2023年仪表培训教材.docx
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1、2023年仪表培训教材 仪表及自动控制系统的设计 前言 首先,非常荣幸有机会与各位进行交流,对工作中的一些经验和体会与大家分享,也期待大家能为上海石化仪表队伍注入了新鲜血液与活力,赢得好的发展。 今天主要以工程项目的进程过程为主线,讲讲各阶段仪表和控制系统所涉及的内容、涉及的标准规范、需注意的问题等等,如果大家有兴趣,也可以与我们交流一下! (PPT) 仪表及自动控制系统重要性 仪表及自控技术是伴随着生产过程发展起来的,在石油化工生产中发挥很重要的作用。(PPT) 它可以提高劳动生产率,减少人工操作,改善劳动条件,延长设备使用寿命,提高设备利用率,实现生产过程自动化,获得更多更好的产品,还可以
2、保证生产装置安全运行,发生事故时紧急停车,保证操作人员的人身安全等,此外,在减少污染、环境保护等方面起到重要的作用,因此,在现代化工业中,每一个生产过程总是和相应的仪表及自控技术同时出现和存在的。 随着工业技术的发展,生产过程的工艺条件越来越严格,如高温、高压、高速、易燃、易爆,强腐蚀、剧毒等等,要求先进的功能强大的控制系统实现控制,但是无论多么复杂的系统,其功能主要归结为: 1、利用仪表测量并监视工艺参数。 2、变送、远传并远距离的传递测量结果和控制信号。 3、将测量结果与设定值进行比较,按其偏差进行控制。 4、安全联锁保护及紧急状态自动停车。 5、按照对象的数学模型进行控制。 6、使用控制
3、系统进行控制和管理。 上述这些功能都是通过仪表设备及控制系统实现的,因此说,仪表及自动控制系统在石化生产中起到很重要的作用,生产过程的自动化主要就是合理地采用仪表及自动控制系统的结果。 自控设计的主要的目的设计也是合理的配置仪表及控制系统(经济合理、 1 方案合理、功能合理、规范的合理)自控技术高速发展,市场上有很多仪表产品、先进的控制系统给合理的配置仪表及控制系统提供了解决的方案。 合适是最好的,不是最好的是合适的。 仪表及自动控制系统发展趋势 仪表智能化,以模拟量信号为主。 安全认证仪表推向市场。 控制系统功能强大,多系统互相融合、渗透 中央控制室集中设置。 分析仪表应用广泛 无线仪表。
4、输入信号以模拟量为主,尽量少用开关量输入信号。 现场仪表的智能化,并配置仪表设备管理站,给组态/调校/管理带来了方便。采用420mA叠加数字信号的HART通讯智能化仪表,属于当今主流应用水平。现场总线作为新型的技术方案,底层现场仪表采用全数字格式,在一些合资装置也有应用。 大型机组采用ITCC机组监控系统,集成了轴系仪表、超速保护、防喘振控制,以及辅机的监控和保护。 DCS和PLC的控制领域正在相互渗透,增加了顺序控制和批量控制的DCS正大量运用;而PLC也已开发了回路控制的功能,并且已经集成到主控制器中。但是,主流方案还是明确的:根据工艺生产是以回路控制为主,还是顺序/批量控制为主来进行综合
5、考虑。 大型联合装置的监控模式:设置中心(联合)控制室,工艺装置/单元设置机柜室(外站)。 分支电缆采用钢丝编织铠装结构,主电缆为非铠装。电缆敷设以槽盒为主,局部区域仍采用穿钢管敷设,如塔上仪表,要求防火的罐区等等。 电缆引入采用格兰密封头,黄铜涂锌,增安隔爆复合型,IP67。电缆进线螺纹采用公制。 2 功能安全仪表快速发展,大量功能安全认证仪表推向市场 自动化仪表与企业的信息化集成和整合 系统的维护与仪表诊断 仪表及控制系统设计是随着工程项目的程序逐渐深入进行的。(过渡) 工程项目的程序 工程项目建设分阶段进行,有利于项目建设逐步深入,可节约时间与人力;有利于有效的控制投资,有利于建设单位安
6、排生产。 建设项目的程序主要分为:(PPT) 上述工程项目的4个阶段,前2个阶段应该为工程项目咨询服务阶段,后2个阶段为项目的设计阶段(项目建设的整体程序:施工阶段、施工验收阶段、项目总结评价阶段)。着重讲讲咨询和设计阶段的内容。 项目建议书:主要说明项目建设的必要性,同时也初步分析项目的可能性,对于大中型项目,它是投资决策前对建设项目的轮廓设想,是根据国民经济长远规划和产业布局的要求,结合自然资源和现有生产力分布,在进行初步的、广泛的调查研究的基础上提出的。 可行性研究报告:是对新建工程的一些主要问题,如市场需求、资源条件、产业布局、产品品种、工艺流程、建设规模、外部条件、基建投资、经济效益
7、、竞争能力,从技术和经济以及环境保护等,通过分析计算与方案比较,对建设项目进行科学论证和综合评价,对投资决策提供可靠的依据。 项目建议书与可行性研究两个阶段统称工程项目建设的前期工作阶段,通常,这两个阶段是以可行性研究报告(暨项目建议书)的型式合二为一,这样,其实是缩短了审查部门的审查程序,在可研之前进行环境评价、安全评价、职业评价。 基础工程设计是在工艺包的基础上进行工程化的一个工程设计阶段,所有的技术原则和技术方案都必须在这个阶段确定下来,还要为提高工程质量、控制工程投资、确保建设进度提供条件。 专篇:消防设计专篇、环境保护专篇(以专业机构的环境评价报告为依据)、3 安全设施设计专篇(以专
8、业机构的安全评价报告为依据)、职业卫生专篇、节能专篇、抗震设防专篇等。 详细工程设计是为工程施工而准备的、建立在批复的工程内容基础上、以各类设备订货资料为依据的工程设计阶段。 竣工图将施工中发生设计变更的内容对原设计文件进行修改,修改完成后要加盖竣工章,以完成项目的交工资料。 工程项目设计各阶段仪表专业工作内容 仪表及自动控制专业工程设计,是将生产过程自动化的各种方案,用设计文件和设计图纸的方式表达出来的完整工作过程。 设计文件和图纸的用途有: 作为提供给上级部门审批的技术文件,以便上级部门对该建设项目进行审批; 作为采购部门采购仪表设备的技术依据; 作为施工建设单位进行施工安装、调试的依据;
9、 作为工厂稳定运行、维护、维修的技术依托文件。 仪表专业是为工艺服务的,但又是工艺先进、安全、可靠的重要保证,应充分认识到仪表专业的重要性,在项目建设的初期阶段就应当有仪表专业技术人员充分参加意见,而仪表设计人员在设计过程中,一定要与工艺的设计、计划与施工相吻合,并充分考虑专业施工的可能和方便以便工厂投产后的管理工作。 项目建议书: 此阶段主要完成项目建议书,提出拟建项目的轮廓设想,论述项目的必要性、主要建设条件和获利的可能性等等,这个阶段根据工艺总体设想,作出体现本装置自动化控制系统和仪表选型水平的方案,简单的对自动化水平、控制室、仪表选型进行描述,提出投资估算,配合完成项目建议书。(现上海
10、石化投资项目这部分内容由业主完成立项,设计院配合业主申请项目) 4 可行性研究阶段: 对于整个项目,在该阶段应当确定主要的成品和原料的关系,决定生产规模,工艺路线,进行物料平衡和热平衡的计算,另一方面要估算总投资费用并研究其经济效益。 仪表技术人员应大致估计对仪表的特殊要求,对仪表的信号类型,自动化水平等作出基本方案,还要对仪表费用做出估算。 对于可研阶段的工作内容,中石化有其编制规定要求,当然中石油或其它行业都出台过其行业内的可研编制规定,我们公司与中石化的企业接触较多,所以我们通常都会选择中石化的编制规定作为设计依据。 (看规范石油化工项目可行性研究报告编制规定)可研的主要要求:(着重说明
11、) 1、说明装置的自动化水平、控制规模和主要的控制方案。 2、按照先进、适用的原则,提出项目拟采用的先进控制系统和选用的主要仪表,提出配套增加的信息基础设施,信息控制和管理系统,并列出推荐方案的仪表一览表。 3、说明控制室、仪表供电、仪表用气方案。 4、对于新建厂和全厂性技术改造项目,说明如果用信息技术提升企业管理和运营水平。 可行性研究阶段仪表内容样板 基础设计阶段: 1、确定控制方案(PPT) 根据整个工程的基础设计原则,确定工艺条件和主要工艺设备的选型和材质,完成物料平衡和热平衡表,取得生产流程并绘制工艺流程图。 在对工艺过程的操作方式,操作频繁程度及安全措施等充分理解的基础上,制定仪表
12、和控制系统的总体方案,确定主要的控制回路,进行主要的仪表选型,决定其特殊材质等。 2、绘制P&ID图(PPT) 绘制P&ID图时必须考虑到:开车和停车的操作方法,正常运行时的操作条件及紧急停车状态下应采取的措施。 5 P&ID图是在工艺流程图的基础上,标出全部检测及控制系统,而且在考虑到各种条件下操作方式的同时,表明仪表的大致安装位置和特殊要求。在确定检测及控制方案时,应考虑到仪表的选型,但其规格不必要在P&ID图中表现出来。 在绘制P&ID图过程中,工艺和仪表的专业技术人员应充分协商,以确定出先进而切实的控制方案。 3、制定仪表清单和仪表规格书(PPT) 根据P&ID图及工艺专业提供的数据表
13、,确定全部仪表的详细规格,按回路列出仪表索引表,在按照仪表类型编制仪表规格书,列出仪表汇总表。 4、制定仪表材料表和相关图纸(PPT) 根据建设项目的设备布置图,绘制控制室布置图和主桥架布置图,气体检测器布置图(报批需要),列出主要材料汇总表。 编制标准石油化工装置基础工程设计内容规定SHSG-033-2023,该阶段主要目的为满足设计审查、控制投资,为详细设计做依据,主要的设计文件: 1、文字:(合并到总说明) 仪表设计说明(PPT) 可行性研究报告仪表设计说明基础上完善,包括的内容如下: a) 生产装置对仪表和控制系统的要求,生产过程自动化水平,原料、中间产品、最终产品计量仪表的设置和精度
14、要求; b) 检测和控制方案,包括特殊测量仪表、复杂控制、顺序控制、先进过程控制、安全仪表系统等的简要说明; c) 操作站、打印机、辅助操作台、仪表盘、各种机柜的规格、数量等; d) 为保证操作人员和生产装置的安全,根据装置情况设置安全仪表系统;在爆炸危险区内安装的电气仪表应符合的防爆要求;在可燃或有毒气体泄漏的地方设置可燃气体或有毒气体检测报警器; e) 仪表的防护、保温、保冷、隔热、防堵、防腐蚀、接地、防电磁干扰、防雷、防辐射等的措施; f) 仪表电源、气源和仪表伴热介质的来源和数量; g) 随设备成套供应的仪表及控制系统范围。 仪表设计规定(PPT) 6 7.3 仪表设计规定应对规定的适
15、用范围,仪表和控制系统的选用原则,环境和动力要求,选用的标准规范和控制室、现场仪表的安装及安装材料等设计原则作出规定,应包括如下内容: a) 设计选用的标准规范,信号传输标准,测量单位。 b) 仪表和控制系统的选用原则应包括: 1) 控制系统包括分散控制系统(DCS)、可编程序控制系统(PLC)等; 2) 安全仪表系统(SIS); 3) 现场仪表:包括流量、物位、压力、温度仪表,调节阀,计量仪表,分析仪表和其它仪表的选用原则。 c) 现场仪表防护、防爆、防电磁干扰、接地系统、防雷等要求。 d) 仪表电源、气源、热(冷)源要求: 1) 仪表电源种类、电压、频率,各种电源容量、备用容量及时间、UP
16、S 电源要求等; 2) 仪表气源进装置界区压力、气源质量、露点温度、耗气量、备用容量等; 3) 仪表伴热介质的种类、温度、压力。 e) 控制室组成、面积、建筑、结构、空调、照明等要求,包括操作室、工程师站室、机柜室及现场机柜室、UPS 电源室、空调机室、过程计算机室、交接班室、更衣室、洗手间等。 f) 安装材料包括电缆、导线、导压配管、空气配管、阀门、管件、伴热及保温等选用原则。 l l l l 统一主要仪表的选型 统一测量单位 统一仪表与设备/管道的连接尺寸 统一安装材料包括电缆、导线、导压配管、空气配管、阀门、管件、伴热及保温等选用原则 l 统一仪表、电缆、线缆、槽盒等安装形式和典型安装方
17、案 仪表设计说明和仪表设计规定的区别:(着重说明) 1、对象不同,设计规定对象是设计人员,设计说明对象是审查人员、业主、施工单位。 2、设计规定不涉及装置的具体控制、联锁。 3、设计规定可以泛指,设计说明具体对装置。 2、基础工程设计阶段交付的其它图纸和文件: 仪表索引表 各类仪表规格书(含在线分析仪) (询价版) 仪表及主要材料汇总表 控制室平面布置图 气体检测器平面布置图 仪表电缆主槽盒敷设图或走向图 联锁逻辑因果图及说明(或联锁逻辑原理图) 顺序控制框图及说明(或顺序控制系统逻辑框图) 复杂控制回路图或其说明(或复杂控制功能描述) DCS系统技术规格书(询价版) SIS 系统技术规格书(
18、询价版) PLC系统技术规格书(询价版) PCS 系统技术规格书(询价版) 仪表专业投资概算表,并提交概算专业完善汇总 引申讲解(仪表选型) 石油化工自动化仪表选型设计规范SH3005-1999 1、温度仪表 双金属温度计、铂电阻、热电偶、一体化温度变送器。 注意问题: 插入深度、套管外径和法兰整体考虑,装置尽量采用12档长度,便于维护和互换。 一体化温度变送器考虑环境温度分体安装。 合理的使用多点温度计 2、压力仪表 普通压力表、隔膜压力表、膜盒压力表、真空压力表,差压计、专用介 8 质的压力表(氨用压力表 抗硫压力表、氧用压力表等) 普通压力变送器、法兰式压力变送器、微小压力测量选用差压变
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