化工仪表工培训及仪表管理.docx

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化工仪表工培训及仪表管理

化工仪表专业培训

培训内容：

1、仪表概述

2、仪表基础知识

3、现场仪表

4、控制仪表

一、概述

1、化工仪表维修工工种的定义

按照化工仪表维修检修规程。

使用相应的标准计量器具，测试仪器及专用工具，对化工生产过程中使用的仪表、自动化装置及附属设备进行维护检修。

2、主要职责任务

负责化工生产过程中在线运行的仪表、自动化装置及其附属设备和维修工用的仪器、仪表的维护保养、定期检修与故障处理，确保其正常运行；负责仪表及自动化装置更新、安装、调试、检定、开表、投用等工作。

仪表工在生产过程中对检测与过程仪表进行日常维护和故障处理，涉及知识面十分广泛，不但要精通检测仪表、调节器和执行器等工作原理和结构特点，而且要有一定的过程控制（自动化）知识。

在故障现象中不仅有仪表故障，而且混杂有工艺和设备故障，仪表工要分析与判断故障，必须要具有一定的化工工艺知识和化工设备知识。

对化工、石化等行业，易燃、易爆和有毒是行业的特点，仪表工在处理故障时，对这类问题绝对不能掉以轻心。

除日常维护外，企业生产有不少的技改项目，既有仪表专业技改项目，亦有工艺技改项目，需要仪表配合实施，这些大大小小的项目，需要设计（大项目可以委托设计）、施工准备、安装、开车等一系列工作，仪表施工、安装知识是和日常维护同样重要的知识。

3、技术等级

初级、中级、高级

4、仪表发展

随着社会进步和科学技术的发展，自动化装置在生产过程中得到广泛的应用。

早期的仪表控制是生产装置的眼睛和耳朵。

而对于现代化工厂的自动化装置已不仅仅是工厂的眼睛和耳朵，而已成为工厂的大脑、神经和手、脚。

随着电子技术、计算机技术、控制技术、网络技术的发展，自控技术得到了长足的发展，已成为化工企业提高企业效益和工作效益的有效手段，它是经营管理、企业管理，操作管理、运转管理、运转控制等方面的集成，是社会现代化、科学技术进步的重要标志。

从化工装置的发展过程可以看出自动化装置的作用。

年代

自动化程度

能耗

效率，

效益

自控系统

采用仪表系统

备注

50

很低

很高

1万吨/500人

差

无

指示

60

较低

较高

10万吨/3000人

较差

50套

电动II+气动单元

70

稍高

稍低

48万吨/3000人

稍高

90套

电动Ⅲ+气动单元

80

高

低

52万吨/2000人

高

160套

DCS+PLC

90

更高

很低

52万吨/800人

很高

160套

DCS+PLC一体化

仪表及自控系统在化工装置中占有重要而关键的地位，工艺介质及装置设备的运行状况如流量、温度、压力、转速、振动等参数都由仪表及自控系统进行自动检测、显示、控制和保护联锁。

没有仪表及自控系统，整个装置将无法运转。

因此，仪表性能及工作状况的好坏，直接影响到工艺介质及装置设备的运行，以至影响到工艺介质及装置设备的安全运行和经济效益。

二、仪表基础知识

1、基本概念

1.1过程参数检测基本概念

✧过程参数检测-----指连续生产过程中的温度、压力、流量、液位和成分等参数的检测。

✧检测仪表-----将检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪表。

✧一次仪表-----一般为将被测量转换为便于计量的物理量所使用的仪表，即为检测元件。

✧二次仪表-----将测得的信号变送转换为可计量的标准电气信号并显示的仪表。

即包括变送器和显示装置。

1.2测量过程与测量误差

✧测量过程-----利用一个已知的单位量（即标准量）与被测的同类量进行比较的过程。

✧测量误差-----在测量过程中测量结果与被测量的真值之间会有一定的差值。

它反映了测量结果的可靠程度。

Ø测量误差的分类：

●绝对误差与相对误差

✧绝对误差-----指测量结果与被测量的真值之差。

通常把检定中高一等级的计量标准所测得的量值作为真值（实际值）。

✧相对误差-----指绝对误差与真值或测量值之百分比。

常见有如下三种表示方式：

①实际相对误差-----是指绝对误差与被测量的真值（实际值）之百分比。

②标称相对误差-----是指绝对误差与仪表示值之百分比。

②引用相对误差-----是指绝对误差与仪表的量程之百分比。

●系统误差、随机误差和疏忽误差。

✧系统误差-----指测量仪表本身或其他原因（如零点没有调整好等）引起的有规律的误差。

✧随机误差-----指在测量中所出现的没有一定规律的误差。

✧疏忽误差-----指观察人员误读或不正确使用仪器与测试方案等人为因素所引起的误差。

●基本误差、附加误差和允许误差

基本误差-----指仪表在规定的正常工作条件下所具有的误差。

附加误差-----指仪表超出规定的正常工作条件时所增加的误差。

允许误差-----指仪表的示值或性能不允许超过某个误差范围。

1.3检测仪表分类

检测与过程控制仪表最通用的分类，是按仪表在测量与控制系统中的作用进行划分，一般分为检测仪表、显示仪表、调节（控制）仪表和执行器4大类。

按功能

按被测变量

按工作原理或结构形式

按组合形式

按能源

其他

检测

仪表

压力

温度

流量

物位

成分

液柱式、弹性式、电气式、活塞式

膨胀式、热电偶、热电阻、光学、辐射

节流式、转子式、容积式、速度式、耙式、电磁、旋涡

直读、浮力、静压、电学、声波、辐射、光学

PH值、氧分析、色谱、红外、紫外

单元组合

单元组合

单元组合

单元组合

实验室和流程

电、气

电、气

电、气

智能

智能

智能

智能

显示仪表

模拟和数字

指示和记录

动圈、自动平衡电桥、电位差计

电、气

单点、多点、打印、笔录

调节（控制）仪表

自力式

组装式

可编程

基地式

单元组合

气动

电动

执行器

执行机构

薄膜、活塞、长行程、其他

执行机构和阀可以进行各种组合

电、气、液

阀

直通单座、直通双座、套筒（球阀）、蝶阀、隔膜阀、偏心旋转、角形、三通、阀体分离

直线、对数、抛物线、快开

2、仪表主要性能指标

在工程上仪表性能指标通常用精确度（又称精度）、变差、灵敏度来描述。

2.1仪表精确度简称精度，简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度，通常用相对百分误差表示。

式中：

δ—检测过程中相对百分误差

（标尺上限-标尺下限）----仪表测量范围

Δx—绝对误差，是被测参数测量值x1和被测参数标准值x0之差

2.2变差是指仪表被测变量多次从不同方向达到同一数值时，仪表指示值之间的最大差值。

变差大小取最大绝对误差与仪表标尺范围之比的百分比：

2.3灵敏度是指仪表对被测参数变化的灵敏程度，或者说是对被测的量变化的反映能力，是在稳态下，输出变化增量对输入变化增量的比值。

3、仪表的常用术语

3.1自动化仪表automationinstrumentation

对被测变量和被控变量进行测量和控制的仪表装置和仪表系统的总称。

3.2测量measurement

以确定量值为目的的一组操作。

3.3控制control

为达到规定的目标，在系统上或系统内的有目的的活动。

3.4现场site

工程项目施工的场所。

3.5就地仪表localinstrument

安装在现场控制室外的仪表，一般在被测对象和被控对象附近。

3.6检测仪表detectingandmeasuringinstrument

用以确定被测变量的量值或量的特性、状态的仪表。

3.7传感器transducer

接受输入变量的信息，并按一定规律将其转换为同种或别种性质输出变量的装置。

3.8转换器converter

接受一种形式的信号并按一定规律转换为另一种信号形式输出的装置。

3.9变送器transmitter输出为标准化信号的传感器。

3.10显示仪表displayinstrument

显示被测量值的仪表。

3.11控制仪表controlinstrument

用以对被控变量进行控制的仪表。

3.12执行器actuator

在控制系统中通过其机构动作直接改变被控变量的装置。

3.13检测元件sensor传感元件sensor

测量链中的一次元件，它将输入变量转换成宜于测量的信号。

3.14取源部件tap

在被测对象上为安装连接检测元件所设置的专用管件、引出口和连接阀门等元件。

3.15检测点measuringpoint

对被测变量进行检测的具体位置，即检测元件和取源部件的现场安装位置。

3..16测温点temperaturemeasuringpoint

温度检测点。

3.17取压点pressuremeasuringpoint

压力检测点。

3.18系统system

由若干相互联系和相互作用的要素组成的具有特定功能的整体。

3.19控制系统controlsystem

通过精密制导或操纵若干变量以达到既定状态的系统。

仪表控制系统由仪表设备装置、仪表管线、仪表动力和辅助设施等硬件，以及相关的软件所构成。

3.20综合控制系统comprehensivecontrolsystem

采用数字技术、计算机技术和网络通信技术，具有综合控制功能的仪表控制系统。

3.21管道piping

用于输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制或截止流体的管子、管件、法兰、紧固件、垫片、阀门和其他组成件及支承件的总成。

3.22仪表管道instrumentationpiping

仪表测量管道、气动和液动信号管道、气源管道和液压管道的总称。

3.23测量管道measuringpiping

从检测点向仪表传送被测介质的管道。

3.24信号管道signa1piping

用于传送气动或液动控制信号的管道。

3.25气源管道airpiping

为气动仪表提供气源的管道。

3.26仪表线路instrumentationline

仪表电线、电缆、补偿导线、光缆和电缆槽、保护管等附件的总称。

3.27电缆槽cabletray

敷设和保护电线电缆的槽形制成品，包括槽体、盖板和各种组成件。

3.28保护管protectivetube

敷设和保护电线电缆的管子及其连接件。

3.29回路1oop

在控制系统中，一个或多个相关仪表与功能的组合。

3.30伴热heattracing

为使生产装置和仪表设备、管道中的物料保持规定的温度，在设备、管道旁敷设加热源，进行跟踪加热的措施。

3.31脱脂degreasing

除去物体表面油污等有机物的作业。

3.32检验inspection对产品或过程等实体，进行度量、测量、检查或试验并将结果与规定要求进行比较以确定每项特性合格情况所进行的活动。

3.33试验testing

对产品或过程等实体的额定值（或极限值）或特性、指标、质量进行验证。

3.34检定verification

由法制计量部门或法定授权组织按照检定规程，通过试验，提供证明来确认测量器具的示值误差满足规定要求的活动。

3.35校准calibration

在规定条件下，为确定测量仪器仪表或测量系统的示值、实物量具或标准物质所代表的值与相对应的由参考标准确定的量值之间关系的一组操作。

3.36调整adjustment

为使测量器具达到性能正常、偏差符合规定值而适于使用的状态所进行的操作。

3.37防爆电气设备explosion-protectedelectricalappatatus

在规定条件下不会引起周围爆炸性环境点燃的电气设备。

3.38爆炸性环境explosiveatmosphere

在大气条件下，气体、蒸汽、薄雾、粉尘或纤维状的可燃物质与空气形成混合物，点燃后，燃烧传至全部未燃混合物的环境。

3.39危险区域hazardousarea

爆炸性环境大量出现或预期可能大量出现，以致要求对电气设备的结构、安装和使用采取专门措施的区域。

3.40本质安全电路intrinsically-safecircuit

在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性气体或蒸汽的电路。

3.41本质安全型设备intrinsically-safeapparatus

全部电路均为本质安全电路的电气设备。

3.42关联设备associatedapparatus

设备内的电路或部分电路并非全是本质安全电路，但有可能影响本质安全电路安全性能的电气设备。

4、仪表位号的表示方法

4.1仪表位号的组成

在测量、控制系统中，构成一个回路的每一个仪表都有自己的仪表位号，仪表位号由字母代号和回路编号两部分组成。

第一个字母表示被测变量，后继字母表示仪表的功能；回路编号可以按装置或工段（区域）进行编制，一般用三至五位数字表示，如下例所示：

4.2被测变量和仪表功能的字母代号

字母

第一位字母

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

B

烧嘴、火焰

供选用

供选用

供选用

C

电导率

控制

D

密度

差

E

电压（电动势）

检测元件

F

流量

比（分数）

G

供选用

视镜、观察

H

手动

高

I

电流

批示

J

功率

扫描

K

时间、时间程序

变化速率

操作器

L

物位

灯

低

M

水分或湿度

瞬动

中、中间

N

供选用

供选用

供选用

供选用

O

供选用

节流孔

P

压力、真空

连接点、测试点

Q

数量

积算、累计

R

核辐射

记录

S

速度、频率

安全

开关、联锁

T

温度

传送

U

多变量

多功能

多功能

多功能

V

振动、机械监视

阀、阀门、百叶窗

W

重量、力

X

未分类

X轴

未分类

未分类

未分类

Y

事件、状态

Y轴

继动哭、计算器、转换器

Z

位置、尺寸

Z轴

驱动器、执行机构未分类的最终执行元件

三、现场仪表介绍

1、在化工生产过程中，控制的主要工艺参数有温度、压力、流量、物位、成份等。

1.1液位的单回路控制的例子

。

1.2简单控制系统的组成

⑴　测量、变送环节

这一部份在现场，由各种变送器组成。

根据被测参数的不同，一般分为下列几类：

A．温度传感器、变送器B、压力/压差变送器

C、流量变送器D、液位变送器

E、分析仪表---如：

可燃性气体检测探头、氧量分析仪、浊度仪、PH计

⑵　执行机构

这一部分也在现场，常见的执行机构是调节阀，还有变频器（如恒压供水）、交、直流调速电机，等等。

⑶　显示、运算、控制、管理

显示、运算、控制、管理是核心，功能最多、技术性最强、技术进步最快的部分，DCS和PLC就是这一部分。

2、常规仪表

2.1温度仪表

2.1.1基本概念

温度是表征物体冷热程度的物理量。

温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。

它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。

目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。

华氏温标（ºF）规定：

在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中间划分180等分，每第分为报氏1度，符号为ºF。

摄氏温度（℃）规定：

在标准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点为100度，中间划分100等分，每第分为报氏1度，符号为℃。

摄氏温度值t和华低温度值tF有如下关系：

热力学温标又称开尔文温标，或称绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度，记符号为K。

国际实用温标是一个国际协议性温标，它与热力学温标相接近，而且复现精度高，使用方便。

目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的《1968年国际实用温标—1975年修订版》，记为：

IPTS—68（Rev—75）。

但由于IPTS—68温示存在一定的不足，国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过了1990年国际温标ITS—90，ITS—90温标替代IPTS—68。

我国自1994年1月1日起全面实施ITS—90国际温标。

温度检测仪表的分类：

温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。

通常来说接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交换，故需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。

非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。

测温

方式

温度计种类

常用测温范围，℃

优点

缺点

非接触式测温仪表

辐射式

辐射式

400~2000

测温时，不破坏被测温度场

低温段测量不准，环境条件会影响测温准确度

光学式

700~3200

比色式

900~1700

红外线

热敏探测

-50~3200

测温时，不能破坏被测温度场，响应快，测温范围大，适于测温度分布

易受外界干扰，标定困难

光电探测

0~3500

热电探测

200~2000

接触式测温仪表

膨胀式

玻璃液体

-50~600

结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉

测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能记录和远传

双金属

-80~600

结构紧凑，牢固可靠

精度低，量程和使用范围有限

压力式

液体

-30~600

耐震，坚固，防爆，价格低廉

精度低，测温距离短，滞后大

气体

-20~350

蒸汽

0~250

热电偶

铂铑-铂

0~1600

测温范围广，精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制

需冷端温度补偿,在低温段测量精度较低

镍铬-镍铝

0~900

镍铬-考铜

0~600

热电阻

铂

-200~500

测温精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制

不能测高温,须注意环境温度的影响

铜

-50~150

热敏

-50~300

2.1.2工业上常用的温度测量

Ø热电偶

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。

其优点是：

1测量精度高。

因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

2测量范围广。

常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。

3构造简单，使用方便。

热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

1．热电偶测温基本原理

将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图2-1-1所示。

当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热电效应。

热电偶就是利用这一效应来工作的。

如图2-1-1所示，热电偶的一端将A、B两种导体焊在一起，置于温度为t的被测介中称为自由端，放在温度为t0的恒定温度下。

当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势送入显示仪表进行指示或记录，或送入微机进行处理，即可获得温度值。

热电偶两端的热电势差可以用下式表示：

（2-1-3）

式中：

Et—热电偶的热电势；

eAB（t）—温度为t时工作端的热电势；

eAB（t0）—温度为t0时自由端的热电势

当自由端温度t0恒定时，热电势只与工作端的温度有关，即Et=f（t）。

注意：

1。

不同型号的热电偶配相应的补偿导线。

Ø热电阻

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。

它的主要特点是测量精度高，性能稳定。

其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。

热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜

2.2压力仪表

2.2.1基本概念

压力是工业生产中的重要参数之一，为了保证生产正常运行，必须对压力进行监测和控制，但需说明的是，这里所说的压力，实际上是物理概念中的压强，即垂直作用在单位面积上的力。

法定计量单位是帕斯卡（简称帕），符号为Pa.

在压力测量中，常用绝对压力、表压力、负压力或真空度之分。

所谓绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用符号pj表示。

用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。

地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力，用符号pq表示。

用来测量大气气压力的仪表叫气压表。

绝对压力与大气压力之差。

称为表压力，用符号pb表示。

即pb=pj-pq。

当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力），此负压力值的绝对值，称为真空度，用符号pz表示。

用来测量真空度的仪表称为真空表。

既能测量压力值又能测量真空度的仪表叫压力真空表。

2.2.2单位转换

1mmH2O=9.81Pa

1kgf/cm2=0.981×105Pa

1mmHg=133.2Pa

１bar=105Pa

1atm=101325Pa

1psi=6.895kpa

2.2.3压力检测方法与测压仪表

•按信号原理不同分四类：

•①液柱式压力计

•②弹性式压力计

•③电气式压力计：

霍尔压力变速器

•④活塞式压力计

2.2.4压力表的选择

•应根据被测压力的种类（正压、负压或压差）、被测介质的物理、化学性质（腐蚀等）和用途（是否远传）以及生产过程所提的技术要求，本着既要满足测量准确度，又经济的原则，合理地选择压力表的型号、量程和精度等级。

•为了保护压力表，一般在被测压力较稳定的情况下，其最高压力值不应超过仪表量程的2/3；若被测压力波动较大，其最高压力值应低于仪表量程的1/2。

•为了保证实际测量的精度，被测压力的最小值不应仪表量程的1/3。

•对某些特殊的介质，如氧气、氨气等有专用的压力表。

•在测量一般介质时，压力在-40～0～40kPa时，宜选用膜盒式压力表；40kPa以上，宜选用弹簧管压力表或波纹管压力表；-1MPa～0～2.4MPa时，宜选用压力－真空表。

2.2.5压力表的安装

•取压管口应与工质流动方向垂直。

测点要选在其前后有足够长直管段的地方，以保证仪表所测的是介质的静压。

•防止仪表传感器与高温或有害的被测介质直接接触。

如：

测量高温蒸汽时，应加装冷凝盘管；测量含尘气体时，应装设灰尘