张明

（重庆长风化学工业有限公司，重庆 401252）

0 引言

近年来，我国工业领域在科技的支持下取得显著成就，并面向自动化、数字化、智能化方向迈进。生产过程参数新检测技术和新材料的应用，大大提高测量的准确性和适用性。自动控制系统由多个电子元件构成，具有控制温度、压力、流量以及物位等功能，其中应用比较广泛的当属DCS 技术，在精细化工生产中发挥重要作用，因此，针对精细化工仪表选型和工业自动控制系统的研究很有必要。

1 精细化工仪表选型研究

1.1 精细化工仪表应用情况

精细化工工艺及生产过程多以间歇和半间歇操作为主，涉及易燃易爆、有毒有害、腐蚀性强危险介质，加上生产流程一般较长，工艺复杂多变，介质相变情况较为常见，这些因素对生产过程工艺参数的检测带来了很大挑战，对仪器仪表的使用和维护造成了不小的困难。

随着国家大力鼓励和培育“专、精、特、新”小巨人企业，同时国家加强对涉及“两重点一重大”企业的安全监管和专家指导服务，对于精细化工企业来说，要发展就得从思想上转变意识，通过加强对工艺参数的检测，还需要利用信息化智能化平台，提升生产装置本质安全水平和安全管理水平，所有这些先进管理技术都必须基于基础数据的准确收集和传送，所以现场工艺参数的检测，也就是检测仪表的选型和使用就非常重要，如有选型不当，小则影响生产，大则造成严重事故，甚至造成人员伤亡和财产损失的严重后果。

1.2 精细化工仪表的选型与应用

光气及光气化工艺是典型的精细化工工艺，是首批重点监管危险工艺目录中的第一个危险工艺。光气通过一氧化碳和氯气反应制成，反应介质具有燃爆危险性，反应副产物氯化氢具有腐蚀性，易造成设备和管线泄漏使人员发生中毒事故，光气为剧毒气体，在储运、使用过程中发生泄漏后，易造成大面积污染、中毒事故。

光气化工艺是把光气作为原料，与芳香烃、醇等反应生成光气衍生品。某些光气即产即用技术需要把合成的气态光气冷凝后，液态滴加到反应釜进行光化反应，液态光气的滴加采用常压重力自流方式进行，稳定的滴加就需要建立稳定的光气液位，也就是说对光气液位的稳定检测是滴加工艺的关键，现就举例光气液位计改造对仪表选型的应用进行分析。

改造前安装示意如图1 所示，主要采用U 型连通原理在冷凝后的液位光气垂直滴加管（DN50）引出联通管（DN125，长2000mm），再在连通管上安装量程为1800mm的磁浮球液位计，仪表过程连接法兰、导杆、磁浮子材质为316L。此仪表选型存在的以下问题：①液态光气处于零下温导致磁浮子导杆内容易凝出可见水，导致仪表故障，运行不稳定，检修频繁。②光气中含有少量氯离子，仪表接液材质均为316L，均不耐受氯离子，且磁浮子存在穿漏进入液态光气问题，给检修带来很大风险。③为了保证磁浮球液位计正常工作，必须采用扩大口径管道连通器，导致了在线液态光气存量很大，存在很大安全环保风险。

图1 改造前

针对上述运行分析，结合现场实际工况，大胆提出了取消连通器，改用隔膜密封式差压变送器直接在DN50 垂直滴加管上测量光气液位的改造方案如图2所示，差压变送器选用EJA118E 系列，接液材质选用TAN，已经过3 年多的安全稳定运行，对比改造前，主要优化或改进的地方如下：①检测精度大大提高，运行稳定性更好，几乎零维护、零检修。②接液材质完全耐受氯离子，几乎不存在穿漏风险，安全性和可靠性大大提高。③取消连通器，每套液位计直接减少液态光气在线量约40kg，大幅减少剧毒介质在线量，大大降低了安全环保风险。

图2 改造方案

2 工业自动控制系统的应用研究

2.1 新一代DCS 系统

工业生产过程存在一定危险性，对细节部分精准度要求较高，通过自动控制系统进行管理是最适当的控制办法，随着工业生产类型的拓展，自控系统功能也向多样化、智能化方向发展。现阶段，新一代DCS 是相对先进的系统，国内系统主要有浙江中控和北京和利时，系统具有一定集成性，其中包括仪表层和多个控制装置单元层，能够为工业生产活动提供具体的数据，并将其分类贯穿于每个工序中实现全覆盖式控制。这类信息经过大数据的系统处理，实现实时检测和存储，精准度很高。该系统能够根据工业生产的实际需求进行指标和功能调整，例如在进行光气合成生产质量控制时能够显示具体的参数压力、流量、温度、在线分析、比值调节等，并做到集中控制，生产效率于产品质量均得到保障，同时降低人力劳动成本，提升效益。

2.2 自动控制系统编程应用研究

自动控制系统能够正常应用的关键部分在于可编程控制系统，能够根据工业生产情况进行控制，从客观角度来看相当于初级迷你计算机，整个结构中有足够的存储装置确保能够编写语言。在应用过程中只需结合工程实况，将所需要的参数写入系统，便能实现对自控制，同时对历史数据进行记录和管理，确保工业生产的安全性和自动性，具有开放性强、维护方便的优势。以光气合成比值自动调节控制为例，应用自动控制能够有效节省劳动生产力，但根据调查研究发现，仍存在一些问题需要高度重视，一是自动控制不等于无人控制，自动控制只是降低了劳动强度，还不能实现无人值守，仍然需要操作人员实时监控，防止出现异常情况触发报警或联锁；二是部分流程或是单元实现了自动控制，不等于全流程全系统自动控制，需要关注单元与单元之间的衔接和控制。

光气合成工艺流程示意图如图3 所示，采用一氧化碳与氯气在催化剂的作用下合成光气，根据重点监控工艺参数要求，应实现反应物料的自动配比。根据工艺控制要求，提出控制逻辑方案，利用最新DCS 程序编制软件进行编程如图4 所示，通过控制回路调试和PID参数整定，从而实现了反应物料比值自动调节和跟踪的功能，把自动控制系统的优势充分体现出来。

图3 光气合成流程

图4 比值调节逻辑控制程序

3 自动控制系统的干扰问题及应用优化

3.1 电导耦合干扰问题

仪表自动控制系统中一旦存在电信号减弱趋势或设备绝缘性降低，其导电性能则会被提升，而仪表系统作为总的控制中心，电流异常输入必然会导致其受到干扰。例如出现交流电，形成高频干扰导致控制系统不灵敏，主要表现为干扰频带扩大，可以归咎为电网大负载切换的直接影响。一些负荷电或可控硅切换会生成电压，不良反应为压波变形，在整个控制过程中需要寻找根本原因，通过分析可以发现“地回路”（即电导耦合）是其中的一种，能够将地面变为回路中的重要构，导致原信号干扰问题严重，甚至出现明显电位差，这是造成工业生产活动事故的多发性原因。

针对自动控制安全仪表系统这一干扰问题，最常见的方式是接地保护措施，确保仪表正常运作的同时给予操作人员一定安全保障。该方式不仅能够降低对其他相关联设备的影响，确保其正常运作以免造成电机宕机或其他情况，同时还能降低操作人员的安全风险，提供基础保障。接地措施还能有效削弱信号干扰情况，避免抑制差模或共模事件的发生，保护仪表内部结构。

3.2 外部温湿度干扰

自动控制仪表系统从功能和电子机械装置上来看属于高精密设备，对外部环境的敏感特性极强，在应用过程中需要保持现场环境空气干燥，连接仪器的导线性能要求较高。但在工业生产过程中难免存在温度、湿度不适宜仪表器工作的情况，导致结构内部环境变化频繁[1]。在这种情况下，操作的精密性必然受到干扰，造成内部结构生锈、电阻增大、电容器和电流表受损，进而影响最终示数结果，甚至彻底无法正常运行。

基于此，需要结合工业生产的具体情况安置自动控制仪表系统，尽可能布设在通风口处，远离气体出气口和湿润环境，同时做好防护工作。例如在铺设信号线与动力线的过程中，需要详细划分二者的领域范围，确保空出一段距离，避免相互影响，做到“不交叉、不紧贴”，在穿管操作中需要采用分开穿管布线的方式，降低影响率。应严格金属架铺设时需要根据信号幅值来进行分离排序，由低至高布线。此外，还可以应用绝缘护套做好系统隔离，还能有效抑制电容性噪声耦合。

3.3 电磁干扰

电磁干扰主要来源于系统的外部环境，近年来工业生产环境逐渐向机械化、自动化、智能化迈进，很多电气设备的负荷电流会发出一定电磁，无疑增加了控制系统的干扰路径。在应用时一旦干扰量大于抗性，则会导致仪表屏幕闪烁麻点，控制效果和灵敏度均有所降低[2]。例如针对高压电力设备或高频设备进行自动控制时，配电设备信号输出对稳定性的需求较高，但当仪器受到电磁干扰后必然会产生控制指标不稳的现象，一旦这类设备断电，则会瞬间进行放电行为，会对仪表系统造成严重影响。

信号与电气设备对仪表系统的影响在工业生产过程中是无法避免的一大问题，只能根据情况尽量消除影响降低干扰程度。因此，可以应用屏蔽器实现对设备信号的屏蔽，其原理在于分离干扰信号和有用信号，并降低二者之间的影响情况，保证自动控制仪表系统接收有用信号的频次。在隔离过程中，干扰信号和有用信号的耦合具有差异，能够轻松屏蔽干扰信号。

4 结语

在精细化工生产的过程中，仪表检测和自动控制系统是保证相关工序指标正常的决定性因素，能够有效提升工作质量和效率，同时确保安全和环境风险可控。随着科技的不断发展，工业领域信息化、数字化、智能化程度逐渐提升，对精细化工企业安全生产的要求也会更高，需要在设备和技术方面投入更多资金和精力，集中力量做好技术升级和改造，重点关注电导耦合、电磁等方面的干扰，科学制定优化方案确保仪表检测和自控控制系统运行的稳定性和持续性。