1、现场仪表的分类和选型参数

       现场仪表分为两大类：检测仪表和执行器。其中检测仪表包括：温度检测仪表、压力检测仪表、流量检测仪表、液位检测仪表、成分分析仪表。执行器包括：气动、电动、液压执行器、电-气转换器、电-液转换器、阀门限位器、阀位开关。每一种现场仪表都会有不同的测量原理，因此选型时应该按照不同工艺条件及实际工况选型合理的现场仪表。

 

       现场仪表的选型参数主要有：仪表材质、仪表精度、测量范围、连接形式、公称压力、防爆等级、防护等级、公称直径等。

 

现场仪表选型采用的标准及规范：

       《自动化仪表选型规定》 HG/T 20507-2000

       《控制室设计规定》 HG/T 20508-2000

       《自动分析器室设计规定》 HG/T 20516-2000

       《仪表报警、联锁系统设计规定》 HG/T 20511-2000

       《仪表供电设计规定》 HG/T 20509-2000

       《仪表系统接地设计规定》 HG/T 20513-2000

       《 流 量 测 量 节 流 装 置 用 孔 板 、 喷 嘴 和 文 丘里 测 量 充 满 圆 管 的 流 体 流 量 》GB/T2624-2006

       《外壳防护等级（IP 代码）》 GB4208-2008

       《气动调节阀》 GB/T4213-2008

       《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》GB50493-2009

       《可编程控制器系统工程设计规定》 HG/T20700-2000

 

2、现场仪表选型过程中应该注意的事项

       现场仪表的选择应按照不同装置的特点、工艺条件及工况。每个装置的生产物料及工况都是不同的，只有对工艺流程熟悉，按照工艺专业提出的条件，才能选好合适的仪表。以进入变换工段粗煤气为例，粗煤气的工艺条件为温度 260℃，压力 3.67MPaG，属于较高的温度和压力，所以在选型时要充分考虑温度压力对仪表的影响。变换炉的差压检测时需要引出变换气，但此时的变换气可能含有 H2S 及一些腐蚀性的介质，对这种情况需要考虑和介质接触的仪表材质。

 

       另外在寒冷地区，如黑龙江等地，除了对仪表加装保温箱外，对仪表本体的材质也要按需选择，应该选择耐低温型仪表。而对于高雷地区，如云南贵州等地，如果不选型防雷击型的变送器，很可能会遭到仪表被击穿的危险，甚至会通过电缆将雷电引入中控室，后果不堪设想。

 

       同一类型的仪表品牌选择的数量越少越好，这样对今后仪表的维护及售后要方便的多，配件的备货也可以减少很多不必要的麻烦，不但减少了投资，而且大大提高了效率。现场仪表选型要考虑经济合理。这个是仪表选型中#重要的，相同的工况下，选择的仪表性能价格比越高，仪表选型就越合理。有一些特殊工况下，国内仪表可能达不到理想的状况，可以选择成熟的进口的仪表。而这类仪表的缺点是工人不容易接受，备货周期长，售后响应长等。除了这种情况外，建议尽量选取质量比较有保证国内厂家，因为国产的仪表在价格上优势非常大，同时在技术指标和仪表质量和国外的仪表并没有很大的差距，而且国内的仪表供货周期短，备件采购方便，工人对整个过程都是非常容易接受的，所以在化工生产的过程中更具可靠性和稳定性。

 

3.3 温度仪表

       温度测量仪表是在化工厂中是#常用的一类仪表，常用的温度测量仪表有热电阻，热电偶、一体化温度送变器、双金属温度计等。一般就地显示的选用双金属温度计，需要远传的则选用热电阻或热电偶的测温元件[8]。

 

       根据变换工段的工艺要求，温度在 500℃一下的选用热电阻温度计，高于 500℃选用热电偶温度计，所有温度计都必须安装与保护套管内；设备中的温度测点处采用法兰式连接，管道上均采用螺纹连接；需要现场观测温度的测点，采用表盘直径为 150mm的双金属温度计。

 

3.3.1 热电阻温度计

       目前化工厂使用的温度测量仪表大多都是铂热电阻，分度号为Pt1000或者Pt100，原理是铂金的电阻会随着温度的变化而改变,根据 Pt100 的分度表，即可得到测量的温度。

 

本项目中铂热电阻的选择需要注意以下事项：

       (1) 根据不同的管道压力等级选择热电阻温度计外保护套管的压力等级，例如变换炉入口的粗煤气温度为 260℃，压力 3.67MPaG，粗煤气管道工程压力为 10.0MPa,根据条件，选取的温度计外保护套管的压力应该同管道等级相同；

       (2) 外保护套管的材质应同工艺管道材质相同；

       (3) 接线盒应选择防爆、防尘式；

       (4) 根据管道的公称直径选择外保护套管的插入深度，按照规范要求，插入深度一般为管道工程直径的 1/3 至 2/3 处；

       (5) 选择合理的防护等级和防爆等级；

       (6) 温度计和管道的过程接口也应该定义出来，一般来说，温度计和管道连接方式选择焊接的形式，温度计和套管的连接形式选择螺纹 M20x1.5 形式；

       (7) 有些表达不清楚的地方，可以再用图示的方法示意出来，如图 3.1 外保护套管结构图。

       (8) 在一些震动的测量点处，还应该进行震动强度计算，防止温度计被震断而造成对下游工序的影响。

 

3.3.2 热电偶温度计

       热电偶测温的基本原理是两种不同的导体构成闭合回路，当两端温度出现差别时,电路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应。只要测得热电动势，根据相关数据，即可查到被测介质的温度。

 

       热电偶温度计测温原理图如图 3.2 热电偶温度计测温原理图所示：

       其中，T 是热端、工作端或者测量端，T0 称为冷端、自由端或者参比端。A 和 B 称为电极，热电动势 EAB(T,T0)的大小由接触电动势和温差电动势决定。

 

       不同材质的热电偶分度号是不相同的，化工厂中由于热电阻测温范围的局限性，在高温测量领域一般使用热电偶，热电偶的测温范围为-200℃-2500℃。

 

       本项目中变换炉需要测量的点位比较多，插入深度较深，因此选取了多支多点式热电偶的结构形式

 

       热电偶和设备的连接方式一般选择法兰连接形式。

 

       此外，还需注意的是要和设备制造厂沟通好插入深度，防止造出的设备无法和温度计厂家衔接。

 

本项目中热电偶温度计的选择需要注意以下事项：

       (1) 选用铠装式热电偶的温度范围为 350℃到 600℃，600℃以上选用装配式热电偶。

       (2) 安装于变换炉上的多点式热电偶，需提前与工艺和设备专业沟通好，一方面是几个点的插入深度，一方面是热电偶在设备的位置。

       (3) 在氨合成工段中测量氢气温度时，由于温度较高，热电阻不能满足测量要求，需选用热电偶测量。但是氢气为还原性气体，如果直接采用热电偶测量会对其造成侵蚀，因此应当选用吹气式热电偶。在热电偶和保护套管之间通入氮气以减少氢气对测温原件的损坏。

 

3.3.3 一体化温度变送器

      一体化温度送变器是由热电阻或热电偶及变送器构成的，可以直接把温度信号转换为模拟信号，进而传输至 DCS、温度记录仪等设备，实现对温度的精que测量和控制。一个化工厂中温度仪表的选型应该从设计开始就确定了，一种是选取热电阻和热电偶结合的方式，另一种是全部采取温度变送器。

 

       此外，在寒冷地区温度仪表选型，不宜选择一体化温度变送器。由于此项目中未涉及到一体化温度变送器，此处不再赘述。

 

3.3.4 双金属温度计

       双金属温度计适用于测量-80℃-500℃的介质，它的工作原理是，两种不同的金属叠加在一起，温度的改变会引起两种金属的膨胀，根据一端的膨胀来转动指针，得出测量结果。

 

本项目中就地温度计的选择需要注意以下事项：

       (1) 公称压力 PN5.0MPa 以下的工况，外保护套管结构形式可以设计为整体钻孔直形保护管；

       (2) 公称压力 PN5.0MPa 以上的工况，外保护套管结构形式可以设计为整体钻孔锥形形保护管；

       (3) 温度计表盘分为 100mm 和 150mm 的，guojia标准上建议选择 100mm 的，但是根据安装条件和现场情况，能够选择 150mm 的更好；

       (4) 精度选择±1.5%；

       (5) 结构形式分为径向型、轴向型、万向型，要根据不同的安装条件来正确选择其形式；

       (6) 同热电阻选型相同，有些表达不清楚的地方，可以再用图示的方法示意出来；

       (7) 根据工艺条件选择温度计的量程，一般情况指针位于#大量程的 1/2~3/4 处。

 

3.4 压力仪表

       压力类检测仪表是化工生产过程中常见的计量器具，它能直观地显示出各个工序环节的压力变化，洞察产品或介质流程中的条件形成，监视生产运行过程中的安全动向[9]。化工厂生产过程中的压力监控是非常重要的。测量压力的方法有很多种，由于在化工生产过程中测量压力还有其他因素的影响，因此，一定要选取可靠性高的压力仪表。变换工段中所有测量点压力#大的为 3.67MPa，选用普通压力变送器即可。由于工艺冷凝液中有易结晶、有毒介?hou榉郑?虼嗽谡飧龉ひ展苈分械牟獾愦π柩∮酶裟っ芊庋沽Ρ渌推鳌Ｐ枰?殖」鄄庋沽Φ牟獾悖??a href="/ybptylb/" target="_blank">普通压力表为主，泵、风机的出入口选用不锈钢耐震压力表。

 

3.4.1 压力变送器

       压力变送器是生产过程中#常用的变送器，将压力传感器得到的参数转换为标准模拟信号，传输至 DCS 或者其他指示报警仪等设备进行压力监视和过程调节。

 

本项目中压力变送器的选择应注意以下事项：

       (1) 选择合理的测量范围，设定的量程不能大于测量范围；

       (2) 根据介质条件选择合适的测量元件材质，尽量高于管道或设备材质；

       (3) 测量蒸汽及有冷凝液的介质，一定要配备保温箱，对测量管线进行保温伴热；

       (4) 测量气体时，需压力变送器放至高于取压点的位置，取压点应设置在管道上方；

       (5) 测量液体和蒸汽应将变送器放至低于测点的位置，液体取压方位如图 3.3 所示，

 

蒸汽取压方位如图 3.4 所示；

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       (6) 超过 80℃的介质，还需要配备冷凝容器；

       (7) 对于有腐蚀性的介质，也要配备隔离罐；

       (8) 同一管道上需要测量温度和压力时，取压点的位置处于测温点的前方，原因是测温点处有温度计插入，会产生压力的波动使得压力测量不够准确；

       (9) 对于压力大于 10MPa 的取压点，取压点处宜选用两个根部阀；

       (10) 如需在阀门前测量压力，取压点至少要离阀门的距离为 2 倍管道直径，如需在阀门后测量压力，取压点至少要离阀门的距离为 3 倍管道直径；

(11) 测量 CS2 设备上的压力，需要提前与设备专业沟通，主要是法兰的连接形式。

 

3.4.2 隔膜密封压力变送器

       隔膜密封式压力变送器是一种不用直接和介质接触的来测量压力的仪表，是由膜片密封系统,毛细管及填充液,压力或贝斯特bst3344组合而成[10]，在化工厂中主要用于粘稠性，腐蚀性、易结晶等不宜引出介质的特殊工况。本项目中由气液分离器出来的工艺冷凝液工况为温度 145℃，压力 4.55MPa ，密度操作密度 921kg/m3，由于此处工艺冷凝液含有 H2S 等腐蚀性成分，会对变送器造成腐蚀，因此选用隔膜密封式压力变送器来测量此处压力。选取这种测量方式还需注意以下事项：

 

       (1) 由于环境温度对测量结果有影响，因此选择正确的填充液也是测量准确的关键步骤，根据工艺条件及填充液特性表（表 3.1），这里选用 DC704 硅油作为填充液；

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       (2) 构成测量系统中的膜片密封系统分为平膜片和凸膜片，这两种膜片测量精度没有区别，测量结构有所不同。选择两种膜片主要根据应用场合的不同。工艺介质为易流动、不易结晶，不易堵塞，选用平膜片；相反的情况选用凸膜片结构。工艺冷凝液属于地衣种情况，因此选平膜片型；

       (3) 根据现场安装情况，合理选择毛细管长度和毛细管外套。

 

3.4.3 贝斯特bst3344

       贝斯特bst3344用于测量两个测点之间的压力差，两个测点一个为正压端，一个为负压端，正压端的压力大于负压端的压力才可以测得差压。当两个测点之间的距离较大，变送器没有地方放置，或者引压管布线较为困难的情况下，也可以采用两个测点分别使用压力变送器来测量，然后在 DCS 里进行运算得出差压。

 

3.4.4 就地压力表

       就地压力表只能用于现场指示，数据不能够传输至 DCS 系统。测量元件形式有弹簧管、波纹管、膜盒等。

 

本项目中就地压力表的选型需注意以下事项：

       (1) 根据不同的工况选择压力表类型，例如泵的出口要选择耐震压力表，而对于腐蚀性介质选择不锈钢压力表；

       (2) 压力表的结构形式分为径向型、轴向型、万向型，要根据不同的安装条件来正确选择其形式；

       (3) 压力表的表盘分为 100mm 和 150mm 的，guojia标准上建议选择 100mm 的，但是根据安装条件和现场情况，能够选择 150mm 的更好；

       (4) 精度一般选择±1.5%；

       (5) 若介质温度超过 80℃，应该采用带有冷凝弯的安装形式，如图 3.5 所示，序号5 代表的是冷凝弯；(6) 设备上需要测量压力的测点选型时需注意连接形式，尤其是法兰的密封面形式。

 

3.5 流量仪表

       流量仪表是化工厂#常用的一种仪表，流量仪表的选型非常重要，因为测量原理的不同，流量仪表的种类也非常多，在同一种工况下选择一种#合适的流量计需要认真对比和选型。常用的流量仪表有节流装置和流量变送器、巴类流量计、涡街流量计、电磁流量计、金属管浮子流量计、椭圆齿轮流量计等[11]。在流量仪表选型工作中，石油化工企业需要明确流量测量内容和测量准确度要求等问题，并以此为选型依据，结合各类流量仪表的特性与使用特点，选择符合企业测量要求的流量仪表[12]。变换工段中的流量计选型中，小于 500℃、管径小于 DN300 的蒸汽流量均选用涡街流量计，除此条件外的蒸汽流量选用节流装置流量变送器；变换气流量测量选用德尔塔巴流量计；管径小于等于 DN25 的工艺冷凝液选用金属管浮子流量计。

 

3.5.1 节流装置测量流量

       节流装置和流量变送器是一种#成熟、#常用的流量测量方式，节流装置包括标准孔板、喷嘴和文丘里。节流装置的计算可参考《用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量》(GBT2624-2006)。

 

这种流量测量方式必须满足以下条件：

       (1) 工艺介质的流动应该是紊流，管道内不能产生漩涡，且雷诺数需要在一定范围；

       (2) 工艺介质必须充满管道且连续；

       (3) 工艺管道节流装置前后直管段要求前 20 倍管径后 10 倍管径，不得有弯头；

       (4) 测量气体时，流量变送器应放至高于取压点的位置，取压点应设置在管道上方；

       (5) 测量液体和蒸汽应将流量变送器放至低于测点的位置。

 

3.5.2 涡街流量计

       涡街流量计综合吸收了发达guojia先金技术和经验，具有电路先金、功耗微低、量程比宽、结构简单、阻力损失小、坚固耐用、用途广、使用寿命长、工作稳定、便于安装调试、维护量小等特点，能够较好地解决能源的计量问题[13]。

 

       涡街流量计的工作原理是放置在被测介质的管道体的涡流发生器中，当介质流经也门涡流发生器时会产生旋涡，然后通过测量涡流数来测量。本项目中，大多数中低压蒸汽的测量都选用涡街流量计。

 

这种流量测量方式应该注意以下事项：

       (1) 注意安装方向，涡街流量计只能单向安装，流体流向需与流量计安装方向一致；

       (2) 尽量和工艺专业沟通将涡街流量计安装于垂直管道，液体流量测量时，安装方向为自下而上；

       (3) 涡街流量计管道安装条件为流量计前 20 倍管径后 5 倍管径，不得有弯头。

 

3.5.3 金属管浮子流量计

       金属管浮子流量计主要用于小管径流体流量的测量，是根据浮子在测量管内的高度来测量流量。大多数情况下金属管浮子流量计都安装于流体自下而上的垂直管道上，目前也有一些厂家制作出了水平管道安装的金属管浮子流量计，无论是哪一种方式，都应该和配管专业协作好，提前将位置确定。另外测量管和浮子的材质也要根据工艺介质的不同选取#合适的。

 

3.5.4 电磁流量计

       电磁流量计是可以用于导电液体流量的测量，对绝缘导体是无法测量的，因为它是根据电产生磁的原理。本项目中脱盐水及污水等介质都是导电液体，选用电磁流量计来测量是较为合理的，管径较小的测点选用管道式，较大的则选择插入式。此外选择好电磁流量计的电极材质和衬里材质也是非常重要的。

 

这种流量测量方式应该注意以下事项：

       (1) 与其他专业协调，工艺专业布置大型泵、电气专业布置大的变压器产生的电磁干扰都会引起电磁流量计的测量误差，因此尽量避免测定周围的这种影响；

       (2) 尽量将电磁流量计安装于阴暗的位置，减少阳光直射对其造成影响；

       (3) 安装的直管段要求是流量计前为大于管径 5 倍，流量计后为小于管径 2 倍。

 

3.5.5 特殊流量计

       当同时存在气体和液体时的工况下，对流量计的选型就需要认真对比，本项目tuijian采用一种用于气液两相流体测量的流量计[14]，它包括管道本体和流量表及设置在管道本体内的气体管道，气体管道上设有地衣气动阀门和气体过滤器，液体管道内设有第二气动阀门和液体过滤器，气体管道上设有气体流量感应器，液体管道内设有液体流量感应器，流量表上设有显示屏、控制电路板，气体流量感应器和液体流量感应器均与流量信息处理器信号连接。采用此流量计的优点是它的结构简单，使用、安装方便，具有安全可靠的作用。