1、自动化专业技术系列讲座自动化技术在石油化工领域的应用专 业：自动化 112学生姓名：董汪祎杰学号：201110401204完成时间：2019 年 3 月 26 日摘 要：我国社现代石油工业也得到了长足的发展，各项技术也有了不同程度的提高。随着信息技术的不断发展，其被应用到了各个领域的生产实践中。石油化工工业的生产活动的性质较为特殊，对于自动化技术的要求较高，信息技术也为其自动化提供了新的思路。本文简单分析了传统人工操作的缺陷；自动化在石油化工中的应用，包括自喷井的自动化监控技术、气举井的自动化监控技术、电潜泵油井的自动化监控技术等，并分析了自动化控制发展趋势，为石油化工企业自动化技术管理人员提
2、供一定的参考与借鉴。 关键词：历史 发展 石油化工企业 自动化技术 应用一、自动化技术的发展历史广义的自动化，是指在人类的生产、生活和管理的一切过程中，通过采用一定的技术装置和策略，使得仅用较少的人工干预甚至做到没有人工干预，就能使系统达到预期目的的过程，从而减少和减轻了人的体力和脑力劳动，提高了工作效率、效益和效果。由此可见，自动化涉及到人类活动的几乎所有领域，因此，自动化是人类自古以来永无止境的梦想和追求目标。自动化技术的发展大致可分为工匠、技术化、理论化、网络化与智能化等几个阶段。工匠阶段人类很早就进行了简陋自动化装置的探索，留下了许多记载与传说，但由于技术与理论都没有真正地发展起来，直
3、至 1788 年之前，都未能有重大的突破。这里列举几个较为著名的古代自动化装置。中国的指南车是广为传说与记载的古代发明，它始于西汉甚至更早，现已有复制品，但可能由于其自身的固有缺陷或是有了更为方便的指南工具，指南车没有真正得到使用。除了指南车外，还有记里鼓车，著名科学家张衡（公元 78139 年）发明的混天仪、水运气象台等。公元 3 世纪，希腊人发明了水钟。另外，古代传说中的在重要位置安放的各种暗算机关，也是早期的自动化装置的尝试。据说，达芬奇为路易十二制造过供玩赏用的机器狮，这可以说是最简单的机器人。技术化和理论化阶段标志人类社会工业革命开始的是瓦特于 1788 年发明的蒸汽机，它同样也标志
4、着自动化领域技术化和理论化阶段的开始。具有良好的自动控制系统也是蒸汽机得以成功的必要条件之一。在瓦特之前，已有人发明过各种各样的蒸汽机及相关控制装置，但没有真正地解决问题，主要原因有蒸汽的进气和排气是手动操纵的，转速不稳定等。瓦特的发明解决了这些问题，其蒸汽机的转速调节系统原理如图 1-10 所示。如果转速由于蒸汽机负荷波动而下降，与蒸汽机连接的飞球系统的转动速度也下降，离心力减小，飞球相对位置下移，调节杠杆左端下降，使得杠杆右端上升，阀门开度增加，送入蒸汽机的蒸汽量增加，转速回升。反之亦然，可使系统的速度得以稳定。这是一个典型的具有负反馈的速度调节系统。1868 年，JC麦克思威尔发表了著名
5、的关于调节器的论文，对反馈理论进行了深入的研究。同年，法国工程师 J法尔科发明了反馈调节器。至 1920 年，反馈理论已广泛地应用于电子放大器中，性能有了较大的改善。1920 年，美国出现了 PID（比例积分微分）调节器，并应用到化工和炼油过程。到 1948 年，控制理论的经典部分都已基本提出，如，多种控制系统的稳定性分析方法、根轨迹法、频率分析法等。1946 年，第一台电子计算机 ENIAC 问世。除了工业革命使自动化获得较为广泛的应用外，特别要提及的是在此之前的第一次和第二次世界大战极大地激发了自动控制在军事和军工领域的应用。网络化和智能化方法1948 年，N维纳的控制论 一书，标志着自动
6、化的理论基础控制论正式诞生。同年，C E香农发表了 通讯的数字原理，标志着信息论的诞生。连同 1946 年诞生的第一台计算机，它们标志着自动化技术进入了网络化与智能化的阶段，计算机技术的飞速发展大大推动了计算机控制系统的应用。同时，这些科技成果也标志着人类社会继农业革命和工业革命之后又一个伟大的变革信息革命的开始。控制论并不仅仅是工业和工程领域的科学，它也是一种思想，一种方法，普遍适用于几乎所有领域。哲学家、数学家、军事家、政治家、工程师等都对它感兴趣。它的应用可分为四大领域：工程控制论、生物控制论、经济控制论、社会控制论。在这四大领域中，生物控制和社会控制非常复杂或敏感，目前发展还不深入，应
7、用也不够；经济控制论，研究得很多，应用也不少，有些是经济学家渗透到控制学科，有的是控制论专家渗透进经济领域；工程控制论则是其中发展最完善、应用最广泛的分支。1954 年，钱学森发表了工程控制论，标志着工程控制学科的正式诞生。工程控制包括各种工程领域，从被控制对象的性质来划分，可分为过程自动化和电气自动化两大类，但这种约定俗成的称呼并不贴切。过程自动化的特征是被控对象中所加工的材料主要是液体、气体和粉体等流体，或许称为流体处理过程控制或自动化更合适。电气自动化的特征是被控对象所处理的是元件、部件的加工和装配，或许叫做元部件处理过程控制或自动化更贴切。随着计算机功能的日益强大与完善，体积的微型化，
8、用计算机代替调节器已成气候，目前正朝着一切需要智能化处理的场所都用计算机的方向发展。20 世纪末，随着计算机和网络的逐步普及，管理自动化开始发挥越来越大的作用。在企业界，生产装置的控制与管理的自动化正融为一体。在信息处理技术的核心计算机技术没有充分发展之前，人类关于人工智能、机器人等领域的研究，只能是美好的梦想。而今天，它们正逐步成为现实。大系统的优化和最优控制、机器人、航天技术等都预示着一个智能化和网络化的自动化时代已经开始。2、 自动化技术在石油化工领域的应用随着我国社会的发展，各个企业的发展，对于能源的需求量不断攀升。石油最为能源行业的重要组成部分，极大的改变了人们的生活方式。在该社会形
9、势下，石油工业得到了长足的发展，形成了完整的产业链，各项技术也有了较大程度的提高。计算机技术的提高及信息技术的快速发展，改变了许多各个企业的生产及管理方式，并具有操作方便、稳定性良好、可靠性高等诸多优点，被广泛的应用于各个领域。石油化工企业中的自动化技术也是该技术上发展起来的，并融入了生产的各个环节，能够有效的提高生产效率，保障生产的安全性并体改生产效率，因此，对其进行深入的研究探讨是十分有必要的。气举井的自动化监控技术 气举井属于油田中期开发过程中使用的一种开采方式，相较初期自喷井，其还需要控制好注气举气，并进行各种数据的测量，包括气举气的压力、温度及流量等。为了控制气举气流量，应在气举气入
10、口处设置一个电动调节阀，该调节阀则是由远程测控终端系统进行全面的控制。气举井的自动化控制的机制是构件的运行信息均需有油井远程测控终端系统传全面传输至油田的操作站。在油田操作站中，有专门的气举优化软件，对各种信息数据进行计算，再结合油田优化控制产量的各项指标，向调节阀发出指令，及时调整电动可调油嘴和气举气控制阀的开度及状态。在进行气举气流量控制之前，可以利用气举节点分析程序调节阀运行的最佳设定值，油井在该最佳值的状态下运行，能够使运行效率保持在较高的状态，最大化的提高原油产量。如果气体处理厂工艺出现故障或者压缩机发生异常情况，而造成气举气气量较小，控制系统则会有选择新的自动关闭一些产量或者采油效
11、率较低的油井，保障产量或者效率较高的油井有气源充足，达到油田优化生产的标准。自喷井的自动化监控技术自喷井在实现监控自动化之前，需要收集各种数据，包括油压、套压、回压、油温等。如果油井中的油嘴属于电动可调油嘴.则还需要收集油嘴阀位的各项数据，根据上述信息合理调整油嘴的开度及状态。在油井控制系统中，基本上信息的传输的信号均属于 AJ 模拟信号，自动控制系统会将上述信号传输至油井远程测控终端系统，该系统则能够用来控制油井的生产。电动可调油嘴接收到油井远程测控终端系统反馈的模拟信号后，及时对于油嘴的开度及状态进行全面的控制，能够有效的控制油井的产油量。油井监控系统的作用可以分为收集信息及传达信息，其先
12、全面收集信息，再将该类数据等信息发送至油田的监控系统，该类信息对于油田的发展有着重要的意义，可以根据该类数据实施存储、数据处理、准确的计算等，全面掌握油井的各项变化情况及发展趋势，并准确的计算出油嘴开度的最佳数据，达到控制油井出油量的目标。 电潜泵油井的自动化监控技术电潜泵油井的构成部分包括电潜泵变速驱动器及电潜泵远程测控终端系统，并通过变速驱动器对其进行监控，该监控技术需要结合生产要求，把各项必须的设备下入井底，包括电潜泵、井下压力传感器等，利用电缆将电潜泵变速驱动器与之连接起来，井底的压力传感器准确检测油井的压力，进而实现稳定井底压力的目标。该监控技术的优势在于无需实施远程控制即可以完成控
13、制过程。远程测控终端系统的功能在于收集电潜泵的各类数据，如开关信号、模拟信号、脉冲信号等，并将其传输至油田操作控制系统，最后完成电潜泵油井的远程监测工作。3、 石油化工企业的自动化控制的发展趋势 现场总线控制系统与分散控制系统共同发展 分散控制系统的发展经历了较长的时间，包括发展阶段、技术成熟阶段、广泛应用阶段，其灵活的运用了大量已有的成熟技术，因此技术性能稳定、可靠性高，软件种类较多，因此功能较为全面，受到了用户的广泛赞誉。现场总线控制技术起步较晚，现阶段还处于发展阶段，技术尚未成熟，稳定性不佳，可靠性有限，且功能不全面，因此对于该技术的应用尚未实现大面积推广，用户多为观望的态度。我国现代工
14、业自动化系统中依旧是以分散总线控制系统为主，该技术短时间内不会因为现场总线控制技术的出现及发展完善而被淘汰，相反，二者会在今后的很长一段时间内处于共存的状态。 现场总线控制系统与分散控制系统有机结合 分散控制系统的技术已经趋于成熟，且功能较为全面，控制力较强，在现场总线技术集成应用于现有控制系统方面，可以充分利用其功能优势促进现场总线的广泛应用。一般情况下，现场总线与传统控制系统之间的集成可以通过各种方式实现，具体情况如下：充分利用网关，将现场总线设备集成至可编程逻辑控制器及分散控制系统中，实现统一组态，全面监控与管理的功能；现场总线也可以集成至分散控制系统及的可编程逻辑控制器的I/O 层次中
15、；独立性较高的现场总线控制可以与分散控制系统及可编程逻辑控制器之间的信息进行集成，并利用网关的功能充分交流信息。利用上述各种方式均是以分散控制系统及可编程逻辑控制系统的成熟的技术与经验为基础，充分的发挥出现场总线控制系统的功能及优势。另外，现场总线控制技术应尽快完善一体化功能，达到统一管理及控制现场设备目的。4、 总结 现代社会的经济形势发生了较大的变化，全球化已经成为了大的趋势。石油行业作为现代社会中极为重要的产业之一，其对于我国经济发展有着重要的意义，也直接关系着社会的稳定及人们的争产生活。石油化工企业的得到了长足的发展，其技术含量在一定程度上代表着国家的综合实力。我国的各个产业对于石油的消耗不断提升，使得石油化工产业的提高生产效率，因此自动化技术的应用是十分有必要的。自动化技术在石油化工企业中的应用经历了一段时间，随着社会形势的不断变化，其对于自动化技术的水平也提出了更多的要求。实践活动中需要管理人员全面掌握各项因素，将理论与实践相结合，不断优化自动化技术，提高企业的自动化水平，保障生产效率及安全性。参考文献 1杨磊，郭巍，李磊 .油田自动化技术的应用J.魅力中国 .2010（14 ）：112. 2李佳佳.石油化工自动化技术理论探讨J.科技创业家.2012（3 ）：159.
