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仪表基本知识介绍

一. 当前工业自动化仪表的现状及发展趋势

目前，世界进入了信息化时代，微电子技术、计算机技术、网络技术、自动化技术等高薪技术都得到了迅速发展，工业自动化仪表领域拓宽，技术更新更是令人瞩目。工业自动化仪表技术真正步入了数字化和智能化技术领域。下面分两部分来介绍工业自动化仪表技术的现状与发展。

（一）控制室仪表与控制系统

1集散型控制系统DCS（DISTRIBUTE CONTROL SYSTEM）

（1） DCS的概念：操作站、控制站

（2） 九十年代的DCS特点和功能

（3） 当前新一代DCS特点和功能

2现场总线技术（FOUN DATION FIELDBUS）

（1） 现场总线的概念：是下一代过程控制的基础。

—局域网连接各种仪表（过程自动化系统）；

—向整个网络提供控制应用程序；

—连接现场设备。

（2） 与DCS的区别：物理线路；

控制和输入输出功能。

（3） 优点：减少电缆、安全栅、面板、I/O卡、操作台等设备管理；

设计调试费用低。

3可编程控制器（PROGRAMABLE LOGIC CONTROLLER）

与DCS的区别；

发展方向。

4安全控制仪表

早期的安全控制仪表；

现在的安全控制仪表。

5数字仪表

数字仪表的适用场合。

6模拟仪表

适用场合；记录仪（模拟无笔）和基地式仪表。

（二）现场仪表

1温度仪表

目前常用的温度仪表有：压力式温度计、双金属温度计、热电偶/热电阻等。

2压力仪表

目前常用的压力仪表有：压力表、U型管、压力变送器和各类压力开关等。

3流量仪表

目前常用的流量仪表有：孔板、喷嘴、文丘里管、匀速管、金属转子流量计、玻璃转子流量计、椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、靶式流量计、热式流量计、质量流量计等。

4物位仪表

目前常用的物位仪表有：玻璃管和玻璃板液位计、压力式液位计、差压式液位计、浮球式液位计、浮筒式液位计、磁性翻板式液位计、电容液位计、电接点液位计、射频导纳液位计、超声波液位计、雷达液位计、放射性液位计等

5分析仪表

目前常用的分析仪表有：红外线分析仪、工业色谱仪、色谱质谱联用仪、磁导式氧分析仪、氧化锆氧分析仪、微量氧分析议、超声波式粘度计、差压式粘度计、扭矩式粘度计、振动式密度计、PH计、电导仪、浊度仪、溶解氧分析仪、余氯分析仪、流动电流检测仪、COD在线分析仪、可燃气体报警器、有毒气体报警器等等。

二．仪表条件

仪表条件分两部分，一部分是仪表“接收的条件”另一部分是仪表“提出的条件”今天介绍仪表对“接收的条件”的要求。

1仪表量程范围的选择

（1） 温度仪表正常使用温度应为量程的50％～70％，最高不超过90％。

（2） 压力仪表

测量稳定压力时，正常操作压力应为量程的1/3～2/3。

测量脉动压力时，正常操作压力应为量程的1/3～1/2。

测量高压压力时，正常操作压力应为量程的1/3～3/5。

（3） 流量仪表（线性刻度）

最大流量不应超过满刻度的90％

正常流量应为满刻度的50％～70％

最小流量不应小于满刻度的10％

（4） 物位仪表

实际操作液位应为量程的10％～90％

给仪表专业提条件时，可以考虑上述仪表量程选择原则，提出合适的条件范围。

2仪表条件表的填写说明

公司目前的条件表是三张，仪表条件表、流量条件表和调节阀条件表，用这三张条件表很难把仪表需要的工艺条件填写清楚，特别是液位及联锁条件，现在公司设计手册采用五张条件表来代替原来的三张条件表，经与有关部门和领导协商，以后将采用五张表的形式，所以这次就按五张表介绍

（1）温度、压力、分析控制点条件表

l 第二栏“仪表位号或回路号”，在PID上仪表位号没有确定时，工艺不要填写，此栏由仪表专业填写后返回工艺专业。

l 第三栏“用途”这一栏要填写清楚，如：TW－201精馏塔顶部温（或中部、底部）否则仪表从PID上难以找到确切位置。

l 第四栏“数量”填写

l 第五栏“名称或成分”写出物料名称。对分析点应填写全组分及百分数含量，含水量，含尘量及颗粒大小，对压力和分析点应提粘度、是否易结晶、凝固，以便仪表专业选择不同形式的仪表和分析预处理系统。

l 第六栏“温度”提正常操作温度，如果没有报警或联锁而正常操作温度又确实有一个较大的变化范围（如反应器起始温度和终了温度不同，催化剂老化，正常操作温度变化等）可填写如：80～150℃，以便于仪表选择合适的量程。

l 第七栏“压力”表中的压力是MpaG，如果是绝压或其它压力单位一定要写清楚。

l 第八栏“密度”

液体：操作状态下的密度

气体：0℃、760mmHg的标准状态

l 第九栏就地集中是指在就地设有仪表盘或仪表箱，把工艺参数集中到仪表盘和箱上。如果是就地和集中都要填写1和2。

l 第十栏I、R、C、A、S、K是指仪表的功能要求，其中一些是与PID上的表示一致的，但在配管图上表示是不一样的。如TIC－1001在配管图上标TE－1001或TT-1001。

在配管图上一般如下表示：

按规定：集中点TE/TT、PP、FE/FT、LP（有压设备有2

个点）为区分集中和就地的区别，就地点用TI、PI、LI、

FI国外有些用TG、PG、LG、FG

其中：I：指示（INDICATING）

E：一次元件（ELEMENT）

G：仪表（GAUGE）

T：变送器（TRANSMETTER）

P：检测点（POINT）

关于图例符号有国标《过程监测和控制流程图用图例符号

和文字代号》（GB2625）。此标准相关专业应人手一册。

l 第11、12、13、14栏：一般情况次高、次低用于报警，最高用于联锁，但是这要根据工艺要求确定。

l 第16栏：管段号或设备号，这一栏一定要填写正确，否则仪表在PID上寻找比较困难。

l 第17、18栏：填写

（2） 流量条件表

现在的流量条件表与以前不同，以前先在仪表条件表上填一

遍，然后在流量条件表上在填一遍，新表只要在这一张上填

写就行了。

l 第3栏：要填上管段号，以便于仪表查找。如果PID上已有位号，则可不填管段号。

l 第5栏：介质在环境温度下结晶、凝固、有悬浮物、易冷凝的气体应提出来以便自控专业选择不同形式的仪表。

l 第6栏和第7栏：填写实际操作温度和压力。在下列情况需要提出变化范围：

气体介质需要温度、压力补偿的场合；液体介质需要温度补偿的场合。

工艺操作确有一个变化范围的场合：如反应器随着催化剂的变化，采用不同的操作温度和压力条件等。

l 第8栏：气体、蒸汽填写。

l 第9栏：气体是0OC、760mmHg状态

l 第10栏：工作状态下的粘度。

l 第11栏：电磁流量计需要填写。

l 第12、13、14栏：按工艺实际操作要求（即物料平衡计算值及工艺装置的裕量）的流量填写。在满足工艺正常流量的前提下，一般情况下取：最大流量：正常流量：最小流量=3：2：1较为理想。最小流量一般不要写零。

第15栏：气体介质填写

第16栏：流体流过流量仪表总要产生压力损失，对于低压场合要特别注意压力损失的准确性。对于孔板流量而言，允许压力损失越大、孔板开孔直径越小，孔板前后的压差越大，精度越高。但任何事情都是一分为二的如：

允许压力损失必须保证物料能从R1流到R2。

离心泵送物料到设备，如果允许压力损失太大就会白白浪费电能。所以孔板上的允许压力损失应根据工艺的具体情况提出一个合适的数，然后由仪表计算，把计算结果返回工艺确认。千篇一律液体20KPA，气体15KPA 不是一个好做法。

l 第17栏：这一栏要填写ΦXXX，如Φ108X4。流量计算需要内径。一般情况下尽量不要选用DN32、DN65、DN125规格的管子。

l 第18栏：要填写具体牌号如10#、20#、Q235-B、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni12MO2Ti等，因仪表计算时要考虑不同材质的热膨胀系数。

l 第19栏：工艺有特殊要求时填写此栏。一般由仪表与配管一起填写。

一般情况下：转子流量计装在立管上，其他仪表尽量装在水平管上。安装水平管有困难时，质量、电磁、孔板等可装在竖管上，但必须遵循气体由上往下，液体由下往上的流向。其它栏的内容与温度、压力、分析控制点表一样。

（3） 液位控制点条件表。

这张表是从原来的仪表条件表中分出来的，原来的仪表条件表无法表达清楚液位条件。

新表中温度、压力、密度均指操作状态下，其它栏与前面介绍的表格相同。表上的图形是通用的，如果液位计安装在设备顶部，在备注中填上Ht。如果液位计安装在设备底部，在备注中填上Hb。一般液位测量有如下几种情况。

A)、测量范围H=法兰间距。最高液位取H的85~90%，国外达95%。H2是死区，仪表测量不到，应尽量小，但要能安装下3”ANSI法兰。

高报警：85~90%H

低报警：10~15%H

如果是常压设备，一般取测量范围H=80~90%筒体高度

B)、测量范围H=Φ。H1、H2迁移掉。（常压不提H2）

高报警85~90%Φ

低报警10~15%Φ

C)、测量范围H=Φ-H1

高报警85~90%H

低报警10~15%H

H1是死区，越小越好，但要符合设备的要求。

D)、测量范围H=桶体高度

H1和H2仪表迁移掉，高低报警根据实际情况确定。

要注意液位口尽量不要放在出口管线上。

E)、测量范围=H

H1和H2仪表迁移掉，H1是死区尽量小，但要符合设备的要求。

F)、地下池

这是一个消防水池与循环水合用的例子：

H：测量范围（实际测量范围比H小点）

H1：高报警

H2：低报警（与消防水池公用一个池，提醒操作工，水位不要太低）

H3：低联锁点（与消防水池公用，停消防水泵、保持消防水量）

H4：低低报（在抽空之前提醒操作工，消防泵）

H5；低低联锁：不抽空保护泵。

H6：从池盖到最高液位的空间，仪表计算用。

以上是水道的一个工程实例，它说明条件表只能覆盖工程的一般情况。对特殊情况，设计人员还是要根据具体情况加图予以说明。

地下池被测介质有悬浮物（雨水泵房水池）、有污泥沉积等情况要说明，以便选择合适的仪表。

G)、锅炉汽包液位

H：就是液位测量范围。H由锅炉厂的接口决定。一般有600mm，640mm,1000mm.上限下限报警联锁根据不同的锅炉、压力等级，由热工确定。

（4）联锁条件表

把原来用文字说明改成用表格形式，这样表述更准确。

（5）控制阀调节条件表

l 第8栏：关闭时压差以前没有提，在实际程中就会有一些阀门关闭后就开不起来了，原因是推力不够。工艺要根据实际情况提出这个压差。仪表根据这个压差进行控制阀执行机构的推力选择：

正常操作时，P1是一个值，当阀门关闭时，P1就和正常操作时不一样了。可以达到泵的最大扬程了。

l 第9、10栏：这两栏实际上是要调节阀前后的压差。调节阀是一个变阻元件，阀门通过改变阻力的大小调节流量。在理想的情况下，调节阀计算要有三个调节阀压降，即最大流量下、正常流量下和最小流量下的压降。但是工艺目前很难提出三个压降，所以目前工艺仅提出在正常流量时的阀上压降供仪表计算用。对调节阀来说，怎么样的压降才能正常工作呢？

1）先选择系统的两个恒（稳）压点。把调节阀最近的两个压力基本稳定的设备作系统的计算范围。如：

2）按调节阀全开状态下，计算出系统内（除调节阀以外）的全部阻力损失Σ△Pf。

3）定义：△PV/（△PV+Σ△Pf）=S。 △PV调节阀全开时的压力降。一般情况下：

S应≥0.3

常用：S=0.3~0.5

高压系统：S≥0.15

气体：可以取大一些，甚至可以大于0.5

真空系统:S≥0.15

在各个工程中总有调节阀开不好,其S值不合适是一个重要的原因。我们设计中即便不计算Σ△Pf，也应根据上述原理进行一下估算。目前：液体阀压差50KPa。气体30Kpa的提法是不对的。

S值加大，阀门调节性能好，口径出可以小，但是能耗增加。

l 第11、12、13栏：

*正常流量：工艺装置额定状态下稳定运行时流经调节阀的流量，也就是指工艺专业以工艺装置产量的保证值进行物料衡算时采用的流量值。

*最大流量：工艺装置正常运行中可能出现的静态最大流量，也就是工艺专业根据工艺装置的最大生产能力（即所谓产量的争取值）进行物料衡算时所采用的流量值。工艺提供此数据时不应再乘任何系数。

*最小流量：工艺装置运行时可能出现的静态最小流量。

一般情况下，仪表按最大流量的1.15~1.5倍作为计算流量，或者按1.25倍的正常流量进行计算。但最终的结果是：

线形阀：最大流量开度≤80%；最小流量开度≥10%

对数阀：最大流量开度≤90%；最小流量开度≥30%

l 第14、16、17栏：气体、蒸汽介质提出这一栏。

l 第15栏：≥20CP（mPa·s）提出来。

l 第18、19、20栏：工艺从生产安全角度来考虑，当气源中断时，应避免损坏设备、伤害人员和影响产品的质量。

l 第21栏：工艺有特别要求的提出。

l 第22栏：目前工艺不提。

其它栏与其它表一样填写。

附条件表：

条件表18A ：温度、压力、分析控制点条件表

条件表18B ：液位控制点条件表

条件表18C：联锁条件表

条件表19： 控制阀条件表

条件表20： 流量控制点条件表