甲醇自控仪表培训

1、甲醇自控仪表培训第1页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五主要内容仪表基本概念介绍现场仪表技术现场执行单元自控理论DCS、ESD、SIS及ITCC技术仪表安全防爆系统第2页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五主要内容七、仪表保温防腐常识八、仪表机械知识九、仪表供风供电系统第3页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五全厂自控简介 我厂是一套在高温、高压、催化剂、等条件下制甲醇产品的工业化生产装置，其所采用的自动控制系统具有技术先进、高精度、高可靠性、高灵活性等特点，将会确保全厂装置安全、平稳、长周期、满负荷和高质量运行，将会极大地提高企业的生产

2、能力和经济效益。第4页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五一、现场仪表技术 “测量是以确定量为目的的一组操作”。这里的量值均指物理量而言，如压力、温度等。 同一物理量,由于所选择的单位不同,得到测量结果的数值也不同。因此,在给出测量值大小的同时一定要给出所用的测量单位。 基 本 知 识第5页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五现场仪表技术生产中需要仪表来检测的主要参数有： F-流量；P-压力；L-物位；T-温度误差的分类方法很多，如按误差出现的规律来分，可分为系统误差、偶然误差和疏忽误差；按仪表使用条件来分，有基本误差、附加误差；按被测量变量随时间变化的关系

3、来分，有静态误差、动态误差等等。 第6页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五现场仪表技术绝对误差是指仪表的测量值与被测变量真实值之差,即CCm-Cr。 相对误差是指测量的绝对误差与被测变量的真实值之比，即Ca=C/Cr,通常以百分数表示。工业仪表通常用引用误差来表示仪表的准确程度，即绝对误差与测量范围的比值，以百分数表示，Ca=C/(Cmax-Cmin)x100%。第7页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五现场仪表技术检测仪表一般由检测单元和变送单元两部分组成。现场检测仪表现在应用最多的就是各类智能变送器，如压力智能变送器等。智能式变送器是由传感器和微处理器

4、（微机）相结构而成的。它充分利用了微处理器的运算和存储能力，可对传感器的数据进行处理，包括对测量信号的调理（如滤波、放大、A/D转换等）、数据显示、自动校正和自动补偿等。 第8页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五一、仪表基本概念介绍仪表的分类： 温度 、压力、物位、流量、分析仪器。 一次仪表:一般为将被测量转换为便于计量的物理量所使用的仪表，即为检测元件。一次测量仪表是与介质直接接触，是在室外就地安装的。 二次仪表:将测得的信号变送转换为可计量的标准电气信号并显示的仪表。即包括变送器和显示装置。 第9页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五温度 温度 按使用

5、的测量范围分：常把测量600以上的测温仪表叫高温计；测量600以下的测温仪表叫温度计； 按用途分：标准仪表和实用仪表 按工作原理分：分为膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计五类 膨胀式温度计热电偶第10页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五温度 按测量方式分：分为接触式与非接触式两大类。前者测温元件直接与被测介质接触，这样可以使被测介质与测温元件进行充分地热交换而达到测温目的；后者测温元件与被测介质不相接触，通过辐射或对流实现热交换来达到测温的目的。第11页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五第12页，共84页，2022年，5月

6、20日，3点35分，星期五常见的几种测温仪表 膨胀式温度计 双金属温度计 热电偶热电阻热电阻双金属温度计第13页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五热电偶、热电阻工作原理热电偶：两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路， 当两个接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。 热电偶一般分为七类，分别为 S、B、E、K、R、

7、J、T 第14页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五第15页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五第16页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五热电阻热电阻：是中低温区最常用的一种温度检测器。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的(热电效应)。 常用工业热电阻包括：铠装热电阻、装配热电阻、防爆热电阻国内最常用的有R0=10、R0=100和R0=1000等几种，它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000；铜电阻有R0=50和R0=100两种，它们的分度号为Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50

8、的应用最为广泛。 第17页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五热电阻的测温原理 金属导体的电阻值随温度的变比而变化的。一般说来，他们之间的关系为: Rt=R01+(t-t0) Rt=Rt-R0=R0t 式中 ：Rt为温度为t时的电阻值; R。为温度为t0(通常为0)时的电阻值; 电阻温度系数即温度变化1时电阻值的相对变化量，单位是 -1，; t 温度的变化量，即t-t。=t Rt 温度改变t时的电阻变化量。第18页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五第19页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五热电阻接线方式目前热电阻的引线主要有三种方式 二

9、线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合； 三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻；第20页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五热电阻接线方式四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可

10、见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。 热电阻采用三线制接法。第21页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五热电阻接线方式采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。采用三线制，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。第22页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五热电阻的三种接线

11、方式第23页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五压力测量仪表表压力:以大气压力为零起算的压力， 用符号PG表示。绝对压力:指不附带任何条件起算的全压力，它等于大气压力和表压力之和，用符号PA表示：PAPG十PB。负压:当绝对压力小于大气压力时，大气压力与绝对压力之差称为负压，又叫真空度，用符号PH表示: PHPBPA。第24页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五压力测量仪表第25页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五压力测量仪表ASME CLASSISO RATING150磅 ISO PN 20300磅 ISO PN 50600磅 ISO

12、PN 100900磅 ISO PN 1501500磅ISO PN 2502500磅ISO PN 420 ASME：美国机械工程师协会 ISO：国际标准化组织 第26页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五压力是垂直并且均匀作用在单位面积上的力。压力P的单位有Nm2即帕斯卡(Pa)、Kpa、 Mpa、 Kgf/cm2等。 标准大气压相当于0度时760mm高的水银柱底部的压力，即760mmHg（101325Pa）。1 mmH2O=9.806375Pa9.81Pa 1工程大气压（Kgf/cm2）9.81104Pa1Mpa=100KPA=105Pa1bar=1000mmbar= 105

13、Pa 压力测量仪表第27页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五第28页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五压力表精度等级的确定精密型压力表的精度等级分别为0.1、0.16、0.25、0.4级；一般型压力表的精度等级分别为1.0、1.6、2.5、4.0级。 选择压力表精度等级的方法 ： 应根据生产工艺、经济实用、检测方法等提出的要求，按被测压力最小值所要求的允许误差来确定精度等级第29页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五压力表种类的选择测量不同介质和使用环境要选用不同种类压力表1一般介质，如空气、水、蒸汽、油等，可用普通压力表。2对于特殊介

14、质需用专用压力表，如氨类用氨用压力表；氧气类用氧用压力表；氢气类用压力表；乙炔类用乙炔压力表等等。3对于一般性腐蚀介质，及有腐蚀性气体环境，可选用不锈钢型压力表。4对于测量粘度大，易结晶、腐蚀性大、温度较高的液体、气体或有固体浮游物的介质压力测量，选用隔膜式压力表。5对于脉冲性介质及机械振动场合的压力测量。选用耐震型压力表。6有远传要求时可选用远传型压力表，远传信号有电流型和电阻型及电压型。7有控制保护要求时可选用电接点压力表。8有防爆要求时必须选用防爆型，如防爆电接点压力表。第30页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五压力表量程的选择1. 测量稳定压力时，最大工作压力不应超

15、过量程的2/3。2. 测量脉动压力时，最大工作压力不应超过量程的1/23. 测量高压时，最大工作压力不应超过量程的3/54为保证测量准确度，最小工作压力应不低于量程的1/3。按以上原则，根据被测最大压力算出一个数值后，从压力表量程系列中选取稍大于该值的数值即为所选量程。第31页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五第32页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五第33页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五压力变送器工作原理将压力利用扩散硅、压阻、电容、陶瓷等感压元件将压力转换为电信号，利用电路见电信号转换为标准的输出信号。第34页，共84页，20

16、22年，5月20日，3点35分，星期五精度等级：0.075%第35页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五物位测量仪表 在容器中液体介质的高低叫液位，容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位。 测量液位的仪表叫液位计，测量料位的仪表叫料位计，而测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫界面计。上述三种仪表统称为物位仪表。 第36页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五 物位测量仪表的主要种类差压式（普通、单双法兰）雷达式 电容式浮力式（恒浮力、变浮力）核仪表（Cs-137 、 Co-60)物位测量仪表第37页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五第3

17、8页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五恒浮力变浮力第39页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五浸在液体中的浮筒受到向下的重力，向上的浮力和弹簧弹力的复合作用。当这三个力达到平衡时，浮筒就静止在某一位置。当液位发生变化时，浮筒所受浮力相应改变，平衡状态被打破，从而引起弹力变化即弹簧的伸缩，以达到新的平衡。弹簧的伸缩使其与刚性连接的磁钢产生位移 第40页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五 它是利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。物位测量仪表第41页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五流量测量仪

18、表 流量就是在单位时间内流体通过一定截面积的量。这个量用流体的体积来表示称为瞬时体积流量（qv），简称体积流量；用流量的质量来表示称为瞬时质量流量（qm），简称质量流量。 对在一定通道内流动的流体的流量进行测量统称为流量计量。 第42页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五流量测量仪表流量计量单位一般有:体积流量： m3/h，L/h；质量流量： Kg/h，t/h；标准状态下气体体积流量： Nm3/h第43页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五差压、容积式涡轮、电磁式质量、热质式转子、涡街式超声波、均速管式流量测量仪表流量测量仪表的主要种类第44页，共84页，2

19、022年，5月20日，3点35分，星期五流量测量仪表 差压式流量计，是根据质量守恒定律和能量守恒定律，利用孔板节流原理，根据产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表，如孔板流量计、文丘里管流量计、喷嘴流量计及楔型孔板流量计、V锥流量计等。 在正常情况（介质物理参数保持不变）下，流量的大小是与孔板前后产生的压差的平方根成正比的,即FkP1/2。第45页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五 楔型孔板流量计特别适合于高粘度流体、含固体颗粒液体、浆状流体，如燃料油、原油、废水、煤焦油、铁矿浆、油浆、碳黑溶液、两相流体等流量的测量。流量测量仪表第46页，共84

20、页，2022年，5月20日，3点35分，星期五 容积式流量计利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据计量室逐次、重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流量体积总量。设流量计循环体积为v，一定时间内齿轮转动次数为N，则在该时间内流过流量计的流体体积为V，则 VNv 流量测量仪表第47页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五旋进旋涡流量计 工作原理：当流体通过由螺旋形叶片组成的旋涡发生器（见图1）后，流体被迫绕着发生体轴剧烈旋转，形成旋涡。当流体进入扩散段时，旋涡流受到回流的作用，开始作二次旋转，形成陀螺式的涡流进动现象。该进动频率与流量大小成正比，不受流

21、体物理性质和密度的影响。检测元件测得流体二次旋转进动频率，就知道了流量。而且能在较宽的流量范围内获得良好的线性度。第48页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五旋进旋涡流量计第49页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五V锥流量计第50页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五V锥流量计 特点：显著改善了传统差、压流量计的使用局限、较高的精确度和重复性、 无苛刻的直管段要求、自清洗功能，适用于容易结垢的脏污介质。 适用范围：可测的流体非常广泛，各种气体、液体、蒸汽等都可有效测量，适用的管径DN15DN3000。从适用的介质范围和工艺管径、工艺条件来

22、讲，目前还没有一种流量计能与塔形流量计相比。 第51页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五物位测量仪表 放射源发出的射线穿过被测物料前后的强度变化遵寻朗伯-贝尔定律，即按指数规律衰减。通过检测穿过介质的射线强度，再经过仪表内部的运算处理，即可测出介质的高度。I=I0e-h 第52页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五三、现场执行单元 控制阀调节阀属过程控制中的终端元件，在石油、化工生产过程中始终扮演着非常重要的角色，起着控制全部生产设备和工艺流程正常运转的作用。控制阀的性能直接影响到工艺过程的产量及不合格率，甚至于正常生产。第53页，共84页，2022年，5

23、月20日，3点35分，星期五现场执行单元调节阀由执行机构和调节机构两部分组成。 调节阀按结构特点通常分为直通单座、直通双座、三通、角形、隔膜、蝶形、球阀、偏心旋转、套筒（笼式）、阀体分离等，按流量特性分为直线、对数（等百分比）、抛物线、快开等。 第54页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五气开阀门(F.C)：有信号时阀门可以调节打开，没有信号时阀门关闭的为气开式。气关阀门(F.O)：有信号时阀门可以调节关闭，没有信号时阀门打开的为气关式。现场执行单元第55页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五 选择气开、气关的原则事故条件下，工艺装置尽量处于安全状态。事故状

24、态下，减少原料或动力消耗，保证产品质量。考虑介质的特性。现场执行单元第56页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五在线分析仪表 用于化工生产流程中（即在线）连续或周期性检测物质化学成分或某些物性的自动分析仪表。由于各种在线分析仪表的作用原理、分析对象和复杂程度不同，其组成也大不相同。 一般包括浓度分析、密度分析、水份分析、密度分析、浊度分析、水中油、油中水等等。第57页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五现场仪表及其附件 三阀组变送器和三阀组各类仪表阀门孔板第58页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五气动薄膜直通双座调节阀 双座调节阀阀体内具

25、有上、下两个阀芯球和两个阀座，流体作用在上、下阀芯上的推力，其方向相反而大小接近，不平衡力很小。特点是许用压差大，流通能力大，泄漏量大。 适用于泄漏量要求不严和压差较大的一般场合。由于流路较复杂，不适用于高粘度、含悬浮颗粒的流体。 现场执行单元第59页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五蝶 阀 蝶阀又叫翻板阀，是通过挡板或叶片以转轴为中心旋转一定角度（090之间）起到切断、打开或调节的作用。特点是结构简单，压降低；沉积物不易积存；结构紧凑、适合制作大口径阀门。 适用于低差压，大流量的气体及含有浆状和固体悬浮物的介质。 现场执行单元第60页，共84页，2022年，5月20日，3

26、点35分，星期五自力式调节阀是一种不需外来能源，只依靠被调介质自身的压力变化进行自动调节的节能型稳压调节阀，与气动、电动调节阀相比较，它不需要测量、变送及显示控判仪表的配备、成本低，结构简单。适用于流量变化小、调节精度要求不高或仪表气源电源供应困难的场合。现场执行单元自力式调节阀第61页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五角型调节阀结构上阀体为直角形，具有流路简单、阻力小、阀体受流体的冲击小、体内不易结污易于冲洗、调节稳定性较好的特点。它适用于高粘度、含悬浮物和颗粒状物质的场合。 现场执行单元角 阀第62页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五调节阀附件一览现

27、场执行单元常规阀门定位器智能定位器储气罐手 轮电磁阀行程开关保位阀电气转换器过滤器第63页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五仪表选型原则 基本的原则是质量可靠，节约费用。 对于专利商要求的产品尽量满足其要求。 对于一般的应用条件，尽量采用国产仪 表及控制阀门。 辅助装置的仪表及控制阀门以国产产品或合资产品为主。 在线分析仪表，高温、高压及要求耐磨场合的仪表均采用世界上先进的仪表厂商的产品。第64页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五四、自控理论 化工自动化是借助于自动化工具（检测仪表、调节器、工控机等），应用控制原理，对化工过程的诸参数进行自动检测、自动调

28、节、自动管理，确保生产安全、优质、高产的生产过程控制。也就是说，整个过程就是控制工程。第65页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五 自动控制系统是具有一定功能，可以完成某种控制任务的系统。一个控制系统包括控制器传感器变送器执行机构输入输出接口。自动控制系统的组成和工作原理与人体的构成和工作机理有很多相似之处：自动控制系统中有相当于人的感觉器官的传感器，有相当于人的大脑和神经系统的控制装置，也有相当于人的手、腿及其肌肉的执行机构。 自控理论第66页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五 传感器用于检测指令信息、外界变化信息以及被控对象的状态信息，并将其变换成电信

29、号传给控制装置。控制装置则按一定规律产生出控制信号，然后经过放大，送给操作执行机构。操作执行机构用于驱动被控对象作出运动，直到它的状态达到所希望的状态为止。 自控理论第67页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五调节对象:又称被调对象，在自动调节系统中，把需要调节的工艺设备的有关部分称为调节对象。被调参数：指能够表征设备运转情况并需要进行调节的工艺参数。 给定值：工艺上希望被调参数所保持的数值。 偏差：被调参数的测量值与给定值之差。自控理论第68页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五 P: 比例调节，作用是增加灵敏度。 I： 积分调节，作用是消除误差。 D：

30、微分调节，作用是克服滞后。自控理论自控系统三大工程参数(PID)第69页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五 简单调节系统 所谓简单控制系统，通常是指由一个测量元件及变送器、一个调节器、一个调节阀和一个对象所组成的单闭环控制系统，又称为单回路控制系统。 复杂调节系统 一个系统中有两个以上的调节器或两个以上的调节阀均为复杂调节系统。如串级控制、分程控制等。 自控理论第70页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五二、 DCS、SIS、PLC及ITCC技术 DCS (DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM)即集散型控制系统，是利用计算机技术对生产过程进

31、行集中监测、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术，是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通讯网络技术、 CRT技术、图形显示技术及人机接口技术相互渗透发展而产生的 。它实现了控制系统的功能分散，负荷分散，危险分散以及集中管理。第71页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五 DCS 技术 DCS既不同于分散的仪表控制，又不同于集中式计算机控制系统，而是克服了二者的缺陷集中了二者的优势。DCS采用的是标准化、模块化和系列化的设计，由过程控制级、控制管理级和生产管理级组成一个以通讯网络为纽带的集中显示而操作管理、控制相对分散的实用系统。 第72页，共84页，2022年，5月2

32、0日，3点35分，星期五DCS 技术 Experion PKS 过程知识系统含盖了霍尼韦尔三十年来在过程控制、资产管理、行业知识等方面积累的经验，结合六个西格玛的方法论，构成了一个统一的过程知识系统的体系结构。Experion PKS优化工作过程，提高常规操作与维护的效率，系统是以Windows 2000为基础的操作系统，包含了最新设计的混合型控制器以及高级的工程工具和应用软件包 。 第73页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五 化工生产过程的特点多是高温、高压、易燃、易爆、腐蚀、有毒，在生产时随时都存在由人为操作失误或设备、仪表、电气故障等原因造成的生产爆炸、火灾等极大的危

33、险，如果不能及时有效处理，将造成人员和财产上的巨大损失。而联锁保护系统便正是防止这种危险发生的最佳工具。 仪表安全联锁系统第74页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五联锁系统监视装置或独立单元的操作，在生产过程超出安全操作范围，生产装置出现紧急情况时，直接由联锁系统发出保护联锁信号，使装置进入安全状态，确保人员和设备的安全，避免危险扩散造成巨大损失，它在工厂中有着举足轻重的作用。目前，联锁保护系统有很多的产品，总体来说主要有三类，即 ESD、SIS以及FSC。仪表安全联锁系统第75页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五仪表安全联锁系统 Safety Instrumented System (SIS)安全联锁仪表系统 Emergency Shutdown Device (ESD)紧急停车系统的缩写 煤制油厂ESD系统采用TRICONEX的TMR三重化冗余控制系统，满足TUV6要求，达到SIL3安全等级。第76页，共84页，2022年，5月20日，3点35分，星期五仪表安全联锁系统 ESD紧急停车系统按照安全独立原则要求，独立于DCS集散控制系统，其安全级别高于DCS。在正常情况下，ESD系统是处于静态的，不需要人为干预。作为安全保护系统