推荐：全国最专业的电子机械技术平台  作者：中国能源电子机械网  采编：在水一方  来源：网络  时间：2012年10月8日

一、仪表基本概念

1.作用：化工自动化控制仪表主要是对生产装置中的温度、压力、流量、物位、成份等各种工艺参数进行测量、监视和控制。

2.分类：化工自动化仪表按其在控制系统中的作用来分，可大致为：①显示调节仪表；（控制系统）②测量仪表；③执行器（控制阀）等三类。

二、控制系统

1.DCS（集散控制系统）

DCS的概念：DCS英文名称DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM，中文名称为集散型控制系统。DCS可以解释为尽量将控制所造成的危险性分散，而将管理和显示功能集中的一种自动化产品。DCS一般由控制站、操作站／工程师站＼通讯网络等几部份组成。

PTA装置对DCS的要求：PTA装置工艺流程复杂，自动化程度高。主要体现在：①复杂控制回路多，复杂控制回路是指由多个基本控制回路组合在一起，形成的较为复杂的控制方案，典型的如配比控制、密度控制等。②顺序控制回路多，如催化剂制备、离心机开停车、成品气送、结晶器管线清洗等，都是通通顺序控制来完成的。③此外，PTA装置中的二类联锁也是由DCS来完成的。因此对DCS的功能、可靠性等方面要求也较高。

2.SIS（安全仪表系统）

安全义表系统（Safety Instrumented System）在生产装置的开车、停车阶段，运行扰动以及维护操作期间，对人员健康、装置设备及环境提供安全保护。无论是生产装置本身出现的故障危险，还是人为因素导致的危险以及一些不可抗拒因素引发的危险，SIS系统都应立即作出正确反应并给出相应的逻辑信号，使生产装置安全联锁或停车，阻止危险的发生和事故的扩散，使危害减少到最小。

SIS系统应具备高的可靠性、可用性和可维护性。当SIS系统本身出现故障时还能保证提供安全保护功能。

三、测量仪表

1.测量仪表的基本概念

1.1在工业生产中，为了正确地指导生产操作，保证生产安全，保证产品质量和实现生产过程自动化，一项必不可少的工作 就是准确而及时地检测出生产过程中各个有关参数。

测量仪表根据被测变量的不同，主要可分为温度测量仪表、压力测量仪表、流量测量仪表、物位测量仪表和成份分析仪表。此外还有振动、转速、称重等。

1.2结构：测量仪表的结构虽因功能和用途各异，但通常包括三个基本部分，如图：

检测仪表组成：

 

检测部分一般直接与被测介质相关，通过它感受被测变量的变化，并变换成相应的位移、电量或其它物理量。转换传送部分（也称信号处理器）是把检测部份输出的信号进行放大、转换、滤波、线性化处理，以推动后级工作。

显示部分是将测量结果用指针、记寻笔、数字值、文字符号（或图像）的形式显示出来。

2. PTA装置测量仪表的特点

2.1材质等级高

由于工艺介质中含有醋酸、醋酸钴、醋酸锰、氢溴酸、碱等强腐蚀性物质，这就对仪表的材质提出了更高的要求，外部连接的引压管均为316L及以上的材质，仪表的变送器膜盒部分以及阀门的直接与介质接触的部件大多为不锈钢、蒙乃尔合金、哈氏合金、钛、钛合金、钽合金等。

2.2形式多样

由于工艺介质中大多为浆料，含固率高，易堵塞，所以对于不同介质，在不同的场合下，必须采用与之相适合的测量方式，这也就决定了多种形式的测量仪表。比如：流量测量中除了采用差压流量变送器外，还采用了涡街流量计、转子流量计、电磁流量计、超声波流量计和科氏质量流量计等。液位测量中除了采用了单法兰液位变送器、双法兰液位变送器、浮筒液位计外，还采用了放射性仪表、射频导纳液位计、雷达式液位计、超声波液位计等。

2.3高度智能化

在仪表选型中，大量地选用了智能变送器和智能定位器，提高了精度，增强了诊断功能，减少了维护量。这种智能化仪表采用了先进的复合传感技术、计算机补偿技术和现代通讯技术。它具有高可靠性、稳定性好，并具有远程设定、调整和自诊断等功能。PTA装置中选用智能化仪表具有与DCS相匹配的HART通讯协议。

四、温度测量仪表

4.1温度在化工生产中，是普通而又极其重要的操作参数。因为在大部分化学反应的过程中，总伴随着能量的转化和传递，温度测量和控制，是保证这些反应过程正常进行的重要手段。例如，在PTA装置的氧化反应和加氢反应过程中，温度就是一个衡量反应质量的重要标志。

常用的温度测量仪表有：双金属温度计、热电阻和热电偶，PTA装置中用到的主要是前两种。

在PTA装置的氧化、残渣等工段，由于腐蚀性较强，根据工艺介质情况，需要选用钛材或哈氏合金保护套管。

4.2双金属温度计

双金属温度计是利用两种不同金属在温度改变时膨胀程度不同的原理工作的。工业用双金属温度计主要的元件是一个用两种或多种金属片叠压在一起组成的多层金属片。为提高测温灵敏度，通常将金属片制成螺旋卷形状。当多层金属片的温度改变时，各层金属膨胀或收缩量不等，使得螺旋卷卷起或松开。由于螺旋卷的一端固定而另一端和自由转动的指针相连，因此，当双金属片感受到温度变化时，指针即可在一圆形分度标尺上指示出温度来。

4.3热电阻

热电阻测量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。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜。测量范围一般在—200～500℃之间。

五、压力测量仪表

5.1在工业生产中所说的压力，实际上物理概念中的压强即垂直作用在单位面积上的力。压力有三种表示方式：绝对压力，表压力，负压力或真空度。

绝对真空下的压力称为绝对零压，以绝对零压为基准来表示压力叫绝对压力，是指被测介质用在容器单位面积上的全部压力。

表压是以大气压为基准来表示的压力，所以它和绝对压力正好相差一个大气压。

当绝对压力值小于大气压力值时，表压为负值（即负压力），此负压力值的绝对值，称为真空度。

5.2 PTA装置中用到的压力仪表主要有：弹簧管压力表、隔膜式压力表和压力变送器。在PTA装置中，根据工艺介质的情况，腐蚀性强的介质的压力测量，需要选用钽合金或哈氏合金膜片。

5.3弹簧管压力表

弹性式压力表是利用各种不同的形状的弹性元件，在压力作用下产生弹性变形的原理制成的。弹性元件在弹性限度内，其输出位移和待测压力之间成线性关系，所以它的刻度是均匀的，弹性元件不同，压力测量范围也不同，常用的弹性式压力表有弹簧管式、膜片式和波纹管式。

膜片式和波纹管式元件，一般常用在微压和低压的测量场合，弹簧管式则用于高、中压或真空度的测量。由于弹簧管式的测压范围比较广，因而在化工生产中应用最广泛。

5.4隔膜式压力表

化学密封隔膜压力表，是由外焊膜片式化学密封隔离体与不同类型的压力表配接而成的。隔离膜片在被测介质压力P的作用下变生变形，压缩内部充填的工作液形成一个相当于P的压力P’。经工作液的传导，使压力仪表中的弹性元件自由端产生相应的变形，并按与之相配接的类别压力仪表工作原理显示出被测的压力值。

外焊结构隔膜压力表适用于对强腐蚀、高温、高粘度、易结晶、易凝固以及防止沉淀物积聚且易清洗场合的介质压力进行测量。

六、压力变送器

目前在化工厂中广泛使用了电动压力变送器，它们是一种连续测量被测压力并将其变成标准电流信号的仪表。它们可以远距离传输，并在中央控制室进行压力指示、记录或调节。

6.1电容式变送器有一个可变电容传感组件，称为“&”室，传感器是一个完全密封组件。被检测介质压力进入高低压力室，通过隔离膜片、硅油或其它惰性液传弟给位于“&”室中心的测量膜片，测量膜片与两侧绝缘件上的电极各组成一个电容器，在无压力进入或两侧压力相等时，测量膜片处于中间位置。当两侧压力不一致时，就致使测量膜片产生位移，测量膜片的位移与差压成正比，由它两侧的电容极板检测，再用电子线路把测量膜片和电容极板之间的差动电容转换为4～20mA DC的二线制输出的电流信号。

七、流量测量仪表

流量就是单位时间内流经某一截面的流体数量，流量可用体积流量和质量流量来表示。

流量测量方法和仪表的种类繁多，至今为止，可供工业用的流量仪表种类达60种之多。品种如此之多的原因就在于至今还没有找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。

常用的流量测量方法有：容积法、流速法、质量流量法等。

PTA装置中使用数量较多的流量仪表有：标准孔板式差压流量计、皮托管式差压流量计、金属转子流量计、超声波流计、电磁流量计、涡街流量计、科氏力质量流量计等。

八、物位测量仪表

概论：一般测量液体液面位置的称为液位计，测量固体、粉料位置的称为料位计,测量液-液、液固相界面位置的称为相界面计。在工业生产过程中广泛应用物位测量仪表，测量锅炉水位的液位计就是一例。发电厂大容量锅炉水位是十分重要的工艺参数，水位过高、过低都会引起严重安全事故，因此要求准确地测量和控制锅炉水位。水塔的水位、油罐的油液位、煤仓的煤块堆积高度、化工生产的反应塔溶液液位等，都需要采用物位测量仪表测量。

物位仪表按测量方法不同可分为：直读式、差压式、浮力式、超声波式、雷达式和射线式等几大类。

PTA装置中，用到的物位仪表和种类也很多，其中使用较多的有：玻璃液位计、磁翻板液位计、差压式液位计、浮筒式液位计、磁致伸缩液位计、电容式物位计、超声波液位计、雷达液位计和射线液位计等。

仪表选型要根据介质特点，选用不同型式、不同材质的仪表。在腐蚀性较强的场合，仪表的材质需要选用双相钢、钛或哈氏合金等。

九、在线分析仪表

PTA装置中，用到的在线分析仪表有：磁氧分析仪、红外分析仪、化学耗氧量分析仪（COD）、PH计、电导仪、溶氧分析仪（DO）等。其中，磁氧分析仪直接关系到氧化反应器的运行安全，因此采用了三选二的表决方式。

十、控制阀

10.1调节阀

调节阀是过程控制系统中调节流体流量的控制装置。

由于PTA装置中的介质种类较多，如工业水、污水、压空、废气、蒸汽、醋酸、浆料等，为适应不同特性的介质，选用的阀门种类也较多，主要有：单座阀、笼式阀、蝶阀、V型球阀、偏心旋转阀、角阀等。

在介质腐蚀性强的场合，需要选用双相钢、哈氏合金或钛等材质。

10.2 开∕关阀

开关阀主要作切断用，在装置中一般作顺序控制或联锁保护回路的执行器。

开关阀一般选用球阀，大口径的场合会选用蝶阀或闸阀。阀门材料选用与调节阀类似，根据介质腐蚀性的强弱不同，需要选用双相钢、哈氏合金或钛等材质。

10.3开∕关阀的种类

PTA上介质种类复杂，使用的阀门种类较多，可以说常用阀门都能见到，但综合分析，主要还是以阀门居多。

按使用总数量排名如下：1.闸阀（低压、中压、高压、超高压，3″～28″,150～1500LB）2.截止阀3.止回阀4.蝶阀5.球阀6.旋塞阀7.调节阀8.隔膜阀9.放空阀10.导淋阀11.取样阀。

10.4开∕关阀材质

由于工艺介质中含有醋酸、醋酸钴、醋酸锰、碱等强腐蚀性物质，这就阀门的材质提出了更高的要求。

外部连接的引压管均为316L以上的材质，阀门的直接与介质接触的部件大多为不锈钢、蒙乃尔合金、钛、钛合金、钽合金、锆材、镍材等。

316L不锈钢：（00Cr17Ni14Mo2）

蒙乃尔合金：Monel400、MonelK500、M35-1、M35-C

哈 氏合 金：哈C276、哈B-2

钛及钛合金：TA1、TA2、TA10、Grc2、GrC3

钽  合  金：FTa1、FTa2、TaW2.5

锆      材：Zr702、702C、Zr705、705C

镍      材：N6、N201、因克奈尔Incomel600~800。