化工仪表及自动化全套-课件

化工仪表及自动化目录 第一章 测量仪表基本知识 第二章 压力测量仪表 第三章 流量测量仪表 第四章 物位测量仪表 第五章 温度测量仪表 第六章 自动成份分析仪表 第七章 自动控制仪表 第八章 执行器 第一章 测量仪表基本知识第一节:化工自动化仪表的发展n化工仪表及自动化,最早出现在四十年代,那时的仪表体积大,精度低。n六十年后半期,随着半导体和集成电路的进一步发展,自动化仪表便向着小体积、高性能的方向迅速发展,并实现了用计算机作数据处理的各种自动化方案。n七十年代以来,仪表和自动化技术又有了迅猛的发展,新技术、新产品层出不穷,多功能组装式仪表也投入运行,特别是微型计算机的发展,在化工自动化技术工具中发挥了巨大作用。n1975年出现了以微处理器为基础的过程控制仪表:集中分散型控制系统,把自动化技术推到了一个更高的水平。电子技术、计算机技术的发展,也促进了常规仪表的发展,新型的数字仪表,自动化仪表,程序控制器,调节器等也不断投入使用。第二节:化工自动化仪表的分类化工自动化仪表的分类方法特别多,依照不同原则能够进行相应的分类。n按仪表所使用的能源分类:能够分为气动仪表、电动仪表和液动仪表(特别少见);n按仪表组合形式:能够分为基地式仪表:将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个表壳里,从而形成一个整体,同时可就地安装的的一类仪表。单元组合仪表:以统一的标准信号,将对参数的测量、变送、显示及控制等各种能够独立工作的单元仪表(简称单元,例如变送单元、显示单元、控制单元等)相互联系而组合起来的一种仪表。综合控制装置:n按仪表安装形式:能够分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表(架装仪表是针对常规仪表的盘装表而言,不需要操作的仪表就装成架装仪表,需要操作的安装成盘装仪表)。n依照仪表信号的形式:可分为模拟仪表和数字(开关量)仪表等等。第三节:化工自动化控制仪表优势功能化工自动化控制仪表,主要特点是采纳先进的微电脑芯片及技术,减小了体积,并提高了可靠性及抗干扰性能。实现劳动强度逐渐降低、生产效率逐步提高、人为干预越来越少、产品产出率越来越高。n仪表有了可编程功能计算机的软件进入仪表,能够代替大量的硬件逻辑电路,这叫硬件软化。特别是在控制电路中应用一些接口芯片的位控特性进行一个复杂功能的控制,其软件编程特别简单(即能够用存储控制程序代替以往的顺序控制)。而假如带之以硬件,就需要一大套控制和定时电路。因此软件移植入仪器仪表能够大大简化硬件的结构,代替常规的逻辑电路。n仪表有了记忆功能以往的仪表采纳组合逻辑电路和时序电路,只能在某一时刻记忆一些简单状态,当下一状态到来时,前一状态的信息就消失了。但微机引入仪表后,由于它的随机存储器能够记忆前一状态信息,只要通电,就能够一直保存记忆,同时能够同时记忆许多状态信息,然后进行重现或处理。n仪表有了计算功能由于自动化仪表内含微型计算机,因此能够进行许多复杂的计算,同时具有特别高的精度。在自动化仪表中可经常进行诸如乘除一个常数、确定极大和极小值、被测量的给定极限检测等多方面的运算和比较。n仪表有了数据处理的功能在测量中常常会遇到线性化处理、自检自校、测量值与工程值的转换以及抗干扰问题。由于有了微处理器和软件,这些都能够特别方便的用软件来处理,一方面大大减轻了硬件的负担,又增加了丰富的处理功能。自动化仪表也完全能够进行检索、优化等工作。第二章 压力测量仪表第一节:压力单位n国际单位制(SI)-帕(Pa),n工程大气压-atn标准大气压-atmn毫米汞柱-mmHgn毫米水柱-mmH2O1Pa=1牛/米2(N/m2)1Mpa=1105Pa1公斤力/厘米2(kgf/cm2)=0、0981MPa1巴(bar)=0、1MPa1毫米水柱(mmH2O)=9、8110-6MPa1毫米水银柱(mmHg)=1、33310-3MPa1标准大气压(atm)=0、1013MPa1psi=6、895KPapsi和KPa都是压强(压力,大气压)的单位,前者是磅每平方英寸,后者是千帕(1帕等于1牛顿的力作用在1平方米的面积上所产生的压强)。真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值 真空度=标准大气压力绝对压力工业上所用的压力指示值大多为表压,即压力表的指示值是绝对压力和大气压力之差。第二节:弹性式压力计n 测压原理:各种弹性元件在被测介质压力作用下会产生弹性变形。n 特点及适用场合:结构简单,价格廉价、测压范围宽,测量精度也比较高,在生产过程中获得了最广泛的应用。压力表图片普通压力表耐震压力表电接点压力表双刻度压力表隔膜压力表第三节:电气式压力计n测压原理:把压力转换为电阻、电容、电感或电势等电量,从而实现压力的间接测量。n特点及适用场合:反应较快,测量范围较广、精度可达0、2,便于远距离传送。因此在生产过程中能够实现压力自动检测、自动控制和报警,适用于测量压力变化快、脉动压力、高真空和超高压的场合。第四节:智能型压力变送器n高可靠性的微控制器及高精度温度补偿;n将被测介质的压力信号转换成420mADC标准信号叠加HART数字信号;n支持现场总线基于现场控制;n具有完整的自诊断功能和通讯功能;n零点自动迁移,零点量程外部可调;n通过手持器和PC机可实现远程管理。AMS Trex设备通讯器第五节:压力开关1、压力开关是一种简单的(压力控制装置),当被测压力达到额定值时,压力开关可发出(警报或控制)信号。2、压力开关的工作原理是:当被测压力超过额定值时,弹性元件的自由端(产生位移),直截了当或经过比较后推动(开关元件),改变(开关元件)的通断状态,达到控制被测压力的目的。3、压力开关采纳的弹性元件有(单圈弹簧管)、(膜片)、(膜盒)及(波纹管)等。开关元件有(磁性开关)、(水银开关)、(微动开关)等。4、压力开关的开关形式有(常开式)和(常闭式)两种。5、压力开关的调节方式有(两位式)和(三位式)两种。6、压力开关的参数可调,依实际使用压力范围调节第五节:压力表的选用n压力检测仪表的选择主要包括仪表的型式、量程范围、精度与灵敏度、外形尺寸以及是否需要远传和其他功能,如指示、记录、报警控制等;n必须满足工艺生产过程的要求,包括量程与精度;n必须考虑被测介质的性质,如温度高低、工作压力大小、粘度、易燃易爆程度等;n必须注意仪表安装使用的现场环境条化,如环境温度、电磁场、振动等。第三章 流量测量仪表n 机泵、压缩机的出口流量代表了生产装置的负荷(设备的处理量),),必须进行严格检测和控制。以便为生产操作和控制提供依据。同时,为了进行经济核算,经常需要明白在一段时间(如一班、一天等)内流过的介质总量。因此,介质流量(液体、气体和蒸汽等)是控制生产过程达到优质高产和安全生产以及进行经济核算所必需的一个重要参数。第一节 流量的基本概念n流量(瞬时流量):):单位时间内流过管道某一截面的流体的数量。n累积流量(总流量):):某一时段内流过的流体的总合。瞬时流量在某一时段的累积量。n质量流量(M):(M):单位时间内流过某截面的流体的质量。单位:(kg/s:(kg/s、t/ht/h)n体积流量(Q):(Q):单位时间内流过某截面的流体的体积。(工作状态下)单位:(:(m3/hm3/h)n体积流量(Qn):(Qn):折算到标准的压力和温度下的体积流量。(标准状态下)流量的国际单位是千克/秒(kg/s)(kg/s)、立方米/秒(m3/s)(m3/s)。此外,常用的还有吨/小时(t/h)(t/h)、千克/小时(kg/h)(kg/h)、立方米/小时(m3/h)(m3/h)等;总量的国际单位是千克(kg)(kg)、立方米(m3)(m3)。此外,常用的总量单位还有吨(t)(t)。关于气体,密度受温度、压力变化影响较大,如在常温常压附近,温度每变化10,10,密度变化约为3%;3%;压力每变化10kPa,10kPa,密度约变化3%3%。因此在测量气体流量时,必须同时测量流体的温度和压力。为了便于比较,常将在工作状态下测得的体积流量换算成标准状态下(温度为20,20,压力为101325Pa)101325Pa)的体积流量,用符号QnQn表示,单位符号为Nm3/sNm3/s或Nm3/Nm3/h h。第二节:差压式流量计n 测量原理:在气体的流动管道上装有一个节流装置,其内装有一个孔板,中心开有一个圆孔,其孔径比管道内径小,气体流过孔板时由于孔径变小,截面积收缩,使稳定流动状态被打乱,因而流速将发生变化,速度加快,气体的静压随之降低,因此在孔板前后产生压力降落,即差压(孔板前截面大的地方压力大,通过孔板截面小的地方压力小)。差压的大小和气体流量有确定的数值关系,即流量大时,差压就大,流量小时,差压就小。流量与差压的平方根成正比。1-节流元件 2-引压管路3-三阀组 4-差压计n优点:u 应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;u应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟;u检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。n缺点:u测量精度普遍偏低;u范围度窄,一般仅3:14:1;3:14:1;u现场安装条件要求高;u压损大(指孔板、喷嘴等)。n仪表里标准的三种节流元件:na:孔板nb:喷嘴nc:文丘里管一体化差压式流量计流量孔板第三节:转子流量计n浮子流量计,又称转子流量计,是变面积式流量计的一种,在一根由下向上扩大的垂直锥管中,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的,浮子能够在锥管内自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下运动,与浮子重量平衡后,通过磁耦合传到与刻度盘指示流量。一般分为玻璃和金属转子流量计。金属转子流量计是工业上最常用的,关于小管径腐蚀性介质通常用玻璃材质,由于玻璃材质的本身易碎性,关键的控制点也有用全钛材等贵重金属为材质的转子流量计。n转子流量计的特点:转子流量计是工业上和实验室最常用的一种流量计。它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。转子流量计适用于测量通过管道直径D150mmD1、2的介质,测量范围可达70m;3、供电和输出信号通过一根两芯线缆(回路电路),采纳420mA输出或数字型信号输出;4、非接触式测量安装方便采纳极其稳定的材料牢固耐用,精确可靠分辨率可达1mm;5、不受噪音、蒸汽、粉尘、真空等工况影响;6、不受介质密度和温度的变化,过程压力可达400bar,介质温度可达-200至800;7、安装方式有多种能够选择:顶部安装、侧面安装、旁通管安装、导波管安装;8、调试可多种方式选择:采纳编程模块调试(相当于一个分析处理仪表)、SOFT软件调试、HART手持编程器调试,调试起来方便快捷。第五章 温度检测仪表第一节温度检测方法n接触式测量:即通过测量体与被测介质的接触来测量物体的温度;特点:简单、可靠、测量精度较高。但由于要达到热平衡,因而产生了滞后。而且估计与被测介质产生化学反应。不能应用于特别高温度的测量。n非接触式测量:即通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度。特点:其测温范围特别广,其测温上限原则上不受限制;测温速度比较快,而且能够对运动体进行测量,但一般测温误差较大。化工常用温度计的测温范围:水银玻璃管温度计 -50 300 酒精玻璃管温度计 -50 100 双金属温度计 -50 300 铂热电阻(Pt100)-200 850 铜热电阻(Cu50)-50 150 铂铑10铂热电偶(S型)-50 1750 铂铑13铂热电偶(R型)-50 1750 铂铑30铂铑6热电偶(B型)0 1800 镍铬镍硅热电偶(K型)-270 1350 镍铬硅镍硅热电偶(N型)-270 1300 镍铬铜镍合金(康铜)热电偶(E型)-270 1000 铁铜镍合金(康铜)热电偶(J型)-210 1200 铜铜镍合金(康铜)热电偶(T型)-270 400 辐射式高温计 100 2000 第二节热电偶温度计n热电偶的测温原理:是利用热电偶的热电效应来测量温度的。n热电效应-将任意两种不同的导体A A、B B组成一个闭合回路,只要其连接点l l、2 2温度不同,在回路中就产生热电动势的现象。冷端+-MV只要引自该结点的导线的另一端的温度与结点温度有所不同,该温度差将会在这一点的导线间产生与温度成正比的MVMV电势!温度高的一端称之为热端,反之为冷端.DT热端工艺温度该MV数能够由标准化的标度表格查到!铠装热电偶,是将热电偶丝和绝缘材料一起紧压在金属保护管中制成的热电偶。第三节热电阻温度计n测温原理:是基于金属导体或半导体的电阻会随温度的变化而变化的特性。因此只要测出感温元件热电阻的阻值变化,就可测得被测温度。n特点:测量精度高,在测量500500以下温度时,它的输出信号比热电偶大得多,性能稳定,灵敏度高。另外热电阻温度计的输出是电信号,便于远传,同时又不需要冷端温度补偿。n因此在中低温(-200650)(-200650)测量中得到了广泛的应用。第四节一体化温度变送器n一体化温度变送器是温度传感器与变送器的完美结合,以十分简捷的方式把-200+1600范围内的温度信号转换为二线制420mADC的电信号传输给显示仪、调节器、记录仪、DCS等,实现对温度的精确测量和控制。一体化温度变送器是现代工业现场、科研院所温度测控的更新换代产品,是集散系统、数字总线系统的必备产品。n一体化温度变送器一般由测温探头(热电偶或热电阻传感器)和两线制固体电子单元组成。采纳固体模块形式将测温探头直截了当安装在接线盒内,从而形成一体化的变送器。一体化温度变送器一般分为热电阻和热电偶型两种类型。基于固体受热膨胀原理,测量温度通常是把两片线膨胀系数差异相对特别大的金属片叠焊在一起,构成双金属片感温元件(俗称双金属温度计)。当温度变化时,因双金属片的两种不同材料线膨胀系数差异相对特别大而产生不同的膨胀和收缩,导致双金属片产生弯曲第五节 双金属温度计双金属温度计的结构和特点:双金属温度计的感温双金属元件的形状有平面螺旋型和直线螺旋型两大类,其测温范围大致为-80-80600600,精度等级通常为1 1、5 5级左右。双金属温度计抗振性好,读数方便,但精度不太高,只能用做一般的工业用仪表。第五节 温度开关n温度开关n传统的温度开关多为机械式,其分为:蒸气压力式温控器、液体膨胀式温控器、气体吸附式温控器、金属膨胀式温控器。第六章 自动成份分析仪表第一节:自动成份分析仪表分类n按原理分类:1:1、热导式;2;2、热磁式;3 3、磁压式;4;4、磁机械式;5;5、氧化锆式;6;6、电化学式;7;7、红外线;8;8、工业酸度计;9;9、工业电导仪;10;10、溶解氧;1111、密度计;12;12、有毒气体报警器;13;13、色谱仪;14;14、质谱仪。n按测量介质分类:1 1、气体分析;2 2、液体分析。第二节:自动成份分析仪表组成n被测介质采样处理单元n组分的解析与分离单元n检测器和传感器n信号处理单元n信号显示单元n数据处理及数据库第三节:自动成份分析仪表特点在线分析仪器与实验室分析仪器相比较,有三个显著的特点:第一,过程分析仪器必须有自动取样和试样预处理系统;第二,过程分析仪器必须是完全自动化的,即完全实现自动检测和自动控制;第三,过程分析仪器的精度能够低些,然而必须保证能实现长期运行的稳定性。第四节:取样和预处理系统过程分析仪器出现的同时,就出现了取样预处理系统。取样预处理系统是联系生产过程和仪器主机的桥梁。它不但要习惯仪器较为苛刻的要求,而且要受生产过程恶劣条件的严格制约。预处理系统制造难度不高,但设计难度特别高。一、预处理系统的作用和组成:n预处理系统作用是将取样气加以处理,以满足仪器对样气的要求。预处理系统包括过滤(除尘、除机械杂质)、压力调节(减压或抽引)、温度调节(降温或升温)、有害或干扰成分处理(除油雾、水分、腐蚀性介质等)、流量调节等。辅助环节包括需多点切换、旁路系统、管线吹扫、气体混合、化学反应或转化、管线伴热、排气、排液等。二、取样点选择:n洁净有代表性样气,不能选择层流、涡流或空气漏人;尽估计满足仪器对样气要求(温度、湿度、含尘量、压力、流量、非腐蚀性、非干扰性、取样管尽量短);易燃易爆剧毒介质采样时,应考虑安全取样和环境保护措施;便于保养维护;取样点流速应接近平均流速,圆形截面管道应靠近圆心1/3半径范围内,不能靠近管壁。三、预处理系统的设计原则和依据:n保证一定的反应速度要求。(反应滞后不超过60秒)合理的保存信息。样气要有代表性,组分浓度不致发生变化。达到仪器对样气清洁度的要求。弄清粉尘含量变化规律后选择合理净化方式。样气要有一定的温度、压力、流量,特别是对堵塞使样气中断应采取措施,绝不能让分析器降低要求去习惯粗糙的取样预处理系统。尽估计排除各种估计发生的干扰因素。选择与该流程相习惯的部件和结构材料。(是否有腐蚀性)第五节、红外线气体分析仪红外光是一种比可见光线波长长,比微波的波长短的电磁波,红外分析仪通常使用的红外线波长范围为210m(紫外线分析波长180-330nm),红外线分析仪只能对各组分气体中的某一种成分进行分析。工作原理是依照某些气体对特定波长的红外辐射有选择吸收,且吸收程度与被测气体浓度有关,用于连续测定气体的相对浓度。被测气体经一定波长红外线照射后,会吸收掉一部分红外线能量E,只有通过物质的红外光线的频率与物质分子本身的特定频率相同,这种分子才能吸收红外光线的辐射能。特点:1、能测量多种气体:可分析CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、SO2、NH3等近三十种气体。红外线分析仪不能分析单原子(惰性气体)和双原子气体(氢、氧、氮等)。2、测量范围宽:上限可到100%下限可到几个ppm3、灵敏度高4、测量精度高5、反应快:一般在10秒内6、有良好的选着性第六节热导式气体分析仪是出现最早,种类较多,应用较广的一类在线分析仪器,常用于分析混合气体中的H2、Ar、CO2、NH3、SO2等多种气体的百分含量。n工作原理:基于不同气体具有不同的导热系数,混合气体的导热系数随其组分的百分含量而变化这一物理特性来分析某一组分的百分含量。热导分析仪检测室n采纳铂丝做工作桥臂和参比桥臂的不平衡电桥检测气体热导率。参比臂、内充参比气体,被测气体流过工作臂、,电桥各臂通稳定电流加热至一定温度,当被测气体浓度与参比气体浓度一样时,各桥臂温度一样,电阻值相等,电桥平衡。当被测气体浓度变化,气体热导率改变,工作臂的温度和阻值随之改变,电桥失去平衡产生电信号输出。1000C部分气体的相对热导率Air:1H2:7、130N2:0、998O2:1、015CO2:0、614NH3:0、897Ar:0、658CO:0、964SO2:0、344CH4:1、318第七节、氧含量分析仪在化学工业中,氧气是直截了当参与反应的物质,其含量必须控制在特定界限内。在特别多情况下,氧含量是特别难检测的,低氧量更难准确确定。工业生产中应用氧分析仪越来越广泛。各种原理的氧分析仪都有其应用的局限性。1、磁力机械式氧分析2、磁性压力式氧分析仪3、热磁式氧分析仪4、氧化锆式氧分析仪5、电化学原电池式氧分析仪6、新型燃料电池传感器氧分析仪n按工作原理分类:n磁力机械式氧分析仪1、磁力机械式氧分析仪又称哑铃式氧分析仪,是利用氧的顺磁性原理(法拉第原理)。2、氧分子在磁场中有特别强的顺磁性,是区分氧气与样气中其他气体成分的有效手段。3、氧分析仪的传感器由一对充满氮气的石英玻璃哑铃球组成,哑铃球周围环绕有一根铂丝,形成电反馈回路,哑铃球悬垂在磁场中,正中装有一个小反射镜。4、当哑铃周围有氧分子时,在磁场作用下,氧分子被磁场吸引而形成一定的压力差,推动哑铃球体发生偏转。5、氧浓度越高,偏转角度越大。6、由光源、反射镜及光敏元件组成的周密光学系统测出这一偏转并转换成电信号。7、该信号由放大器放大后,经反馈电路形成电流回路,在磁场作用下,迫使哑铃回复原平衡位置。此回路中电流值与氧浓度成正比。n热磁式氧分析仪1、工作原理:利用具有极高磁化率的氧气,在非均匀磁场作用下形成“热磁对流”(磁风),对敏感元件产生冷却作用而工作的。2、不含氧的混合气体进入测量环室,则气体分两路经过环型气路两旁通道流出环室。处于环室气路中间的水平管道,因其两端气压相同,故不形成气流。3、当有氧的混合气体进入环室时,氧被吸入水平管道的磁场内。由于水平管道上绕有被加热的铂丝电桥臂I、,进入的氧将受热而温度升高。4、由于氧的磁化率随温度升高而降低,如此就减弱了磁场对它们的吸引力,受热的氧分子将不断被冷的氧分子所补充而排出磁场。5、因此,在水平管道中形成了氧的对流,一般称之为“热磁对流”或称“磁风”。第七章 自动控制系统第一节:集散控制系统n集散控制系统也叫分布式控制系统,即Distributed Distributed Control Control SystemSystem,缩写为DCSDCS,是集计算机技术(puterputer)、控制技术(ControlControl)、通讯技术(municationmunication)和显示技术(CRTCRT)为一体的综合性高技术产品。nDCSDCS通过操作站对整个工艺过程进行集中监视、操作、管理,通过控制站对工艺过程各部分进行分散控制,既不同于常规的仪表控制系统,也不同于集中式的计算机控制系统,而是集中了两者的优点,克服了它们各自的不足。DCSDCS以其可靠性、灵活性,人机界面的友好性以及通讯的方便性等特 点 日 益 被 广 泛 应 用。最 早 是 美 国 霍 尼 威 尔(HONEYWELLHONEYWELL)公司推出的TDCTDC20002000。nDCS的特点u控制功能多样化。一般都有几十种运算控制算法或其他数学和逻辑功能,如四则运算、逻辑运算、前馈、PIDPID控制、顺序控制,以及各种联锁报警功能并可依照控制对象的不同要求,将这些功能有机地组合运用,能方便地满足系统的要求。u操作简便。配备了灵活而功能强大的人机接口,如CRTCRT、键盘(系统也提供专用的功能键)、打印机(打印需要的信息及报表)等。u系统便于扩展。DCSDCS的部件设计采纳积木式的结构,可模板、模块、卡件、控制柜和站为单位逐步增加,形成更大规模的控制系统。u维护方便。DCSDCS配有智能的自动故障诊断功能,内部设计是依照标准化、积木化、系列化进行的,便于装配和更换。u可靠性高。DCSDCS是监视集中,而控制分散,同时在设计中差不多考虑到有联锁保护功能、诊断功能、冗余措施等,使系统的可靠性大大提高。u便于与其他计算机联网。DCSDCS配有高、中、低不同速率和不同模式的通讯接口,可方便地与个人计算机或其他大型计算机联网,组成工厂自动化综合控制和管理系统。24nDCS控制原理:DCS控制系统是将控制回路集中在控制机柜内,在操作站上进行集中的控制和管理。测量信号通过信号电缆接至DCS输入卡件,经过DCS卡件转换为数字信号送至控制器,在控制器中与给定值进行比较(假如是仅显示,在控制器中进行量程转换、与报警值比较等运算后直截了当显示在操作站上),依照设定的正反作用、PID参数计算出输出信号,然后此输出信号送给输出卡件,经过输出卡件转换为模拟信号四420mA标准信号,通过信号电缆送至调节阀进行调节。也能够输出开关量信号,用于控制两位式阀门或其他工艺设备。第二节:SIS安全仪表系统nSISSIS是英文SAFE SAFE INSTRUMENT INSTRUMENT SYSTEM SYSTEM 安全仪表系统的缩写。这种专用的安全保护系统是9090年代发展起来的,以它的高可靠性和灵活性而受到一致好评。nSISSIS系统依照安全独立原则要求,独立于DCSDCS集散控制系统,其安全级别高于DCSDCS。在正常情况下,SISSIS系统是处于静态的,不需要人为干预。作为安全保护系统,凌驾于生产过程控制之上,实时在线监测装置的安全性。只有当生产装置出现紧急情况时,不需要经过DCSDCS系统,而直截了当由SISSIS发出保护联锁信号,对现场设备进行安全保护,幸免危险扩散造成巨大损失。n为何要独立设置SIS系统呢？当然一般安全联锁保护功能也可由DCS来实现。然而关于较大规模的紧急停车系统应依照安全独立原则与DCS分开设置,如此做主要有以下几方面原因:(1 1)降低控制功能和安全功能同时失效的概率,当维护DCSDCS部分故障时也可不能危及安全保护系统;(2 2)关于大型装置或旋转机械设备而言,紧急停车系统响应速度越快越好。这有利于保护设备,幸免事故扩大;并有利于分辨事故原因记录。而DCSDCS处理大量过程监测信息,因此其响应速度难以作得特别快;(3 3)DCSDCS系统是过程控制系统,是动态的,需要人工频繁的干预,这有估计引起人为误动作;而ESDESD是静态的,不需要人为干预,如此设置ESDESD能够幸免人为误动作。(4 4)国家安全法律法规的规定关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见(安监总管三2014116号、pdfGBT50770-2013石油化工安全仪表系统设计规范、pdfn作为一个安全保护系统通常应具备如下特征 24u独立于其他控制系统 u是一套硬件冗余的系统,单点故障可不能导致停车u能够带电热插拔卡件 u具有全面的在线自诊断并带有故障报警指示 u系统是故障安全型 u具有相当快的扫描时间 u在线修改下装功能 u在线对点的强制功能 u下装前的离线仿真及比较功能 u具有 SOE SOE 事件顺序纪录功能 I/O卡件类型nI/O卡件的常用类型有以下几种:n模拟信号输入AI(1-5V电压或4-20mA)n模拟信号输出AO(4-20mA)n数字信号输入DIn数字信号输出DOn热电阻信号输入RTDn脉冲输入卡PI横河系统PI图中常见的仪表字母含义n举例nPDT-2120nP代表压力nD代表差压nT代表传送或变送器字母首位字母后继字母被测变量修饰词读出功能输出功能修饰词A分析报警C电导率控制D密度差E电压检测元件F流量比率G毒性气体或可燃性气体视镜、观察H手动高I电流指示控制流程图字母意义控制流程图字母意义过程测量与控制仪表的功能标志及图形符号字母首位字母后继字母被测变量修饰词读出功能输出功能修饰词L物位灯低P压力、真空Q数量积算、累计R核辐射记录S速度、频率安全开关、联锁G毒性气体或可燃性气体视镜、观察T温度传送控制流程图字母意义控制流程图字母意义过程测量与控制仪表的功能标志及图形符号 第八章 执行器第一节:调节阀的组成及分类n调节阀又称控制阀,它是过程控制系统中用动力操作去改变流体流量的装置。调节阀由执行机构和阀组成,执行机构起推动作用,而阀起调节流量的作用。n调节阀的产品类型特别多,按其能源方式不同主要分为气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀、智能调节阀四大类,我厂现在使用的基本上是气动调节阀,即以压缩空气为动力源的调节阀。在此仅介绍气动调节阀的组成与分类。n按调节型式:调节型、切断型、调节切断型三种n按移动型式:直行程和角行程两种n按流量特性:直线、等百分比、抛物线、快开四种n按上阀盖型式:普通型、散热型、长颈型、波纹管密封型四种n按阀芯形状:平板形、柱塞形、窗口形、套筒形、多级形、偏旋形、蝶形、球形等第二节:气动执行机构n执行机构是将控制信号转换成相应的动作来控制阀内截流件的位置或其它调节机构的装置。它按信号压力的大小产生相应的推力,使推杆产生相应的位移,而带动调节阀芯动作,达到调节的目的。n气动薄膜执行机构它是最常用的机构,其结构简单、动作可靠、维修方便、价格低廉。气动薄膜执行机构分正作用和反作用两种型式,国产型号为ZMA(正作用)和ZMB(反作用)。信号压力一般是20100kPa,膜片使用信号压力不应大于250kPa,气源压力的最大值为500kPa。信号压力增加时推杆向下动作的叫正作用执行机构;信号压力增加时推杆向上动作的叫反作用执行机构。其均由上、下膜盖、波纹薄膜片、推杆、托盘、支架、压缩弹簧、弹簧座、调节件、标尺等组成。在正作用执行机构上加一个装有O形密封圈的填块,只要更换个别零件,即可变为反作用执行机构。n气动活塞式执行机构气动活塞式执行机构主要是由气缸、活塞、气缸盖、密封圈、支架、推杆、调节件、限位螺栓、标尺等组成。它有带弹簧和不带弹簧两种结构形式。其气缸允许操作压力可达700kPa,故输出力大,适用于高压差、高静压及紧急切断等场合。按输出特性它分比例式和两位式两种。所谓比例式是指输入信号压力与推杆的行程成比例关系,这时它必须带阀门定位器。两位式是依照输入执行机构活塞两侧的操作压力差来完成的。活塞由高压侧推向低压侧,就使推杆由一个极端位置移到另一个极端位置,故其只控制阀的开关动作(二位式一般为无弹簧结构)。活塞执行机构的行程一般为10100mm或090第三节:阀n阀是调节阀的调节部分,它直截了当与介质接触,由执行机构推杆的位移,改变调节阀内的节流面积,达到调节的作用。阀是由阀体、上阀盖组件、下阀盖、阀内件等组成。上阀盖组件包括上阀盖和填料函及填料。阀内件是指与流体接触并可拆卸的,起到改变节流面积和截流件导向等作用的零件总称,例如阀芯、阀座、阀杆、导向套、套筒等。n直通单、双座调节阀它们均由上、下阀盖、阀体、阀芯、阀座、阀杆、填料和压板等零部件组成。上、下阀盖都装有衬套,为阀芯移动起导向作用;由于上、下都有导向作用,故称为双导向,但对公称直径DN25mm的调节阀一般无下阀盖,阀芯为单导向。单座阀特点是泄漏量小、易于保证关闭,但介质对阀芯推力大即不平衡力大。双座阀的特点是流通能力较单座阀大约2025%,不平衡力小,允许压差大,然而泄漏量较大。依照实际使用情况,着重介绍下面几类阀的使用特点:n角形阀角形调节阀阀体为直角形结构,它流路简单,阻力小,适用于高压差、高粘度,含悬浮物和颗粒状物质流体的调节,能够幸免结焦、堵塞,也便于自净和清洗。其一般使用于底进侧出的场合,如此可使调节阀有较好的稳定性。但在高压差或颗粒多的场合下,为延长阀芯使用寿命,可采纳侧进底出,但这时在开度小时容易产生振荡。n高压调节阀高压阀是一种适用于高静压和高压差调节的特别阀门,为多角形单座结构,最大公称压力可达32MPa。这种阀的阀体多为锻造结构,填料函与阀体做成一体,阀座与下阀体分开,该结构简单,内件易配换。但阀芯为单导向结构,只能用正装式,因不平衡力大,一般要配用阀门定位器。n套筒调节阀套筒阀也称笼式阀,它的阀体与一般直通单座阀相似,但阀内有一个圆柱形套筒,依照流通能力的大小要求,套筒开有四个、两个或一个的窗口,窗口形状由何种流量特性来取决。阀芯利用套筒导向在其中上下移,来改变窗口的节流面积,形成各种流量特性并实现流量调节。由于套筒阀采纳平衡型的阀芯结构,阀芯和套筒侧面导向,因此不平衡力小,稳定性好,不易振荡,允许调节压差也大,且维修方便并有降噪声的作用。n蝶阀蝶阀的形式较多,除普通型外,还有高温型、切断型、偏心型、软密封型,以及采纳各种不同作用的阀板构成的蝶阀。它阻力小,结构紧凑,寿命长,特别适用于低压差、大口径、大流量气体和带有悬浮物流体的场合,一般泄漏较大。但也有高性能、低泄漏量的蝶阀结构,如我厂空分系统用的软密封切断、调节蝶阀。它的流量特性在转角60前与等百分比相似,60以后转矩增大,工作不稳定,特性变差,故蝶阀常在75转角范围内使用。n球阀气动球阀按阀芯型式可分为O形球阀和V形球阀,从全开位置到全关位置的转角为90。nO形球阀:其球体上开有一个直径与管道直径相等的通孔,球体可在密封座中旋转。一般作二位调节用,流量特性为快开。其特点是结构简单,维修方便,密封可靠,流通能力大,流体进入阀门没有方向性。nV形球阀:它的球体上开有一个V形口,随着球的旋转,开口面积发生变化,但开口面形状始终保持为三角形,流量特性近似等百分比,可调比大。特点与O形球阀类似,但其V形口与阀座之间具有剪切作用,适用于纤维状、浆状的流体,关闭性能好。n偏心旋转调节阀偏旋阀又称凸轮挠曲阀,它动作过程是球面阀芯的中心线与转轴中心偏离,转轴带动阀芯偏心旋转,由于这种偏转运动,使阀芯向前下方进入阀座,工作时转轴运行是由气动执行机构来驱动,推杆的运动通曲柄传给转轴。该阀特点是阀芯与阀座闭合时依靠柔臂的弹性变形,自动对中,密封性好,泄漏量小,流路简单,流体阻力小,流通能力大,不平衡力小,可耐受较高温度,允许压差大,且结构简单,体积小重量轻,价格低廉。感谢您的聆听！