自动化仪表在石油生产中的应用

谭莹春 陈昱希

摘  要：由于对科学技术的要求不断提高，世界范围内各行业都开始应用自动化技术来创造更大的价值。在石油行业中，自动化仪表可以对原油的处理和精炼等环节中的数据进行实时监测，从而对生产过程中的各个环节进行有效的控制。基于此，本文将主要针对自动化仪表在石油生产过程中的应用展开相关探讨分析。

关键词：石油生产;自动化仪表;技术应用

引言：

目前，自动化仪表在石油工业的实际生产和技术发展中得到了广泛的应用，从技术上来看，自动化仪表已成为石油行业中一个非常重要的组成部分。在现代石油工业中，把自动化仪表引进和运用到生产实践中，必须经历施工设计、施工建设和安装后的调试。特别是在自动化仪表系统的设计中，设计者要对自动化仪表系统进行过程控制，严格按照有关技术规范，使自动化仪表系统与其他相关专业技术内容之间有效的结合。

1石油仪表自动化技术应用的重要性

石油行业是高危行业，除了自身的生产条件外，还存在着人为因素的制约，进而影响到企业的产品质量，因此，必须通过科学的仪表仪表技术来改善和管理，而自动化技术在石油行业中扮演着至关重要的角色。自动化仪表在石油企业中占有重要地位，它是一个由多个功能强大的自动化部件构成的自动化技术工具。自动化仪表是一种工具或装置，它可以对不同的工艺参数进行检测、显示、记录、传送、控制。自动化仪表是由很多子系统组成的，它自身是一个完整的系统。从控制原理上讲，自动化仪表是“信息设备”，它的主要作用是把外部的输入信号转化成用于内部的输出信号，在实际应用中，一般选择模拟量和脉冲量作为输入输出信号，有些则是采用数字量。

2自动化仪表在石油企业中具体工作过程分析

2.1自动化仪表设计过程中需要注意的问题

从当前的情况来看，如果要在石油行业中全面的运用自动化仪表技术，就必须重视自动化仪表的设计。专业人员在进行设计时，应该将关注点放在自动化仪表测量的精确度上。此外，在自动化仪表的设计上，要对使用者负责，把使用者的使用体验和安全放在首位。在自动化仪表的设计中，应从科学性、现代化、节约成本等角度来考量，同时，在设计过程中，还必须对仪表的运行进行合理的控制，以减少设备的边际费用，将多余的成本用在合适的地方。最后，在石油行业的自动化仪表的设计中，应针对不同的使用者的生产参数，提高仪表的适用性、实用性和科学性。

2.2自动化仪表设计阶段在石油企业中的应用分析

通常，石油行业对自动化仪表的要求很高，而自动化仪表在油田生产中的应用更是举足轻重，所以自动化仪表的设计过程常常是其中的一个重要环节。在石油行业中，选用适用于石油行业的自动化仪表时，应重点选择适合于石油行业的工艺参数，以保证其在工程建设中的工作质量。此外，在自动化仪表的设计过程中，还必须考虑到客户的具体要求，根据石油行业的工作环境和石油生产过程中的外界介质的特点，对仪表的设计进行详细的分析。

2.3自动化仪表调试阶段在石油企业中的应用分析

在当今世界石油企业，自动化仪表的应用领域非常广阔，自动化仪表的出现可以极大地提高其工作效率，所以在石油行业中，必须对其进行严格的管理和调试。首先，专业人士在购买自动化仪表时，应该严格的考虑到使用成本，选择更好的仪表，然后由相关人员进行最重要的自动化仪表的安装。在石油工程建设中，自动化仪表的调试能否恰当的符合石油行业的技术指标，将直接关系到今后石油工程的安全和质量。而且，如果石油企业在今后的运行过程中，没有对自动化设备进行严密的监控和管理，那么在生产环节中，很容易出现质量问题，或者是系统的调试问题，导致油气泄漏等。所以，有关人员在对控制自动化调试阶段的验收工作中，必须进行严格的监督和评价。

3自动化仪表在石油企业发展中的应用分析

3.1温度仪表、压力仪表

通常情况下，石油行业的温度控制是非常严格的，很多石油企业都会将设备的温度控制在-200-1800℃之间，如果在石油行业中，温度超过一定的范围，就会导致产品的质量达不到预期的效果。所以，对测量温度仪表的精度有着很高的要求。大多数场合都采用接触式温度测量仪表，如双金属温度计、热电偶、热电阻等，它具有简单、可靠、廉价、测量准确度高的特点，能够测量到真实的温度。温度变送表和一体化的温度变送表、智能温度变送表应用也比较普遍，它们将输出信号送到DCS或调节仪表中实现温度的自动控制。同时，压力控制的好坏将直接关系到石油工程的安全。在石油工程中，通常压力控制在0～300 MPa之间，所以，在选择压力自动检测仪表时，常常要考虑到石油行业的技术指标，通常采用压力变送表，将现场被测压力信号转换成电流信号，傳递到二次仪表或中控室进行计算显示实测压力值及控制，如电容式、压差式等。

3.2物位仪表

3.2.1雷达液位仪表

雷达液位仪是一种高精度仪表，在石油行业中有着广阔的应用前景。雷达液位仪传输的是一种由喇叭形天线发出的低频波，这种波从发射到接触目标介质后被反射回来的时间可以被雷达液位仪中的传感表接收，并将产生的时间转换成液位信号来传输信息。在石油行业中，雷达液面计具有很高的准确度，在高温、真空、粉尘、高压等不稳定的环境中都能满足使用要求。此外，在雷达液位计的设计上，有关人员要针对不同的应用环境，加强其系统模组特性。

3.2.2磁翻板液位计

磁翻板液位计是一种恒浮力式液位计。液位计不仅可就地指示，亦可附加液位极限报警，实现远距离液位报警和监控。其工作原理是利用装在主测管中的磁浮子，带动外部的磁翻片，实现信号的变换和液面的显示。磁翻板液位计在石油行业中有着很大的优势，可以迅速的显示出当前的液位，而且，如果在磁翻板液位计的调校中，将干簧管和磁翻板液位仪的磁开关配合起来，通过电信号传输，可以提高数据的传输距离，达到远程传输和控制的目的。但是，磁翻板液位计的测量范围通常都是有限的，如果是需要长距离传输的磁翻板液位计，那么它的传输方式和安装调试就会变得更加复杂，如果在磁翻板液位计的设计上做一些改进，可以减轻长距离下的信号传输问题。

3.3流量仪表

在石油工业应用中，流量计可以更直观的测定单位时间内的流体通过某一截面面积的量。流量仪表一般都是采用节流和差压变送器进行计量，由于它具有很强的实用性，因此在石油行业中应用非常广泛，一般根据石油生产条件、精度要求等情况选用合适的流量计。如计量油品装桶分发，在阀门全开的情况下使用，流量基本恒定，其准确度可能会从0.5%提高到0.25%，而用于贸易交接的状态式流量计必须达到0.2%。在石油行业中，经常要求测量的准确性很高，所以在设计过程中要充分了解其性能。而要使流量计达到更高的性能，则需要设计者保持高水平的仪表调节。随着集成电路技术的不断进步和发展，数据流测量技术也越来越多元化。比如，将微机应用到流速仪中，可以增强流速仪在多普勒测量中的转换和接收能力。再比如，超声波流量计，当接收端接收到一个物理信号后，转换表会把物理信号转换成电流信号，并把电流信号传输到一个显示仪表上，从而实现对数据的显示和计算。

4影响石油自动化仪表技术可靠性的因素

4.1石油自动化仪表技术的生产制造先进性较差

在石油工业生产中，自动化仪表技术是对其进行全方位监测的关键技术，所选择的自动仪表应具备较高的技术水平，能准确地反映出生产装置的工作状况。石油工业的自动化仪表设备技术水平较低，会影响到仪表的可靠性和长期性，从而影响到整个石油生产、加工的全过程。在自动化仪表技术发展的进程中，存在着各种各样的设备，有些产品价格较低，品质较差，刻意选用低质量、低成本的自动化仪表，对石油生产装置的有关参数的测量控制不到位，很可能会影响到原油生产的可靠性。

4.2人为因素的影响

石油自动化仪表的使用效果与操作人员的素质密切相关，而操作员是整个工程的主体，在自动化仪表的施工中起着举足轻重的作用。石油公司通常没有专门的自动化仪表专业技术人员，而操作人员对仪表的内部结构、工作原理等缺乏足够的理论知识，以及一些技术员在仪表上的操作失误。在长时间的运行中，很容易出现大的故障。部分工人缺乏责任心，工作态度不端正，在使用自动化仪表时，经常会发生自动仪表损坏的情况。在石油化工生产过程中，由于管理人员推卸责任而发生纠纷现象，使其不能有效地提高石油行业的自动化水平。通过对仪表仪表的及时维修与更新，保证了仪表在施工中的正常运行，延长了使用寿命，从而保障了油田的正常运行。

4.3监管不到位

监控工作是仪表设备使用中的一个重要环节，当前，一些企业缺少专业的自动化仪表应用技术，在企业中缺少对自动化仪表使用工作的监控体系，从而影响到其本身的可靠性。一些企业在标准化程度较低的情况下，没有考虑到设备的专业和技术水平。而在使用自动化仪表的全过程中，企业本身又缺少对自己的约束和控制，很可能会在使用中投机取巧，在使用过程中产生与实际情况不符的情况。对仪表自动化技术的可靠性有一定的影响。

5石油行业自动化仪表的控制技术的应用

5.1常规控制

传统的控制方法是最基本的控制方法，其中以序列控制为主;均匀控制、串级控制、分程控制等。通常，传统的控制内容是比较固定的，就算系统升级了，也不会改变主干的控制。从传统DCS到新一代DCS，再到电子元件的有机结合，这些技术的发展并没有太大的改变。其次，传统的控制包括：比例控制、积分控制、微分控制等，PID调节是控制原理中最简便的调节控制方法。它结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便，它基本上是由干块数据和控制算法来运行的，所以它主要是通过配置选择和控制策略来实现的。

5.2先进控制

随着科技的进步，控制理论与其他学科的相互融合，在现代控制理论的基础上，产生了许多智能算法。同时，多变量控制技术已被广泛地运用。与常规PID控制相比，PID控制表是一种较为普遍的控制方式，由于其具有串联控制的特点，使得其控制效果更好，并且比常规的单轨控制更加稳定。在石油行业中，PID控制表的应用，可以极大地提高生产效率，提高企业的竞争力。尽管其依然是基于DCS，但是却是一个完全独立的个体，因此在石油自动控制系统中应用，特别是在进行模型辨识时，将多变量的动态软测量技术与测控技术结合起来，可以有效地改善监控和控制效果。

5.3人机界面

虽然很多石油企业都采用了电脑技术，实现了人机接口的管理，但是在管理上却没有任何的变化，依然采用传统的控制方式，既费时又费力，同时也比较缓慢。另外，石油公司要用多个控制室来管理各种设备，再加上液晶显示屏和CRT显示屏，要想实现其初始的应用目标，必须从根本上改进设备，并对其进行优化。此外，企业还可以采用DCS系统，以克服传统专用荧光屏在工业电视摄像机中的缺陷。

6石油自动化仪表的可靠性措施

6.1落實仪表检测方法

在石油公司的日常生产中，需要将现场的设备和内部的温度控制在-300～1800℃之间，用双金属温度表代替以前的玻璃温度表，这样传感器就能在很短的时间内采集到热电偶、热电阻等相关的信号。在目前的石油行业中，压力计已经起到了举足轻重的作用。采用具有特定性能的压力计;不仅能高效地应用于高温环境，还能在易结晶、脉冲和粉末等介质中，对生产要求的压力进行有效的检测。另外，在石油行业，液位计的主要用途是测量液面。如果按测量方式将其分类，可以分为雷达、浮力、静电、超声波等。为确保原料中的特定成份在规定的数值，必须从温度、液位、压力、流量等对其进行有效的监测，以达到对石油生产过程中所产生的废物进行有效的分析，将环境污染程度降到最低。

6.2优化自动化仪表

在石油自动化仪表中，差压计和差压变送表是最重要的组成部件，采用差压计可以更好地实现自动化。在仪表的自动控制中，调节阀起到了很大的作用，比如气压膜调节阀，就可以实现对生产过程的自动调整，提高生产的智能化程度。如有特别需要，可采用电驱动，少数采用液压驱动。DCS系统的DCS控制和PLC控制的开发都是为了满足石油行业发展的需求。根据上述分析，要提高石油行业的自动化仪表的可靠性，必须加强对自动化仪表各环节的优化措施的研究。

6.3仪表安全控制以及故障诊断

随着石油工业的迅速发展，对生产设备的自动化和控制设备的需求越来越大。采用自动化仪表可以提高生产效率，提高生产的安全性。其中，人机接口技术是自动化仪表的关键技术，它在仪表的安全监控中有着举足轻重的作用。目前，随着社会、经济、科学技术的迅速发展，自动化仪表已经从过去的单机设备与控制室过渡到了多个设备配套的控制室，并利用液晶显示屏、键盘和鼠标等设备，利用手柄和触摸屏，实现了整个生产过程的实时显示。其中石油公司生产过程中的监控屏幕，可以更好地显示出员工的自动控制动态。并以仿真制造为基础，依托于传统的工艺技术，进一步提高了人机接口的工艺水准，实现了自动制造与报料等内容的有机结合。所以，采用人机接口技术可以提高石油企业的自动化仪表技术水平，同时也可以为石油企业的生产提供一个更加安全的环境。另外，在石油仪表设备的维修中，可以利用系统的诊断与维修技术，对仪表设备的运行进行有效的分析，找到问题的根源，进行自动的调试，提高设备的性能。

结语：

综上所述，通过分析自动化仪表在石油工业发展中的作用，有助于提高石油企业的自控水平，开发和应用自动化仪表，实现自动化控制，达到满足石油工业技术需求的目的。在石油的发展过程中，采用自动化仪表设备，实现了对石油企业的智能化管理，并对其运行参数进行了实时采集，确保了其生产的正常进行，并得到了最佳的产率，从而达到了石油生产的要求。

参考文献：

[1]王若静. 浅析自动化仪表在石油发展中的应用[J]. 管理， 2020（8）：2.

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