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1、过程控制技术,第三十一讲 自控设备的表达,化学工业出版社 ,8 过程控制工程设计,8.3 自控设备的表达 8.3.1 仪表自动化设备的选型 生产过程自动化的实现，不仅需要制定合理的控制方案，而且需要正确地选用自动化仪表。工业自动化仪表的类型很多，品种，规格各异。因此，在仪表选型时，应该遵循有关设计原则和标准，根据实际需要，查阅仪表产品目录、选型样本和使用说明书等技术资料，通过比较和分析，最终选择合适的仪表。,8 过程控制工程设计,一、测量仪表的选型 （一）温度测量仪表的选型 1.就地检测的温度仪表选型 一般情况下就地温度测量仪表可选用双金属温度计，刻度盘直径选用100mm，安装位置较高或观察距
2、离较远时选用150mm。 压力式温度计适用于-80以下的低温或环境较恶劣场合的介质的温度测量。,8 过程控制工程设计,2、集中检测的温度仪表选型 （1）检出元件。检出元件的类型应根据工艺要求的测温范围确定，检出元件保护套管材质应不低于工艺管道的材质，并尽可能选用定型产品。 测量含有固体颗粒的流体温度时，应选用耐磨热电偶、热电阻；测量爆炸、危险场所的介质温度时可选用隔爆型热电偶、热电阻；测量设备或管道外壁温度时，可选用表面热电偶、热电阻；对检出元件有弯曲安装或快速响应要求以及设计认为必要的场合，可选用铠装热电偶、热电阻。,8 过程控制工程设计,根据系统对响应速度的要求，可选用普通型（1.53mi
3、n）、小惰性型（4590s）、铠装型（520s）。根据环境条件，对接线盒可选用普通式、防溅式、防水式和隔爆式。 热电偶、热电阻一般可选用螺纹连接方式。当测量设备上有衬里或管道为有色金属管道、测量结焦淤浆、强腐蚀、剧毒、粉状等介质温度以及测量触媒层多点温度时，宜采用法兰连接。 设备上安装的检出元件保护套管的插入深度应根据工艺要求使感温元件位于具有代表性的热区域。,8 过程控制工程设计,（2）变送器 。 需要以标准信号传输的场合，应选用温度变送器。单变量检测系统也可不采用温度变送器，而直接与盘装仪表配套。,8 过程控制工程设计,（二）压力测量仪表选型 1. 就地指示压力表选型 一般介质的压力测量仪
4、表，可根据工艺要求，按照检测仪表教材中所介绍的弹性式压力表等仪表的测量范围和使用场合选用，多采用弹簧管压力表。对于特殊介质，应选用专用压力表。例如，对含氨介质的测量，应选用氨用压力表；对于氧气的测量，应选用氧气压力表；对于含有腐蚀性介质的测量，应选用耐酸压力表或防腐型膜片式压力表；对于粘稠非腐蚀介质的测量，宜选用膜片式压力表；对于剧烈脉动介质的测量，可选用耐振压力表。 弹簧管压力表、膜盒式压力表和膜片式压力表的精度根据工艺要求一般用1.5或2.5级,8 过程控制工程设计,2. 压力变送器选型 需要采用标准信号时，一般应配用压力变送器。对于爆炸和火灾危险场所，应采用防爆型电动压力变送器。测量微压
5、时可采用微压或微压差变送器。根据被测介质的性质（粘稠和腐蚀等）、环境条件和测量要求还可选用膜片式变送器。,8 过程控制工程设计,3. 压力表和变送器的量程选择 测量稳定压力时，正常操作压力应为量程的1/32/3；测量脉动压力时，正常操作压力应为量程的1/31/2；测量高压时，正常操作压力不应超过量程的3/5。,8 过程控制工程设计,（三）流量测量仪表选型 流量测量仪表的种类很多，选型的因素也是多方面的，从结构简单、性能可靠、安装方便、成本低廉的角度考虑，一般首选节流装置，只有当节流装置不能满足要求时，再考虑选用其它类型的流量计。 用于计量的流量计，其精度宜高于1级。 体积流量单位可选用m3/h
6、，l/h；质量流量的单位可选用kg/h，t/h。,8 过程控制工程设计,1.一般流体（气体、液体、蒸汽）流量测量仪表选型 （1）差压式流量计。 一般流体的流量测量，应选用标准节流装置。取压方式可采用角接取压或法兰取压。 差压变送器的差压范围的选择应根据工艺要求计算确定，一般低差压宜选用6kPa、10kPa；中差压宜选16kPa、25kPa；高差压宜选40kPa、60kPa。 其它差压式流量计的选用，可参照检测仪表教材中所介绍的方法进行。为了提高测量精确度，对于温度和压力变动较大的流体，应采取温度压力补偿措施；当管道直管段长度不足或管内产生旋转流时，可考虑流体校正措施。,8 过程控制工程设计,（
7、2）面积式流量计。对于中、小流量、微流量，其介质透明，粘度较高但对玻璃不粘附，对金属有腐蚀性、易凝结、易汽化流体的流量测量，当量程比不大于10:1，需就地指示时，可采取玻璃转子流量计。 对易汽化的液体、有毒、易燃、易爆，对不锈钢（1Cr18Ni9Ti）无腐蚀性的气体或蒸汽、不含磁性物质、纤维和磨损性物质的流体流量，当需要就地指示或远传信号时，应选用普通型金属转子流量计。当要求被测介质加热或冷却时，应选用带夹套金属转子流量计。当介质有腐蚀性时，可采用防腐型金属转子流量计。,8 过程控制工程设计,（3）速度式流量计对粘度较高，含少量固体颗粒液体的流量测量，当要求精度不高于1.5级，量程比不大于3:
8、1时，可采用靶式流量计。 对有腐蚀性、粘度较低的洁净气体或液体的大、中流量测量，可采用卡门式旋涡流量计。 对于洁净且有润滑性的液体及洁净气体，当对精确度要求较高的流量进行测量同时对压力损失无严格限制时，可采用测液体及测气体腰轮流量计。 就地显示水的流量，当量程比要求小于30:1时，可用水表。,8 过程控制工程设计,2. 特殊流体（腐蚀、导电、带固体颗粒、高粘度）流量测量仪表选型 对于导电率大于10-4S/cm的酸、碱、盐、氨水、泥浆、矿浆等液体流量测量，可选用电磁流量计。 洁净、粘度较大的液体，当要求较准确的流量测量且量程比小于10：1时，可采用椭圆齿轮流量计。对于微小流量，可选用微型椭圆齿轮
9、流量计。对于符合腰轮及靶式流量计测量要求的，可选用腰轮及靶式流量计。 对于大管道中洁净气体、蒸汽、液体的流量测量，当要求压力损失较小时，可选用笛形均速管流量计、插入式旋涡流量计等。 自由落下的粉粒及块状固体流量测量，当要求封闭传送物料时，宜选用冲量式流量计。,8 过程控制工程设计,（四）物位测量仪表选型 1. 一般原则 液位和界面测量，一般选用差压式、浮筒式和浮子式仪表。当上述仪表不能满足要求时，可选用电容式、电阻式、声波式等其它仪表。 料位测量，应根据物料的粒度、物料的安息角、物料的导电性能、料仓的结构形式及测量要求进行选择。例如采用电容式、电阻式、声波式等测量仪表。,8 过程控制工程设计,
10、仪表的结构形式及材质，应根据被测介质的特性选择，主要考虑的因素为压力、温度、测量范围、腐蚀性、导电性；是否存在聚合、沉淀、汽化、粘稠、结膜、起泡等现象；密度大小及密度变化情况；清洁及脏污的程度；液面扰动的程度以及固体物料的粒度。除供容积计量外，一般应使正常物位处于仪表量程的50% 左右。 用于可燃性气体、蒸汽及可燃性粉尘等爆炸危险场所的电子式物位仪表，应根据所确定的危险场所的类别以及被测介质的危险程度，选择合适的防爆结构型式或采取其它的防护措施。,8 过程控制工程设计,2. 常用液面和界面测量仪表的选型 （1）差压式测量仪表。差压式测量仪表适用于液面的连续测量。当选用隔离型结构或采用隔离、吹洗
11、措施时，常用于难以处理的工艺液体的液面测量。当用于界面测量时，应注意总液面始终高于上部取压口。在正常情况下，液体密度发生明显变化的对象应考虑密度补偿。 腐蚀性、结晶性、粘稠性、易汽化、含悬浮物液体宜用平法兰式差压仪表。高结晶、高粘性、结胶性、沉淀性液体宜选用法兰插入式差压仪表。当气相有大量冷凝物或沉淀物析出时，宜选用双法兰式差压仪表。以上介质难于使用法兰式差压仪表测量时，可利用吹气或冲液的方法进行测量。,8 过程控制工程设计,用差压式仪表测量锅炉汽包液面时，所采用的双室平衡容器应进行温度补偿。 差压式仪表的正、负迁移量应在选择仪表量程时加以考虑，迁移量的数值应根据仪表的结构形式、测量要求、仪表
12、安装高度、辅助容器的位置等情况确定。,8 过程控制工程设计,（2）浮筒式测量仪表。 浮筒式测量仪表适用于测量范围在2000mm以内，相对密度为0.51.5的液体液面连续测量，以及测量范围在1200mm以内，相对密度为0.10.5的液体界面连续测量。浮筒式测量仪表必须用于对清洁液体的测量。真空对象、易汽化液体的测量、就地指示或控制的对象等宜选用浮筒式测量仪表。 内浮筒用于开口贮槽、敞开贮液池的液面测量。对于在操作温度下不结晶、不粘稠，但在环境温度下可能结晶或粘稠的液体液面测量宜用内浮筒。对不允许轻易停车的工艺设备，应采用外浮筒。,8 过程控制工程设计,（3）浮子式测量仪表 。 浮子式测量仪表适用
13、于大型贮槽清洁液体液面的连续测量和容积计量，以及各类贮槽清洁液体液面和界面的位式测量。用于界面测量时，两种液体的相对密度应恒定，且相对密度差不小于0.2。脏污的、粘性的液体以及环境温度下结冻的液体，不应采用浮子式仪表。 大型贮槽液体的液位或容积连续计量，宜选用钢带浮子液面计。有毒液体或其它危险性液体的测量，宜选用磁性浮子式液面计，如翻版液面计。内浮子式液位仪表，为防止浮子的漂移，应有导向设施；为防止浮子受液面扰动的影响，应有平衡套管。,8 过程控制工程设计,（4）电容式测量仪表。电容式液位测量仪表适用于腐蚀性液体、沉淀性液体以及其它流体的液面测量和位式测量。液面计的具体型号、电极结构形式、电极
14、材料，应根据被测介质的电气性能和工艺容器的材质等因素确定。对于粘附电极的液体，为了消除虚假液面，电极表面应选择具有与被测液体亲和力小的材料，或采取自动清洗措施。当液体为非导电性时，可以采用裸电极。 电容式测量仪表易受电磁干扰的影响。应采用屏蔽型延伸电缆，或采取其它抗电磁干扰措施。,8 过程控制工程设计,（5）电阻式测量仪表。 电阻式测量仪表适用于导电液体液面的位式测量，主要用于水位的报警和控制，也可用于导电液体和非导电液体的界面位式测量。其它导电液体由于容易使电极结垢、生锈、腐蚀，以及使工艺介质发生电解，一般不宜采用电阻式仪表。,8 过程控制工程设计,二、显示控制仪表选型 仪表的指示、记录、积
15、算、报警、控制、手动遥控等功能，应根据工艺过程的实际需要选用。对工艺过程影响不大，但需经常监视的变量，宜设指示；必须操作的变量，宜设手动遥控；对需要经常了解其变化趋势的变量，宜设记录。对可能影响生产或安全的变量，宜设报警。对要求计量或经济核算的变量，宜设积算。对工艺过程影响较大，需要及时监控的变量，宜设控制。,8 过程控制工程设计,仪表精确度的选择，应按工艺过程的要求和变量的重要程度进行。一般指示仪表的精度不应低于1.0级，记录仪表的精度不应低于1.5级。就地安装仪表的精确度可略低。构成显示、控制回路的各仪表的精确度要匹配。 仪表的量程应按正常生产条件选取，同时还必须考虑开（停）车、生产故障及
16、事故状态下变量的预计变动范围。,8 过程控制工程设计,对于0100%线性刻度的仪表，变量的正常值宜使用在读数为50%70%的范围，最大值可用到90%，读数在10%以下不宜使用。液位正常值一般用在读数的50%左右。对于010的方根刻度，变量的正常值宜使用在读数为78.5的范围内，最大可用到9.5，读数为3以下的范围不宜使用。,8 过程控制工程设计,（一）显示仪表选型 总体上应根据安装的环境条件进行选择。例如，在控制室仪表盘上安装的仪表，宜选用条形仪表和长图自动平衡式仪表；需要密集安装时，宜用小型仪表，需要显示醒目时，宜选用大、中型仪表；在现场仪表盘上安装的仪表，可选用圆图自动平衡式仪表。 要求显示速度快，示值精确度高、读数直接而方便时，可选用数字显示仪表。为了提高分辩率，可选用带量程切换装置的自动平衡式仪表。 对于液位指示，为了醒目、逼真、形象化，可选用0100%线性刻度的单色带或双色带指示仪。,8 过程控制工程设计,（二）控制仪表选型 根据设计项目的具体情况，可选用单元组合仪表、组装式仪表、数字控制仪表等。 在选择常规控制仪表时
