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、 5211P1 408
16.3.2选择回路4001F98A、 4001F98B 409
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