★艾默生過(guò)程控制有限公司

華南某石化公司利用裂解爐切換的時(shí)機，在不影響生產(chǎn)和不停汽的前提下，通過(guò)增加無(wú)線(xiàn)監測點(diǎn)，對裂解爐監控系統進(jìn)行了升級改造，成功實(shí)現了對爐管運行的全覆蓋監控，使操作調整更加及時(shí)和靈活。

1　項目背景

乙烯裂解爐是一種在爐管內進(jìn)行烴類(lèi)裂解反應的關(guān)鍵設備，被譽(yù)為乙烯生產(chǎn)裝置的核心。其主要功能是將天然氣、煉廠(chǎng)氣、原油及石腦油等原材料，在爐管內加熱至所需的高溫條件下，進(jìn)行裂解反應生成裂解氣（如乙烯、丙烯等烯烴類(lèi)產(chǎn)品），為后續生產(chǎn)提供基礎原料。

在華南某石化公司的乙烯工藝中，原料與蒸汽經(jīng)過(guò)一系列預熱和混合調整后，進(jìn)入裂解爐的輻射段。每根輻射爐管的入口處都設有文丘里噴嘴，用以將進(jìn)料均勻分配至所有爐管，從而完成裂解反應。

操作工程師關(guān)注的一個(gè)重要工作點(diǎn)是確保每根爐管的流量始終保持恒定。只要出口絕對壓力與入口絕對壓力之比小于某個(gè)固定比例，文丘里噴嘴便能實(shí)現均勻的流量分配。這一流量?jì)H依賴(lài)于上游壓力，完全不受下游壓力的影響，即使由于不均勻結焦導致不同爐管的壓降有所不同，流量分配仍能保持穩定。

但是輻射爐管內壁的不均勻的結焦形成的焦層會(huì )導致?tīng)t管金屬溫度升高，同時(shí)增加輻射管的壓力降。當出現以下四個(gè)條件時(shí)，就必須進(jìn)行清焦：（1）爐管溫度過(guò)高；（2）出口絕對壓力與入口絕對壓力之比過(guò)大；（3）爐管局部管壁過(guò)熱；（4）文丘里逐漸阻塞導致出口溫度過(guò)高。如果現場(chǎng)壓力點(diǎn)監測不及時(shí)，可能會(huì )導致各輻射爐管堵塞現象提前發(fā)生，造成流量不均，從而使整體系統提前進(jìn)入清焦程序。因此，裂解爐爐管壓力監測對于確保乙烯生產(chǎn)過(guò)程的安全性、穩定性和高效性至關(guān)重要。

該石化公司的乙烯裝置現場(chǎng)共有7個(gè)裂解爐和198根文丘里管，但原現場(chǎng)僅配置了24塊壓力變送器，其余設備均為就地壓力表。在裂解爐高溫運行過(guò)程中，操作工程師需要每班次手動(dòng)抄讀現場(chǎng)壓力表并進(jìn)行數據對比，以判斷爐管的狀況。這種方法不僅工作量巨大，而且存在響應延遲和人為誤差的風(fēng)險，無(wú)法滿(mǎn)足對所有爐管壓力全過(guò)程監控的需求。同時(shí)，操作工程師現場(chǎng)手動(dòng)抄讀數據的方式，也增加了人員在現場(chǎng)的安全風(fēng)險。

此前，近年來(lái)，已有多起同類(lèi)乙烯裂解爐因未能及時(shí)掌握爐管狀況而導致事故的案例。為此，用戶(hù)希望利用裂解爐切換的機會(huì )，在不影響生產(chǎn)和不停汽的前提下，在文丘里管后新增壓力監控測點(diǎn)，以最小成本的完成技術(shù)升級改造，確保爐管的最佳運行狀態(tài)，從而提高生產(chǎn)效率。

2　項目實(shí)施與應用

為了不影響生產(chǎn)并爭取時(shí)間，用戶(hù)技術(shù)團隊經(jīng)過(guò)多次技術(shù)論證，并根據現場(chǎng)實(shí)際情況，最終選擇了基于無(wú)線(xiàn)HART技術(shù)的無(wú)線(xiàn)解決方案如圖1所示。整個(gè)項目的升級改造主要包括：

（1）對現場(chǎng)壓力表更換為具備無(wú)線(xiàn)HART技術(shù)傳輸的無(wú)線(xiàn)壓力表?，F場(chǎng)7臺爐增加的壓力點(diǎn)采用了152臺艾默生羅斯蒙特的無(wú)線(xiàn)壓力變送器WPG，直接替代原有壓力表，其中A爐~F爐每爐24點(diǎn)，G爐8點(diǎn)。

（2）無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)配置了14臺艾默生羅斯蒙特的781S中繼器加強網(wǎng)絡(luò )穩定性。每臺爐設置2臺，安裝于4層平臺東側；同時(shí)配置1套2臺冗余無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)+外置天線(xiàn)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)1410S與DCS通過(guò)MODBUSTCP\IP方式相連。構建的無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò )具備自組網(wǎng)和自愈功能，即使某一節點(diǎn)失效，網(wǎng)絡(luò )也能自動(dòng)調整，保持通信暢通。

圖1無(wú)線(xiàn)解決方案

圖2現場(chǎng)施工和安裝圖

現場(chǎng)施工和安裝圖如圖2所示，近170臺現場(chǎng)無(wú)線(xiàn)儀表的安裝與調試僅用2周便高效完成：所有設備支持電池供電，電池壽命可長(cháng)達10年，現場(chǎng)無(wú)需進(jìn)行復雜的電纜敷設等繁瑣工程，大大降低了安裝和工程成本和時(shí)間。

升級改造后，全新無(wú)線(xiàn)壓力表和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)成功實(shí)現了數據的實(shí)時(shí)傳輸至遠程監控系統，界面圖如圖3所示。

圖3

這套采用全球標準的無(wú)線(xiàn)HART協(xié)議的系統通過(guò)多層加密和跳頻技術(shù)，具備極強的抗干擾能力，確保數據傳輸的安全性與穩定性；提供的實(shí)時(shí)數據幫助用戶(hù)現場(chǎng)對爐管進(jìn)行監控全覆蓋，實(shí)現設備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測和智能化管理，用戶(hù)操作調整更加及時(shí)、更加靈活。

3　項目創(chuàng )新

項目現場(chǎng)共有7個(gè)裂解爐和198根文丘里管，但原有監控系統僅配置了24塊壓力變送器，其余設備均為就地壓力表?？蛻?hù)計劃通過(guò)技術(shù)升級替換或增加152個(gè)壓力監測點(diǎn)實(shí)現對爐管運行的全面監控。然而，這些監測點(diǎn)距離機柜間近200米，如果采用常規的有線(xiàn)儀表方案，需增加約3萬(wàn)米的線(xiàn)纜工程。這不僅涉及較長(cháng)的施工周期和大量人工投入，還可能對工廠(chǎng)的生產(chǎn)效率和現場(chǎng)環(huán)境安全造成不利影響。

為了避免這些問(wèn)題并爭取時(shí)間，客戶(hù)經(jīng)過(guò)近6個(gè)月的方案討論，最終選用了艾默生羅斯蒙特基于無(wú)線(xiàn)HART協(xié)議的無(wú)線(xiàn)技術(shù)解決方案。

多年來(lái)，艾默生羅斯蒙特在石化、化工、電力等行業(yè)積累了豐富的應用經(jīng)驗。結合項目的實(shí)際需求和復雜工況，艾默生為客戶(hù)設計了一套符合其工藝要求的自動(dòng)化監控系統，為裂解爐的高效運行和全覆蓋監控提供了可靠支持。

相較于傳統有線(xiàn)方式，采用無(wú)線(xiàn)解決方案具有顯著(zhù)的優(yōu)勢：

·免去了大量敷設電纜、穿線(xiàn)管、接線(xiàn)盒、槽盒及柔性軟管等繁瑣工序，尤其是涉及到的高空敷設、開(kāi)挖或在狹窄空間進(jìn)行布線(xiàn)，使得安裝過(guò)程更加簡(jiǎn)潔高效，大幅減少了施工周期和人力投入，同時(shí)大大降低了現場(chǎng)施工的安全風(fēng)險，為生產(chǎn)環(huán)境提供更高的安全保障。

·簡(jiǎn)化了信號接入流程，不需要按照傳統思路增加DCS卡件，也無(wú)需調整信號通道、增設安全柵或擴展接線(xiàn)柜等繁復操作，降低了實(shí)施過(guò)程中的技術(shù)復雜性，避免了對現有工廠(chǎng)生產(chǎn)的干擾，減少了工廠(chǎng)停產(chǎn)或減產(chǎn)的風(fēng)險。

·基于成熟的無(wú)線(xiàn)HART技術(shù)，用跳頻技術(shù)和加密算法，能有效抵御電磁干擾和網(wǎng)絡(luò )攻擊，確保數據傳輸的安全性和穩定性，提供高可靠性和低延遲的數據通信，可實(shí)現實(shí)時(shí)壓力的精準傳輸，而且支持遠程配置和在線(xiàn)診斷功能，減少人工巡檢次數。

·一套無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )即可支持多個(gè)設備同時(shí)接入，滿(mǎn)足復雜工藝流程中的多節點(diǎn)需求，同時(shí)網(wǎng)絡(luò )自組網(wǎng)功能允許設備在發(fā)生中斷時(shí)自動(dòng)重新路由，保障通信持續穩定。

項目選用了一款先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)壓力表——艾默生羅斯蒙特的WPG壓力表，其集無(wú)線(xiàn)壓力表和智能壓力表為一體，巧妙結合了電子變送器的高性能與傳統機械結構的實(shí)用性，采用先進(jìn)的固態(tài)壓力傳感器技術(shù)，并以電子方式而非機械方式處理信號，其指針由一個(gè)微型電機驅動(dòng)，不僅避免了傳統壓力表中波登管、膜片、彈簧管、齒輪傳動(dòng)等這些阻礙精確壓力報告或顯示的機械部件，而且具備更高的過(guò)壓承載能力；同時(shí)結構上只有一個(gè)可移動(dòng)部件，因而可在高沖擊、強振動(dòng)及其他極端條件下穩定運行。

最終，得益于先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)壓力表和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)方案，用戶(hù)僅用2周時(shí)間便完成了現場(chǎng)儀表的更換、無(wú)線(xiàn)通信設備的安裝及儀表調試工作。整個(gè)過(guò)程無(wú)需現場(chǎng)敷設電纜、布線(xiàn)或開(kāi)挖等繁雜施工，順利且高效地達成了既定目標。

4　項目效益

（1）實(shí)現了對爐管壓力數據的實(shí)時(shí)采集和傳輸，從而準確掌握爐管堵塞狀況，幫助優(yōu)化清焦周期，提高爐管的熱效率、延長(cháng)設備使用壽命，同時(shí)減少裂解爐停機的風(fēng)險，確保生產(chǎn)連續性和穩定性；

（2）顯著(zhù)提高了壓力監控的精準度和對異常情況的響應速度，幫助操作人員提前發(fā)現潛在問(wèn)題，避免設備過(guò)早老化和停機，減少不必要的維修和生產(chǎn)中斷；

（3）操作人員可以在遠程監控系統中實(shí)時(shí)查看壓力數據，從而減少現場(chǎng)操作的頻率和風(fēng)險，為裂解爐的安全穩定運行和整體效率提升提供了堅實(shí)保障。

5　項目意義

現場(chǎng)用戶(hù)對整個(gè)項目的改造體驗表示非常滿(mǎn)意。盡管前期方案討論和產(chǎn)品訂貨歷時(shí)9個(gè)月，但實(shí)際項目實(shí)施僅用2周便完成。整個(gè)過(guò)程在不影響生產(chǎn)、不停汽的前提下，實(shí)現了對爐管運行監控的全面覆蓋，大幅提高了運行效率和安全性，也為工廠(chǎng)向智能化、自動(dòng)化方向邁進(jìn)注入了新動(dòng)力。

這一智能化與自動(dòng)化的深度融合，不僅凝聚了技術(shù)突破的結晶，更是實(shí)踐經(jīng)驗的積累與創(chuàng )新探索的有力見(jiàn)證。

精彩觀(guān)點(diǎn)

艾默生過(guò)程控制有限公司羅斯蒙特智能無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理 張軍民

記者：艾默生能夠為石油化工行業(yè)提供哪些產(chǎn)品或者解決方案？這些產(chǎn)品和解決方案具有怎樣的特色？

張軍民：作為一家全球性的技術(shù)與軟件公司，艾默生在石油化工行業(yè)中應用的產(chǎn)品和技術(shù)涵蓋了工業(yè)軟件、測量技術(shù)、控制系統、閥門(mén)與執行機構等多個(gè)領(lǐng)域。

作為測量技術(shù)的一個(gè)創(chuàng )新亮點(diǎn)，艾默生無(wú)線(xiàn)解決方案是基于無(wú)線(xiàn)HART技術(shù)的創(chuàng )新系統，旨在為工業(yè)過(guò)程監控和優(yōu)化提供靈活、高效的無(wú)線(xiàn)通信手段。

例如，在工廠(chǎng)中安裝一些無(wú)線(xiàn)傳感器去幫助監測以往成本過(guò)高或無(wú)法安全訪(fǎng)問(wèn)的測量點(diǎn)，可以幫助用戶(hù)改進(jìn)運營(yíng)、降低能耗和提升安全性，為智慧化綠色工廠(chǎng)建設的數字化轉型提供有力的支持。

無(wú)線(xiàn)傳感器和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可用于多種過(guò)程測量，與有線(xiàn)方案相比其成本通常低得多，并且安裝快，干擾少。

記者：艾默生近年來(lái)在石油化工行業(yè)發(fā)展情況如何？您感受到石油化工自動(dòng)化市場(chǎng)正在發(fā)生著(zhù)哪些變化，呈現出哪些特點(diǎn)？

張軍民：近年來(lái)在產(chǎn)能不平衡，雙碳需求以及新能源的迅猛發(fā)展背景下，石油化工行業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)深刻的變革，要求整個(gè)石油化工行業(yè)在確保安全的前提下，向少人化、綠色化、智能化方向發(fā)展。以下幾個(gè)方面解決方案的需求上升明顯：一是生產(chǎn)優(yōu)化降本增效解決方案，二是設備管理預測維護解決方案，三是節能減排環(huán)?？沙掷m解決方案，四是質(zhì)量分析優(yōu)化解決方案。

上述解決方案的實(shí)現邏輯是通過(guò)對生產(chǎn)現場(chǎng)的各類(lèi)參數的感知，采用模型算法進(jìn)行計算并提供決策輔助，最后生成指令由執行機構執行。而艾默生的無(wú)線(xiàn)解決方案正是對于生產(chǎn)現場(chǎng)的各類(lèi)參數的感知的補充，近年來(lái)在石油化工領(lǐng)域的需求不斷上升。

記者：當前，人工智能、大數據、云計算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)得到快速發(fā)展與應用，新技術(shù)如何影響石油化工行業(yè)，催生哪些新應用場(chǎng)景？

張軍民：人工智能、大數據、云計算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)無(wú)一例外依賴(lài)于實(shí)時(shí)、完整、可靠和穩定的數據底座。而傳統的數據采集方式已無(wú)法滿(mǎn)足這一需求。

傳感器、安裝和通訊技術(shù)的創(chuàng )新正在推動(dòng)智能資產(chǎn)網(wǎng)絡(luò )的擴展和可視性的提高。曾經(jīng)被認為成本過(guò)高或技術(shù)難度過(guò)大而無(wú)法安裝儀表的應用，無(wú)人值守、少人值守、遠程監視、專(zhuān)家軟件分析這些新應用場(chǎng)景都會(huì )逐漸能夠享受實(shí)時(shí)數據帶來(lái)的好處。設施中的盲點(diǎn)被逐個(gè)擊破，新的數據分發(fā)方式正在形成，以將計算能力更深入地融入到運營(yíng)中，更快地將數據轉化為洞察力，并在更短的時(shí)間內，讓每個(gè)人都能隨時(shí)隨地獲得信息。艾默生公司的無(wú)線(xiàn)解決方案以高性?xún)r(jià)比助力堅實(shí)數據底座基礎，實(shí)現高效可靠的數據管理。

記者：當前石油化工行業(yè)面臨哪些機遇和挑戰？針對此艾默生有何戰略布局？

張軍民：流程和制造企業(yè)正面臨雙重挑戰，一方面要通過(guò)降本增效來(lái)提高盈利能力，另一方面又要增強運營(yíng)可持續性和響應不斷發(fā)展的法規合規性要求。這些挑戰推動(dòng)著(zhù)整個(gè)石油化工自動(dòng)化正在朝著(zhù)數字化、智能化方向發(fā)展，實(shí)現高效、安全和綠色可持續運行。

艾默生的公司目標是通過(guò)積極推動(dòng)創(chuàng )新，讓世界變得更加健康、更加安全、更加智能，并更具可持續性。我們打造的解決方案，致力于幫助客戶(hù)應對棘手挑戰；實(shí)行設施的數字化改造，推動(dòng)顯著(zhù)的運營(yíng)改善以及推動(dòng)用戶(hù)實(shí)現包括提高可持續性在內的戰略目標。艾默生最新推出Boundless Automation^SM（無(wú)界自動(dòng)化）愿景，通過(guò)創(chuàng )建一個(gè)無(wú)縫連接技術(shù)的單一生態(tài)系統，把情境化的數據從智能現場(chǎng)通過(guò)邊緣技術(shù)傳送到云端，從而打破生產(chǎn)、分析、可靠性和質(zhì)量等領(lǐng)域的數據孤島。

記者：針對艾默生在石油化工行業(yè)所從事領(lǐng)域，從技術(shù)及應用發(fā)展角度用戶(hù)認為具有怎樣的趨勢？

張軍民：在當今工業(yè)領(lǐng)域，數字化轉型已成為企業(yè)追求卓越運營(yíng)和可持續發(fā)展的關(guān)鍵路徑。數字化轉型的企業(yè)提供了強大的支持。用戶(hù)希望通過(guò)更多的自動(dòng)化技術(shù)和解決方案實(shí)現數據的自由流通和充分利用，幫助企業(yè)提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，還能在降低成本方面發(fā)揮重要作用，同時(shí)實(shí)現安全生產(chǎn)，助力企業(yè)實(shí)現可持續發(fā)展目標。

在石油化工行業(yè)，具體表現為：

（1）數字化轉型加速

隨著(zhù)數字化技術(shù)的不斷發(fā)展，石油化工行業(yè)正加快數字化轉型的步伐。作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，艾默生數字化解決方案在石油化工行業(yè)中得到了廣泛應用。艾默生的數字化技術(shù)能夠全面提高石化企業(yè)的運營(yíng)效率、安全性和可持續性。例如，我們之前講的無(wú)線(xiàn)儀測量提高裂解爐監測安全就是一個(gè)生動(dòng)的案例。

（2）注重安全與可持續發(fā)展

安全與可持續發(fā)展是石油化工行業(yè)的兩大核心議題。艾默生公司在技術(shù)及應用發(fā)展中始終將安全和可持續發(fā)展放在首位。艾默生的無(wú)線(xiàn)解決方案在保障人員安全、設備安全以及流程安全方面表現出色。

（3）智能化與自動(dòng)化水平提升

智能化和自動(dòng)化是石油化工行業(yè)未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵方向。艾默生公司憑借其豐富的技術(shù)積累和創(chuàng )新能力，將創(chuàng )新產(chǎn)品與自動(dòng)化系統緊密協(xié)同工作，形成了系列化數字化解決方案，在智能化和自動(dòng)化領(lǐng)域取得了顯著(zhù)成果。

艾默生正在推動(dòng)Boundless Automation^SM（無(wú)界自動(dòng)化）愿景，利用新型的先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)、軟件和解決方案，提高對現代普適測量技術(shù)和現場(chǎng)設備所生成的大量運營(yíng)技術(shù)（OT）數據的可見(jiàn)性。

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年12月刊