人機界面

雖然很多石油企業都采用了電腦技術，實現了人機接口的管理，但是在管理上卻沒有任何的變化，依然采用傳統的控制方式，既費時又費力，同時也比較緩慢。另外，石油公司要用多個控制室來管理各種設備，再加上液晶顯示屏和CRT顯示屏，要想實現其初始的應用目標，必須從根本上改進設備，并對其進行優化。此外，企業還可以采用DCS系統，以克服傳統專用熒光屏在工業電視攝像機中的缺陷。

6石油自動化儀表的可靠性措施

6.1落實儀表檢測方法

在石油公司的日常生產中，需要將現場的設備和內部的溫度控制在-300～1800℃之間，用雙金屬溫度表代替以前的玻璃溫度表，這樣傳感器就能在很短的時間內采集到熱電偶、熱電阻等相關的信號。在目前的石油行業中，壓力計已經起到了舉足輕重的作用。采用具有特定性能的壓力計;不僅能高效地應用于高溫環境，還能在易結晶、脈沖和粉末等介質中，對生產要求的壓力進行有效的檢測。另外，在石油行業，液位計的主要用途是測量液面。如果按測量方式將其分類，可以分為雷達、浮力、靜電、超聲波等。為確保原料中的特定成份在規定的數值，必須從溫度、液位、壓力、流量等對其進行有效的監測，以達到對石油生產過程中所產生的廢物進行有效的分析，將環境污染程度降到最低。

6.2優化自動化儀表

在石油自動化儀表中，差壓計和差壓變送表是最重要的組成部件，采用差壓計可以更好地實現自動化。在儀表的自動控制中，調節閥起到了很大的作用，比如氣壓膜調節閥，就可以實現對生產過程的自動調整，提高生產的智能化程度。如有特別需要，可采用電驅動，少數采用液壓驅動。DCS系統的DCS控制和PLC控制的開發都是為了滿足石油行業發展的需求。根據上述分析，要提高石油行業的自動化儀表的可靠性，必須加強對自動化儀表各環節的優化措施的研究。

6.3儀表安全控制以及故障診斷

隨著石油工業的迅速發展，對生產設備的自動化和控制設備的需求越來越大。采用自動化儀表可以提高生產效率，提高生產的安全性。其中，人機接口技術是自動化儀表的關鍵技術，它在儀表的安全監控中有著舉足輕重的作用。目前，隨著社會、經濟、科學技術的迅速發展，自動化儀表已經從過去的單機設備與控制室過渡到了多個設備配套的控制室，并利用液晶顯示屏、鍵盤和鼠標等設備，利用手柄和觸摸屏，實現了整個生產過程的實時顯示。其中石油公司生產過程中的監控屏幕，可以更好地顯示出員工的自動控制動態。并以仿真制造為基礎，依托于傳統的工藝技術，進一步提高了人機接口的工藝水準，實現了自動制造與報料等內容的有機結合。所以，采用人機接口技術可以提高石油企業的自動化儀表技術水平，同時也可以為石油企業的生產提供一個更加安全的環境。另外，在石油儀表設備的維修中，可以利用系統的診斷與維修技術，對儀表設備的運行進行有效的分析，找到問題的根源，進行自動的調試，提高設備的性能。

結語：

綜上所述，通過分析自動化儀表在石油工業發展中的作用，有助于提高石油企業的自控水平，開發和應用自動化儀表，實現自動化控制，達到滿足石油工業技術需求的目的。在石油的發展過程中，采用自動化儀表設備，實現了對石油企業的智能化管理，并對其運行參數進行了實時采集，確保了其生產的正常進行，并得到了最佳的產率，從而達到了石油生產的要求。

參考文獻：

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