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石化仪表自动化应用及发展趋势

作者:解怀仁 文章来源:中国石油和石化工程研究会仪表电子部  点击数:2590  发布时间:2012-12-11
我国石油化工企业仪表自动化应用水平有很大提高,并取得了一定的经济效益.但是,为适应石油化工工业发展的需要,取得更大的经济效益,国外石油化工仪表自控系统技术发展很快,特别是在仪表数字化,先进控制技术实用化,计算机网络技术以及计算机信息综合系统等方面发展更为突出.

目前,我国石油化工企业仪表自动化应用水平有很大提高,并取得了一定的经济效益。但是, 为适应石油化工工业发展的需要,取得更大的经济效益,国外石油化工仪表自控系统技术发展很快,特别是在仪表数字化,先进控制技术实用化,计算机网络技术以及计算机信息综合系统等方面发展更为突出。

石化企业仪表控制系统的应用现状

1. 仪表自动化水平

根据石化企业生产的要求和国内仪表控制设备供应的现状,石化总公司“九五”期间新建和技改的主要生产装置选用电动仪表或DCS,部分装置选用智能电动变送器,有的装置选用数字式调节器或配计算机、CRT 显示。为了提高经济效益和管理水平,有的生产装置如催化裂化、加氢裂化、乙烯厂等采用DCS 和小型计算机进行数据处理,开环指导或调优操作,有的配了先进控制软件或模拟优化软件,获得了明显的经济效益。

石化企业已有近400套DCS用于炼油、石油化工、化纤生产装置,有的石化企业正在试用CIMS。石化企业自动化水平已达到国外90 年代中期先进水平。但石化企业计算机的应用与国外相比还有较大差距。

2. 仪表自控系统的应用

近几年,由于电动仪表与计算机技术发展迅速,石化企业采用电动仪表和计算机控制系统增多,仪表自控系统的应用采取多层次的方式,主要有以下几个层次:

计算机监督控制系统:采用工业PC 机或单回路调节器对常减压装置加热炉进行节能控制,采用计算机数据处理或给定点控制,提高管理水平和效益。

DCS 和 FCS 的应用:DCS 取代模拟控制仪表,可实现集中管理,分散控制,灵活性大、系统安装工程量小、可靠性高,现已用于石油化工过程控制,如配先进控制软件,经济效益明显。

有的企业已采用现场总线控制系统(FCS),如我国安庆安菱化工公司2000吨/年乙睛回收装置现场总线控制系统,一直运行良好。 

油品罐区自动化:石化企业炼厂大部分油罐安装了浮球液位计,有的采用静压式液位计、雷达式液位计,油罐区采用计算机进行管理和控制。

3. 计算机管理信息系统

目前,有的石化企业已建成或正在建立计算机管理信息系统(MIS),或正在开展计算机综合管理与控制系统(CIMS)的试点工作。

石化仪表自动化应用发展趋势当今,国际上石油化工的生产特点是为满足市场需求,逐步建立多品种、适量生产的生产体制,以生产出高质量、高价值的产品,并节省资源、能耗及人力。预计,21世纪的炼油厂将是深度加工,生产环境友好产品,污染物排放量很少的超现代化炼油厂。石油化工厂也如此。因此,对仪表自动化提出更高、更新的要求。

国外石油化工企业根据产业的需求,不断改进和发展仪表自控系统的应用。仪表自控系统已从控制石油化工生产装置逐步扩大到公用工程,储运、销售、采购、市场预测等相关领域,由单一的控制系统或计算机管理系统逐步向集控制、管理、经营一体化系统方向发展。

今后,石油化工企业控制、管理、经营一体化系统所需要的仪表自动化新技术主要有信息综合处理技术,现场总线及现场总线控制系统(FCS),现代智能控制技术,预测、预报技术,快速仿真技术,多媒体技术等,这些技术的发展将使石油化工仪表自动化水平有很大的提高。

1. 开放的DCS将取代传统的DCS

现代企业操作要求越来越高,管理信息量越来越大。60 年代,工厂I/O点为500点左右,到90年代,I/O点已增加到50000点,传统的DCS不能满足这种信息技术迅速发展的要求,它已不能适应企业管理现代化的要求,如果要适应这种要求,系统改造的费用也非常高。

现代PC技术和网络技术的迅速发展,对DCS产生了深刻的影响,将打破传统DCS的结构。预计到21世纪,DCS将发生大的变化,DCS 将有80% 的功能转移到现场智能仪表(智能变送器、智能执行器)和基于PC的系统。

2. 现场总线控制系统

随着国际现场总线标准的实施,现场总线技术的成熟以及现场总线控制系统的推出,它将对我国仪表和自控领域产生巨大的影响,也必将对我国石化企业仪表和控制系统的应用产生很大的影响。

新一代控制系统是由多段高速(H2)或低速(H1)现场总线、各类智能现场仪表包括流量、压力、温度、执行器及辅助单元等、人—机接口(工业PC机)、组态软件、监控软件及网络软件等组成现场总线控制系统(FCS)。有的国外仪表公司已推出了自己的现场总线控制系统。

现有的控制系统是DCS,它可完成控制、显示、操作及与上位机通讯等。采用现场总线控制系统,原DCS60%~80%的基本控制功能分散在智能现场仪表上执行,现场仪表、PLC、人机接口(操作站)、维护管理系统、和上位机系统都将作为现场总线的节点平等地挂在总线上。

FCS除了有控制系统外,还有非控制用的信息组成维护管理系统,可把现场仪表的工位号、制造厂、材料、量程和零点、运行状况、精度、维修计划等一系列信息传送到操作站,操作员对现场仪表运行情况一目了然。系统出现故障时,可及时了解故障的位置和性质,缩短了判断故障的时间,并可预测维修,提高了系统的可靠性和可用性。

现场总线控制系统组态与DCS系统有区别,它要对总线上每一台仪表进行组态,规定组成控制回路的现场仪表所用的功能块及相互进行信息传输的先后次序和时间表。此外,还要对非控制信息组态。

现场总线的特点

一对N结构:现场总线是一对传输线可接N台仪表,双向传输多个数字信号,它比模拟仪表一对一接线、单向传一个信号结构接线简单,安装费用低,维护方便。

可靠性高:控制单元的功能块分散到现场仪表中,由现场仪表构成控制回路,危险分散,提高了系统可靠性。现场总线是数字信号传输,抗干扰强,精度高。

可互换性:来自不同厂家的现场仪表在功能上可用同一功能的同类仪表互换,不同牌子仪表可以互连在一个网络上。

可互操作性:虽然,连在现场总线上的现场仪表厂家不同、牌子不同,由于现场总线仪表引入功能块,所有厂家都使用相同的功能块。因此,组态方法是统一的,可互操作。

开放式互连网络:现场总线是开放式互连网络,可与同层网络、不同层网络、不同厂家网络互连。网络上数据库共享。不同厂家网络和仪表可组成一个开放的现场总线控制系统。

3. 控制管理和经营于一体的信息综合系统

目前,许多石油化工企业都是采用一种自成系统的自动化结构,每个单元都有它自己负责的自动化系统,形成许多自动化“孤岛”式的控制和信息管理格局。

由于市场竞争激烈和规模经营发展,企业为增强竞争优势,需要更及时、准确的信息为企业决策服务,并使经营决策能有效地转变为生产操作成果。计算机控制,经营和管理一体化的信息综合系统的应用开发将会得到炼油化工企业的重视。

石油化工企业将有效地利用计算机或DCS 所保存的数据以及新产生数据进行设备诊断,确保安全操作提高设备管理水平;利用这些数据改善生产操作提高生产管理水平、操作管理水平。进一步研究控制与信息的区别和统一;发展经营战略信息化,即发展人—设备—信息一体化的信息综合系统。

4. 先进控制软件向标准化、工程化,商品化方向发展

随着计算机控制系统应用的迅速发展,根据现代化控制理论开发的先进控制软件,现已取得较好的效益。在石油化工企业,计算机配套控制方法主要是自适应控制,包括PID自适应控制、多参数预估控制、组分断推控制、神经网络、模糊控制、最佳控制及故障诊断系统等。采用先进控制软件可提高系统的控制适应能力,克服由于系统本身的时变性、非线性、不稳定性及外部扰动的随机性、不可检测等带来的问题。 国外已有18家公司共有120多种先进的控制软件,逐步向标准化、工程化、商品化发展。这些软件已应用于炼油装置和乙烯、芳烃生产等,也有的用于工厂蒸汽系统、油品调合、油品储运等公用工程控制以及全厂综合控制系统。另外,神经网络与学习控制系统已实用化 。

先进的控制方法特别是预估控制技术、组分推断控制、模糊控制、神经网络技术、自适应控制、故障诊断等已实用化并取得较好效果。

5. 在线质量分析仪表可提高产品质量,实现优化控制

在线质量分析仪表的应用是实现工艺过程先进控制和优化控制的有效手段。在线质量分析仪表在装置调节控制,产品质量控制,节能控制和环保等方面得到广泛的应用。在工业发达国家中,使用在线质量分析仪表参与控制非常普遍。据日本1996年统计,仅常压蒸馏装置的在线质量分析仪表就有295台套,其中34台套实现了闭环回路控制。菲利浦斯石油公司8 座分馏塔采用计算机和气相色谱仪参与过程控制,使8 座塔平均节能24.7%。

此外,近红外分析仪、环境监测与分析仪表等在炼油和其它石化行业中的广泛应用也为提高分析速度、精度,控制排放污染,提高生产效率,增加经济效益开拓了广阔前景。

6. 公用工程及储运自动化公用工程

公用工程装置不是石油化工厂中的直接生产装置,公用工程是向各工艺装置供应能源的,同时也消耗能源。公用工程控制的目的便是如何使用公用工程装置能源合理分配,达到燃料、蒸汽和电力优化分配。

经济发达国家十分重视公用工程的能源优化控制管理。目前国外有许多公司都推出自己的能源优化控制管理软件包,对能源管理进行优化,以达到节约能源,提高效益的目的。美国SETPOINT公司的公用能源优化应用软件包已在世界十几个工厂中安装使用。它是结合模拟和先进控制来建立一个全厂范围内的能源管理系统,以最低的费用提供能源。它可以分析蒸气量、优化控制锅炉蒸汽产量、可以直接同过程计算机相连接,实现在线进行优化控制。它可节约能源费用的2%~8%。

我国的炼油厂或石油化工厂中只是对锅炉的燃烧效率采取了某些节能措施,没有很好地进行能源综合管理,更没有优化管理,所以能源的浪费也是比较严重的。如果使用计算机优化控制管理,将会得到明显的经济效益。

储运自动化系统

随着生产管理水平的不断提高,油品储运自动化的发展也在逐步地受到重视。目前使用的储罐液位计主要有称重式液位计和钢带式液位计。进入90 年代,国内外又有多种液位计问世。这主要有非接触式超声波液位计、伺服马达液位计、光导纤维液位计静压式液位计、雷达式液位计等。

国外油品储运系统应用计算机控制与管理,多采用DCS,层次比较高。如法国ELF 炼油厂的储运系统采用计算机控制,并配有储运自动化检测模型。它可完成比例调合,通过多参数控制实现优化调合,物料运输,调合运输,油罐运输监测,管道运输监测。今后储运系统自动化将随着计算机的应用,逐步向综合化,网络化发展,储运系统计算机控制与管理将纳入全厂计算机综合控制,管理与经营系统之中,组成计算机综合信息系统。这种先进的控制系统不仅有生产过程控制,而且还包括质量保证,工程、采购、市场预测、销售通讯,以达到现代化综合管理的目的。

总而言之,随着21世纪的到来,人类迎来了知识经济的时代。在知识经济的条件下,社会生产方式、经济活动的空间、经济组织形式都将发生深刻的变化。每个企业都只能在知识密集、信息密集产业链上实现其价值。企业内部的组织形式从金字塔式的管理方式转化为网络化的平面管理。这时,企业的综合信息管理系统的建立和应用就显得更加重要。
   

 

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