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第1篇 仪表与控制系统1

第1章 温度测量仪表2

1.1温度测量仪表原理2

1.2温度测量仪表选型原则3

1.3温度测量仪表的应用3

第2章 压力测量仪表6

2.1压力测量仪表的分类6

2.2压力测量仪表的选用原则8

第3章 物位测量仪表10

3.1物位测量仪表选型10

3.1.1物位仪表选型原则10

3.1.2物位仪表的分类及技术指标10

3.2伺服式液位计12

3.2.1工作原理12

3.2.2伺服式液位计特点12

3.2.3伺服液位计在原油储罐中的应用13

3.2.4如何使用好伺服液位计14

3.3磁致伸缩液位计14

3.3.1工作原理15

3.3.2技术参数15

3.3.3仪表的安装15

3.4雷达液位计18

3.4.1工作原理18

3.4.2雷达液位计组成18

3.4.3应用的介质18

3.4.4主要技术指标18

3.5矩阵式液位测量仪19

3.5.1工作原理19

3.5.2性能参数19

3.5.3应用范围20

3.6自动油罐切水器20

3.6.1工作原理20

3.6.2油罐自动切水器的使用22

第4章 流量测量仪表25

4.1流量测量仪表特点25

4.2流量仪表的选用原则26

4.2.1流量仪表的选用26

4.2.2节流装置的选用26

4.3智能型一体化孔板流量计28

4.3.1工作原理28

4.3.2一体化孔板流量计特点29

4.3.3智能演算器的特点29

4.3.4应用范围29

4.3.5孔板计算应注意的问题29

4.4楔形流量计31

4.4.1工作原理31

4.4.2结构和基本特点32

4.5平衡流量计33

4.5.1工作原理33

4.5.2平衡流量计的计算公式34

4.5.3平衡流量计特点35

4.6锥形流量计37

4.6.1工作原理37

4.6.2锥形流量计特点38

4.7气体超声流量计39

4.7.1工作原理39

4.7.2影响测量准确度的因素40

4.7.3现场应用41

4.7.4在线检定与核查42

4.8涡街流量计43

4.8.1工作原理43

4.8.2防振措施44

4.8.3测量液体时压损及能耗计算45

4.8.4测量气体时压损及能耗分析计算45

4.8.5举例计算46

4.9质量流量仪表46

4.9.1工作原理与结构46

4.9.2技术特性和技术参数47

4.9.3安装要求48

4.9.4质量流量计用于腐蚀介质48

4.10双向体积管检定设备49

4.10.1工作原理50

4.10.2双向体积管的特点50

4.10.3双向体积管检定系统51

第5章 在线分析仪表53

5.1在线质量分析仪53

5.1.1炼化在线质量分析仪表53

5.1.2在线近红外线分析仪54

5.1.3工业核磁共振仪55

5.2在线全馏程分析仪56

5.2.1工作原理和系统结构56

5.2.2主要技术指标和工作条件58

5.3在线倾点分析仪59

5.3.1工作原理59

5.3.2仪表特点61

5.3.3主要技术指标61

5.4在线闪点分析仪61

5.4.1工作原理61

5.4.2电路结构62

5.4.3有关防爆问题62

5.4.4分析仪主要特点63

5.4.5技术指标63

5.5氧化锆氧分析仪63

5.5.1工作原理63

5.5.2仪表结构及种类64

5.5.3直插检测式氧探头64

5.6在线气相色谱分析仪65

5.6.1色谱分析仪的定义65

5.6.2设计选型要点65

5.6.3全新在线气相色谱仪66

5.7石化在线水质分析仪67

5.7.1在线水质分析仪选型的原则67

5.7.2污水处理与监测69

5.8常规电化学分析仪70

5.8.1 pH/ORP分析仪70

5.8.2电导率分析仪77

5.8.3钠离子分析仪80

5.9溶解氧分析仪81

5.9.1电化学式溶解氧测量原理81

5.9.2荧光淬灭式溶解氧测量原理82

5.9.3一些特殊样品的溶解氧检测84

5.10浊度分析仪84

5.10.1浊度测量原理与影响因素84

5.10.2浊度/悬浮物浓度单位85

5.10.3浊度/悬浮物浓度分析仪86

5.10.4污染密度指数SDI分析仪88

5.11在线总有机碳分析仪（TOC）89

5.11.1 TOC的定义与测定原理89

5.11.2在线TOC的分析流程91

5.11.3主要的TOC分析方法92

5.11.4总有机碳（TOC）分析的应用94

5.12在线化学需氧量分析仪95

5.12.1 COD的分析方法95

5.12.2在线COD分析仪的应用97

5.12.3其他在线COD检测方法97

5.13水中油分析仪98

5.13.1水中油存在的重要形式98

5.13.2水中油测量方法99

5.13.3在线水中油分析仪选择101

5.13.4水面油膜监测仪介绍102

5.14水中污染物分析仪103

5.14.1氨氮/硝氮/总氮分析仪103

5.14.2磷酸根/总磷分析仪106

5.14.3在线总氮/总磷/COD分析仪108

5.15水中消毒剂和联氨分析仪110

5.15.1在线水中余氯分析仪110

5.15.2在线水中臭氧分析仪113

5.15.3在线联氨分析仪115

第6章 调节阀117

6.1调节阀的选用117

6.2调节阀的应用122

6.2.1直通单双座调节阀122

6.2.2角形和三通调节阀122

6.2.3隔膜调节阀和软管阀123

6.2.4蝶阀与球阀等调节阀123

6.2.5其他阀125

6.3各种调节阀及参数125

6.3.1直通阀125

6.3.2套筒阀125

6.3.3角形阀126

6.3.4高压阀126

6.3.5高压差阀126

6.3.6球阀127

6.3.7执行机构127

6.4智能电气阀门定位器129

6.4.1工作原理129

6.4.2通信和互操作性能130

6.4.3组态功能130

6.4.4诊断功能131

第7章 安全仪表系统（SIS）132

7.1石化安全仪表系统设计132

7.1.1功能安全标准体系132

7.1.2安全仪表系统设计原则133

7.1.3安全仪表系统设备选用134

7.1.4工程实施时可参考的经验135

7.2成品油管道安全仪表系统135

7.2.1安全仪表系统的设计原则135

7.2.2系统整体介绍136

7.2.3安全仪表系统实现的功能138

7.3 ICS安全系统在焦化的应用139

7.3.1 ICS系统配置139

7.3.2主要控制回路139

7.3.3维护经验141

7.3.4关键仪表应用141

7.4 DeltaV安全仪表系统应用142

7.4.1 DeltaV安全仪表系统简介142

7.4.2 SIS系统在苯乙烯装置的应用142

7.5乙烯压缩机油系统联锁控制144

7.5.1停车故障分析及解决措施145

7.5.2油系统联锁仪表三取二145

7.6石化工艺危险性分析146

7.6.1 PHA概念及分析方法146

7.6.2多晶硅项目PHA工作描述147

7.6.3 PHA仪表设计实施策略148

7.7可燃气检测仪149

7.7.1火灾报警系统组成149

7.7.2可燃气探头类型150

7.7.3可燃气探头选型152

第8章 工业控制网络与无线网络153

8.1工业控制网络安全153

8.1.1工业控制系统153

8.1.2工业控制系统安全分析154

8.1.3工业控制系统安全防护策略157

8.2油田网络安全设计案例160

8.2.1油田网络系统160

8.2.2安全风险分析161

8.2.3解决方案161

8.2.4可行性评估162

8.2.5应用设备162

8.3 PIMS隔离网关应用162

8.3.1应用背景162

8.3.2系统说明163

8.3.3解决方案163

8.4多协议网关的应用164

8.4.1应用软件的设计164

8.4.2软件工作流程166

8.5工业无线国际标准和应用168

8.5.1无线网技术介绍168

8.5.2应用介绍169

第9章 集散控制系统171

9.1 DCS的选用171

9.1.1 DCS软硬件技术特点171

9.1.2 DCS的选用173

9.1.3石化对DCS的要求176

9.2 LN2000控制系统176

9.2.1 LN2000 DCS特点176

9.2.2 LN2000 DCS技术指标177

9.2.3 LN2000系统的应用178

9.3 PKS过程知识系统180

9.3.1 Experion PKS系统181

9.3.2 Experion PKS组态工具184

9.3.3控制策略组态185

9.3.4用户画面组态185

9.3.5全局数据库185

9.4 PKS在硝酸装置中的应用186

9.4.1 PKS系统概述186

9.4.2系统组态186

9.4.3安装调试189

9.5 PCS7系统在锅炉的应用189

9.5.1控制系统介绍189

9.5.2人机界面开发192

9.5.3主要控制功能193

9.5.4存在问题及解决方法194

9.6 MACS在石化的应用196

9.6.1工艺装置简介196

9.6.2项目特点196

9.6.3项目的设计197

第10章 可编程序控制器198

10.1 PLC的选型原则198

10.2 PLC在高压聚乙烯上的应用200

10.2.1 LDPE装置简介200

10.2.2控制系统配置201

10.3站控系统PLC设计204

10.3.1站控系统PLC设计步骤204

10.3.2 PLC系统设计204

第11章 现场总线控制系统206

11.1现场总线技术特点及产品206

11.2 FCS体系结构208

11.2.1系统层208

11.2.2网络层208

11.2.3网关桥路控制器和I/O层209

11.2.4软件210

11.3 FCS的设计211

11.3.1系统设计注意事项211

11.3.2现场总线网络的建立213

11.3.3现场总线拓扑结构216

11.3.4系统投运注意事项216

11.4 System302控制系统设计实例218

11.4.1系统规划218

11.4.2 H1总线设计和设备选型218

11.4.3安装施工设计220

11.4.4组态编程220

11.4.5对FFFCS的评价221

11.4.6 FCS怎样将控制下放到现场221

第12章 监督控制和数据采集系统224

12.1 SCADA的选型224

12.1.1 SCADA系统的主要功能224

12.1.2 SCADA选型要点224

12.2长输管道SCADA系统设计225

12.2.1长输管道的特点225

12.2.2长输管道SCADA系统的构成225

12.2.3调度控制中心功能225

12.2.4站控制系统的功能227

12.2.5阀室控制系统功能229

12.3长输天然气管线SCADA系统229

12.3.1输气管线主要流程229

12.3.2输气管线自动化系统230

12.3.3 SCADA系统的配置232

12.3.4仪表设备选型235

12.4原油管线SCADA系统236

12.4.1工艺简介236

12.4.2原油管线SCADA系统组成237

12.4.3 SCADA系统结构237

12.4.4硬件配置239

第13章 先进过程控制240

13.1催化裂化装置先进控制240

13.1.1系统构成240

13.1.2优化控制要求241

13.1.3目标函数与优化变量241

13.1.4优化方法和优化软件242

13.1.5优化协调先进控制系统243

13.1.6应用效果244

13.2常减压装置先进控制246

13.2.1工艺装置简介246

13.2.2先进控制系统的设计246

13.2.3系统硬件、软件环境247

13.2.4关键技术247

13.2.5应用效果248

13.3汽油调和控制与优化248

13.3.1汽油调和自动控制248

13.3.2管道调和优化技术250

13.3.3优化系统总体设计251

13.3.4 Invensys调和优化系统254

13.4丙烯腈装置先进控制257

13.4.1优化方案257

13.4.2先进控制与优化软件应用258

13.4.3 DeltaV系统组态260

13.5蜡系统的优化控制技术261

13.5.1相关积分方法简介261

13.5.2酮苯脱蜡优化控制263

第14章 企业综合管理系统265

14.1企业资源计划系统265

14.1.1 ERP基本概念265

14.1.2 ERP系统的主要功能266

14.1.3石油化工ERP方案267

14.2 MES技术及应用270

14.2.1 MES简介270

14.2.2 MES体系结构270

14.2.3系统功能272

14.2.4发展趋势——智能工厂275

14.3 ERP和MES应用集成276

14.3.1炼化企业信息化总体架构277

14.3.2 ERP和MES应用的集成278

14.3.3炼化信息化对自动化的要求279

14.4设备管理系统（HAMS）279

14.4.1 HAMS简介279

14.4.2 HAMS系统结构279

14.4.3系统功能280

14.5数字油田生产管理系统282

14.5.1基本概念283

14.5.2建设数字油田的目标283

14.5.3建设数字油田的原则284

14.5.4数字油田建设的系统方案284

14.5.5数字化生产管理系统开发284

第15章 防爆电气设备的选用288

15.1防爆电气设备的概念288

15.2防爆电气设备种类291

15.3防爆电气设备正确的选用292

15.4防爆电气产品的鉴别293

15.5对供应商和产品资质的要求294

15.6电气设备正确安装和维修294

15.7电气设备正确检查和维护296

15.8电气设备的合理检修296

15.9专业机构科学公正的鉴定296

第16章 自控工程设计软件（INTOOLS）298

16.1自控工程设计软件298

16.1.1对INTOOLS的需求298

16.1.2 INTOOLS种子文件299

16.1.3 INTOOLS的DB文件299

16.1.4采用INTOOLS的要求300

16.1.5 INTOOLS软件的功能与应用300

16.1.6创建网络数据共享的平台303

16.2简化INTOOLS（SPI）软件操作304

16.2.1开发外挂数据库导入软件304

16.2.2解决工程设计多次修改的问题304

16.2.3开发工程设计报表系统软件304

16.2.4开发升级中国标准模块数据库304

16.2.5建立外挂HOOK-UP数据库304

第2篇 典型炼化装置仪表与控制应用307

第1章 炼油厂自动化仪表应用308

1.1炼油厂简介308

1.2仪表选型原则309

1.2.1基本原则309

1.2.2温度测量仪表309

1.2.3压力测量仪表310

1.2.4流量测量仪表310

1.2.5液位测量仪表310

1.2.6控制阀311

1.2.7在线分析仪311

1.2.8防雷浪涌保护器311

1.2.9其他仪器的选用311

1.3主要生产装置仪表选型312

1.3.1常减压装置312

1.3.2催化裂化装置312

1.3.3加氢装置312

1.3.4重整装置313

1.3.5储运设施313

1.3.6公用工程314

1.4进口仪表设备314

第2章 常减压装置仪表控制系统316

2.1工艺简介316

2.2控制系统配置316

2.3主要控制回路317

第3章 催化裂化DCS控制325

3.1工艺简介325

3.2 DeltaV DCS系统方案325

3.3主要控制回路326

3.4维护经验330

第4章 催化裂化电液滑阀的控制332

4.1工艺简介332

4.2控制系统配置332

4.3主要控制回路333

4.4电液滑阀的应用336

第5章 加氢裂化装置仪表控制338

5.1工艺简介338

5.2控制系统配置338

5.3主要控制回路340

5.4装置仪表使用情况341

第6章 连续重整装置仪表控制344

6.1工艺简介344

6.2控制系统配置344

6.2.1 DCS控制系统344

6.2.2其他控制系统345

6.3主要控制回路345

6.4控制方案346

6.4.1反应系统的温度控制346

6.4.2再接触压力的分程-超驰控制346

6.4.3催化剂再生系统中氮气的压力控制347

6.4.4连续重整装置中充氮的分程控制347

6.4.5锅炉三冲量控制348

6.4.6催化剂再生闭锁料斗循环控制系统348

6.4.7催化剂再生隔离系统349

第7章 气体分馏装置仪表控制350

7.1工艺简介350

7.2控制系统配置350

7.3主要控制回路351

7.3.1精馏塔压力控制351

7.3.2精馏塔温度控制352

第8章 延迟焦化装置仪表控制353

8.1工艺简介353

8.2控制系统配置353

8.2.1装置过程控制系统353

8.2.2装置机组控制系统354

8.2.3装置联锁控制系统354

8.2.4装置水力除焦控制系统354

8.3主要控制回路354

8.3.1延迟焦化装置主要控制方案354

8.3.2复杂控制回路介绍及组态355

8.4机组控制方案358

8.4.1 TS-3000控制器组成358

8.4.2机组的基本控制方案358

8.5水力除焦系统控制方案362

8.5.1焦炭塔工艺简介362

8.5.2自动顶盖机介绍362

8.5.3水力除焦联锁控制方案362

8.5.4塔顶隔断阀控制方案363

8.5.5钻机绞车控制方案363

8.5.6自动顶盖机允许开盖联锁方案363

第9章 加氢装置控制系统365

9.1工艺简介365

9.2控制系统组成及特点365

9.3典型控制回路365

9.3.1加氢高分液面自控回路365

9.3.2加热炉出口温度自控回路366

9.3.3加氢总瓦斯压控回路366

9.3.4加热炉分支进料控制回路367

第10章 制硫装置的控制系统368

10.1工艺简介368

10.2 DCS系统配置368

10.3主要控制回路369

10.3.1酸性气燃烧炉燃烧器燃烧控制369

10.3.2硫黄回收焚烧炉工段主要控制方案371

10.4维护经验372

第11章 乙烯裂解装置仪表控制374

11.1控制部分374

11.2安全联锁部分376

11.3塔的关键控制回路376

11.4压缩机关键控制回路378

11.5反应器系统关键控制回路379

11.6干燥器系统的顺序控制380

第12章 乙烯扩建装置仪表控制382

12.1工艺简介382

12.2控制系统配置382

12.3其他控制系统385

12.4主要控制回路385

12.4.1 KTI裂解炉控制方案385

12.4.2裂解炉进料量和燃烧控制385

12.4.3汽包液位控制386

12.5 LUMMUS裂解炉控制方案386

12.5.1裂解气压缩机的防喘振控制387

12.5.2碳二加氢反应器控制387

12.5.3制冷系统控制方案387

12.5.4典型精馏塔联锁控制387

12.5.5装置主要分程控制389

12.5.6 APC控制389

12.6仪表伴热在线实时监控390

12.7装置仪表使用情况391

12.7.1仪表及自控的实施特点391

12.7.2检测、控制技术的应用392

第13章 乙烯装置裂解气压缩机的控制393

13.1工艺简述393

13.2裂解气压缩机的控制系统393

第14章 低压聚乙烯装置仪表控制397

14.1工艺简介397

14.2控制系统配置397

14.3主要控制回路399

14.3.1反应釜H2/C2H4控制回路399

14.3.2离心机转矩联锁控制回路399

14.3.3袋式过滤器控制400

第15章 高压聚乙烯SIS-DCS控制402

15.1工艺简介402

15.2控制系统配置402

15.3主要控制回路404

第16章 聚乙烯装置的控制407

16.1工艺简介407

16.2 DCS系统配置407

16.2.1硬件配置408

16.2.2软件配置408

16.2.3电源和接地408

16.3主要控制回路408

16.3.1串级回路5206T15、 5211P1408

16.3.2选择回路4001F98A、 4001F98B409

16.3.3复杂控制回路410

16.4维护经验411

16.5关键仪表应用与维护412

第17章 聚丙烯装置仪表控制415

17.1工艺简介415

17.2控制系统配置415

17.3主要控制回路415

第18章 聚丙烯SIS-DCS控制418

18.1工艺简介418

18.2控制系统配置418

18.3主要控制回路419

第19章 丙烯腈装置控制系统421

19.1工艺简介421

19.2控制系统组成及特点421

19.3典型控制回路422

第20章 顺丁橡胶装置控制系统425

20.1工艺简介425

20.2控制系统组成及特点425

20.3典型控制回路427

第21章 制苯装置仪表控制429

21.1工艺简介429

21.2控制系统配置429

21.2.1 DCS介绍429

21.2.2 PLC介绍430

21.3主要控制回路431

21.3.1制苯装置回路统计431

21.3.2串级回路431

21.3.3分程控制回路431

21.3.4 T-601塔进料比值的控制432

21.4装置仪表使用情况432

第22章 化肥自动化仪表控制434

22.1工艺简介434

22.2控制系统的配置435

22.2.1控制水平435

22.2.2控制系统的配置435

22.3典型控制回路435

22.3.1主蒸汽压力前馈燃料/空气负荷控制系统（一段转化炉转化管加热燃烧热负荷）435

22.3.2主蒸汽压力前馈-辅助锅炉炉膛压力与燃料气压力保护控制系统436

22.3.3 F-101汽包液位-汽包给水流量和蒸汽流量三冲量控制系统437

22.4装置仪表控制系统选用438

22.4.1装置控制系统的选用438

22.4.2装置的仪表选用439

第23章 海洋石油自动化仪表控制440

23.1控制系统的配置440

23.2控制系统功能（PCS）441

23.3应急关断系统（ESD）442

23.4火气监控系统（FGS）443

23.5典型控制回路443

23.6仪表及控制系统应用444

23.6.1热介质系统的组成445

23.6.2热介质系统的控制及保护445

23.6.3热介质系统报警及保护装置446

23.7管控一体化计算机系统应用446

第24章 油气田自动化仪表控制448

24.1计量及流量测量仪表448

24.1.1油井单井计量方式的选用448

24.1.2气井计量450

24.1.3原油流量测量仪表的选用450

24.1.4天然气流量测量仪表的选用451

24.1.5水流量测量仪表的选用451

24.2液位测量仪表451

24.3油气生产过程分析仪表452

24.4控制阀452

第25章 油气水井的数据采集系统453

25.1井场分类及数据采集453

25.1.1油井453

25.1.2注入井454

25.1.3水源井455

25.1.4气井455

25.2井场主要设施456

25.2.1抽油机井456

25.2.2丛式井场457

25.2.3电泵井457

25.2.4螺杆泵井457

25.2.5天然气井458

25.2.6水源井458

25.2.7注水井458

25.3井场采集控制平台功能459

25.3.1总貌图459

25.3.2导航图459

25.3.3电子巡井459

25.3.4功图数据回放459

25.3.5水井管理459

25.3.6功图计产与量油459

第26章 石化电站锅炉的控制460

26.1工艺简介460

26.2系统配置460

26.2.1系统网络结构460

26.2.2系统硬件460

26.3系统组态463

26.4主要控制回路464

第27章 热电站锅炉烟气脱硫的控制467

27.1工艺简介467

27.2和利时MACSV系统467

27.2.1网络配置467

27.2.2硬件配置468

27.2.3系统软件配置469

27.3主要控制系统469

27.3.1脱硫系统469

27.3.2布袋除尘器系统470

参考文献472