化工仪表与自动化基础教材

化工仪表与自动化基础教材

第一章 绪论

第二章 化工自动化的基本概念 第一节 化工自动化的主要内容 第二节 自动控制系统的基本组成 第三节 识读管道仪表流程图（P&ID） 第三章 检测仪表

第一节 检测仪表的基本性能和分类 第二节 压力检测仪表 第三节 温度检测仪表 第四节 流量检测仪表 第五节 物为检测仪表

第六节 分析仪表（红外分析仪表,CEMS,COD） 第七节 传动设备检测仪 第四章 显示仪表 第一节 数字显示仪表 第二节 无纸记录仪 第五章 执行器 第一节 概述

第二节 气动薄膜调节阀 第六章 集散控制系统

第一节 集散控制系统的组成 第二节 集散控制系统的功能 第三节 集散控制系统的操作方法 第七章 联锁保护系统

第一章 绪论

伴随着科学技术的迅猛发展，自动化技术已成为当代举世瞩目的高技术之一。由于生产过程连续化、大型化、复杂化，使得广大工艺、维修、管理人员需要学习和掌握必要的监测技术和自动化知识，这是现代化工业生产实现高效、优质、安全、低耗的基本条件和重要保证，也是提高企业综合竞争实力、提升企业管理水平的前提。

本章的重点：对自动化、化工自动化的概念；实现化工自动化的目的；化工自动化发展的过程。

自动化技术的进步推动了工业生产的飞速发展，在促进产业革命中起着十分重要的作用。特别是在石油、化工、冶金、轻工等部门，由于采用了自动化仪表和集中控制装置，促进了连续生产过程自动化的发展，大大地提高了劳动生产率，获得了巨大的社会效益和经济效益。

化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类生产过程自动化的简称。在化工设备上，配置上一些自动化装置，代替操作人员的部分或全部直接劳动，是生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。

自动化是提高社会生产力的有力工具之一，实现化工生产自动化的目的如下。 1） 加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。在生产过程由于人

的五官对事物量的测量精度较差，而且许多量值无法用感官进行测量，所

以产品质量难以有效控制；同时由于人的手和脚的速度和力量有限，无法长时间，高效率、大规模生产。所以只有利用利用自动化装置，才能使生产过程在最佳条件下进行，从而大大加快生产的速度，降低能耗，实现优质高产。

减轻劳动强度，改善劳动条件。作为化肥企业，我公司的生产过程大部分高温高压状态，生产系统中的产品和半产品大多具有易燃、易爆、易中毒、有腐蚀性等特点，只有实现自动化控制，才能减少操作人员对生产过程的

3）

直接控制，远离危险环境，改善劳动条件。

能够保证工艺生产和设备运行的安全，防止事故的发生或扩大。生产过程中经常出现各种不正常的因素如各种压缩机，由于设备问题引起的轴承温度升高；程控系统中的阀门动作不到位；压力容器由于操作调整不当过引起设备超压等现象，如果能够实现有效的连锁保护，就可以防止或减少事

4）

故的发生。

生产过程自动化的实现，能够改变劳动方式，提高工人的文化和技术水平。

2）

化工自动化的发展大致经历了五个阶段：

1） 20世纪30、40年代，主要采用是基地式仪表和部分气动单元组合仪表，被控

量主要集中在温度、压力、流量等过程参数。

2） 20世纪40、50年代，采用仪表仍以基地式为主，气动单元仪表开始大量应用，

控制方案主要单回路的定值控制和随动控制。 3） 20世纪50、60年代，气动和电动单元仪表成为当时控制仪表的主流，控制方

案主要是常用的复杂控制系统如：串级、均匀、前馈等。 4） 20世纪70年代开始，直接数字控制（DDC）实现集中控制，并在后期出现集

散控制系统（DCS），控制方案仍以PID控制为主，再加上一些复杂控制算法，并没有充分发挥计算机的功能和控制水平。

5） 20世纪80以后，在DCS系统上实现了先进控制和优化控制。同时随着计算

机及网络技术的发展，现场总线开始出现，以此为标准，实现以微处理器为基础的现场仪表与控制系统之间进行全数字、双向和多站通讯的现场总线网络控制系统（FCS）。它将对控制系统结构带来革命性变革，开辟自动控制系统的新纪元。 要有结束语

第二章 化工自动化的基本概念

第一节 化工自动化的主要内容

本节的重点：自动检测系统、联锁保护系统、自动操作系统、自动控制系统的基本功能。

为了实现化工生产过程自动化，一般要包括自动检测、联锁保护、自动操作和自动控制等内容，现分别给予介绍。 1， 自动检测系统

自动检测系统就是利用各种检测仪表和电器设备实现对生产过程中的主要参数进行测量、指示、记录等功能总和。它代替了操作人员对工艺参数的不断观察与记录，起到了人的眼睛的作用。对于我公司的自动检测系统主要对温度、压力、液位、流量、气体成份、水质等参数进行自动测量。

2， 联锁保护系统

生产过程中，有时由于一些偶然性因素的影响，可能导致工艺参数超出允许的变化范围而出现不正常情况，使生产处于危险和事故状态。如果不立即采取紧急措施，就有

可能造成生产和设备事故，此时由联锁系统立即自动采取紧急措施，如关闭或打开阀门、停机、停电等。公司内的水煤气压缩机、N/H气压缩机、汽轮机等都有相应的联锁保护系统。ESD(emergency shutdown system )紧急停车系统、ETS汽机跳闸保护功能等都属于联锁保护系统的范围。 3， 自动操纵及自动开停车系统

自动操纵系统可以根据预先设计的时序自动地对生产设备进行周期性的操作。如变

压吸附脱碳工艺（PSA-CO2），固定床间歇式造气工艺、热电的浓相气力自动输灰系统等生产环节利用控制系统的强大功能，使生产自动进行，大大的减轻了操作工人的劳动强度，有些系统已经达到无人值守。

自动开停车系统可以按照预先设定好的步骤，自动将生产过程自动的投入运行，减少人为失误，如汽轮机在不同状态下的自动升温开车过程、如冷态、温态、热态、极热态的自动暖机过程，以及过临界升速率自动控制过程。 4， 自动控制过程

生产过程中的各种工艺条件不可能是一成不变的。尤其像我们这样工艺复杂、干扰因素多的化工企业，在连续生产的过程中各项参数都或多或少会偏离正常的工艺条件，为此，就需要利用一些自动控制装置，对生产中某些关键性参数进行自动控制，使他们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时，能自动地控制而回到规定的范围内，为此目的而设置的系统就是自动控制系统。

综上所述，自动检测系统只能完成了解生产过程所处的状态；联锁保护系统只能在工艺条件进入某种极限状态时，采取安全措施，以避免生产事故的发生；自动操作系统只能按照预先规定的步骤进行周期性操作；只有拥有了自动控制系统才能自动的排除各种干扰因素的影响，使工艺参数始终保持在预先设定的数值上。