摘要：在催化劑的生產(chǎn)流程中，催化劑轉爐的溫度是是保證轉爐正常運轉和全裝置安全平穩(wěn)運行的關鍵參數(shù)。但是傳統(tǒng)的滑環(huán)測溫存在精度不高、設備維護困難等問題。采用智能無線儀表對轉爐溫度進行測量，不僅測量精度得到提高，同時還具有降低安裝成本和設備維護成本的好處。
關鍵字：催化劑 轉爐溫度 智能無線技術
1.中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司及催化劑廠
中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司是集煉油、化工和化肥生產(chǎn)為一體的的大型石化企業(yè)，是中國西部地區(qū)最大的石化企業(yè)。公司擁有原油一次加工能力1050萬噸/年。并具備相配套的二次加工能力，能生產(chǎn)汽油、柴油、煤油、潤滑油、催化劑、合成橡膠等400余種石化產(chǎn)品，是我國生產(chǎn)石化產(chǎn)品品種比較齊全的企業(yè)之一。
中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司催化劑廠建廠于1964年，位于黃河之濱、古絲綢之路重鎮(zhèn)——甘肅省蘭州市。是我國專門從事石油裂化催化劑工業(yè)開發(fā)生產(chǎn)的基地，是國內三大催化裂化催化劑生產(chǎn)基地之一，被譽為“石油裂化催化劑的搖籃”。主流產(chǎn)品年生產(chǎn)能力達到50000噸，是中國石油目前唯一的催化裂化催化劑生產(chǎn)基地
2.催化劑轉爐的溫度監(jiān)測
催化劑轉爐是催化劑生產(chǎn)過程中的關鍵設備。蘭州石化分公司催化劑廠的催化劑轉爐的長度為30米，運行溫度1000攝氏度，轉速為4~5轉/分鐘，控制系統(tǒng)采用的是和利時的PLC，每臺設備有4個溫度測點。在催化劑的生產(chǎn)過程中要隨時對溫度進行監(jiān)測，以保證轉爐的正常運轉和全裝置的安全平穩(wěn)運行，同時轉爐的溫度直接影響到產(chǎn)品的質量和生產(chǎn)過程中的能耗，因此準確、可靠的測量轉爐的溫度十分重要。傳統(tǒng)上催化劑轉爐的溫度監(jiān)測采用滑環(huán)測溫的方式來測量溫度，如圖1所示。
圖1 催化劑轉爐的滑環(huán)測溫
催化劑轉爐的滑環(huán)式測溫屬于直接測量，利用熱電偶測量轉爐的溫度。采用滑環(huán)測溫時，熱電偶的兩端分別連接在兩個滑環(huán)上，每個滑環(huán)分別與一個碳刷聯(lián)接，碳刷固定在一根連桿上，通過導線與溫度變送器連接。同時滑環(huán)測溫的缺點也十分明顯，主要有：
1、由于滑環(huán)失圓和轉爐的振動，碳刷會高頻率地跳躍，導致信號傳導不連續(xù)，造成信號丟失。
2、滑環(huán)所在的環(huán)境溫度很高，會造成滑環(huán)繡蝕，同時粉塵會在碳刷和滑環(huán)之間造成絕緣阻隔，導致信號失真。
3、熱電偶測量為毫伏信號，易受到干擾，影響測量精度。
4、由于滑環(huán)的機械結構，導致維護量較大，維護費用高。
由于滑環(huán)測溫存在上述的缺點，無法及時、準確、可靠的測量溫度，而溫度的失真會影響產(chǎn)品的質量并增加裝置的能耗。隨著催化劑廠對產(chǎn)品質量和能耗的要求日益提高，在不對轉爐進行大規(guī)模改造的前提下，尋求一種能夠準確可靠的測量催化劑轉爐的新方法成為一種切實的需求。
3.艾默生智能無線技術解決方案
為了能夠及時準確地測量催化劑轉爐的溫度，提高產(chǎn)品的質量穩(wěn)定性和降低能耗，蘭州石化催化劑廠對包括滑環(huán)測溫、紅外線成像、無線測溫等方案進行了對比，綜合各個方案的特點，最后選取了艾默生公司的智能無線技術作為解決方案，對催化劑轉爐的測溫系統(tǒng)進行了改造，取得了很好的成果。該方案使用無線溫度變送器648直接與熱電偶連接，安裝在爐體上，無線溫度變送器648將采集到的信號無線傳輸?shù)綗o線智能網(wǎng)關1420，網(wǎng)關1420由EtherNet 連接，以OPC協(xié)議與和利時PLC系統(tǒng)通訊。現(xiàn)場安裝圖如圖2所示。
圖2 艾默生智能無線測溫方案安裝示意圖
3.1 艾默生智能無線方案的優(yōu)勢
艾默生智能無線方案的優(yōu)勢
1、采用與有線變送器相同的檢測元件，保證工藝數(shù)據(jù)來源可靠。
2、無線網(wǎng)關主動搜索并自動調整無線網(wǎng)絡以適應無線設備的增加或減少，同時網(wǎng)關可管理并選擇數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂?，采用時間同步技術，以此保證數(shù)據(jù)傳輸實時可靠。
3、上位機組態(tài)方便，無專用軟件，IE瀏覽器組態(tài)界面友好，人機交互性強，支持多種通訊協(xié)議。
4、無線網(wǎng)絡安裝方便，從安裝無線儀表到讀取數(shù)據(jù)只用3個小時。
5、無需敷設電纜和橋架，節(jié)省安裝成本。
6、無線設備具有自診斷功能，可以同時檢測電池電量和環(huán)境溫度。
3.1.艾默生智能無線系統(tǒng)的架構和主要設備特點
3.1.1.系統(tǒng)架構
無線控制系統(tǒng)一般由各類工況監(jiān)測無線變送器、無線網(wǎng)關、裝有IE瀏覽器的PC機組成。其結構如下圖所示：
圖3 艾默生無線解決方案結構
3.1.2.艾默生智能無線網(wǎng)關1420的功能和特點
無線網(wǎng)關在無線控制系統(tǒng)中起到中間轉換的作用，它是連接現(xiàn)場設備和控制系統(tǒng)的橋梁，實現(xiàn)網(wǎng)絡管理、數(shù)據(jù)管理和設備管理的三大功能。首先網(wǎng)關要管理其轄區(qū)內的無線設備，根據(jù)其位置分布自動建立通訊網(wǎng)絡，保證各個被檢測的工藝參數(shù)準確可靠的傳輸?shù)骄W(wǎng)關，一旦網(wǎng)絡建立，即利用標準接口和支持相應的通訊協(xié)議將收集到的工藝數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)數(shù)據(jù)送入控制系統(tǒng)內，以實現(xiàn)對現(xiàn)場設備及工藝數(shù)據(jù)的監(jiān)控。網(wǎng)關和上位機通信時，支持ModubusRS-485、ModbusTCP/IP及EtherNet OPC的通訊協(xié)議，與DCS、PLC或SCADA系統(tǒng)無縫連接；
下圖為艾默生智能無線網(wǎng)關1420的外觀照片：
圖4艾默生智能無線網(wǎng)關1420
3.1.3.無線溫度變送器
智能無線溫度變送器Rosemount648，其主要性能和特點與有線儀表相同，只是其信號輸出采用支持WirelessHART協(xié)議的無線輸出，采用智能電源模塊供電。下圖為Rosemount智能無線溫度變送器648的外觀照片：
圖6 Rosemount 648無線溫度變送器
4.應用體會
催化劑轉爐作為催化劑生產(chǎn)過程中的關鍵設備，其溫度監(jiān)測非常重要，無線儀表相對于傳統(tǒng)的滑環(huán)式溫度測量方式，安裝簡單，調試方便，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，參數(shù)準確，解決了從滑環(huán)連線易損壞的問題。和使用有線儀表相比，維護的工作量大大降低。無線溫度變送器648和無線網(wǎng)關的抗干擾能力強，即使在振動噪音較大，溫度很高的環(huán)境中，運行穩(wěn)定，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)準確可靠。使用智能無線設備，解決了轉爐溫度監(jiān)測的難題，為企業(yè)提高產(chǎn)品質量、降低能耗提供了有效的技術支持。