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★艾默生過程控制有限公司

華南某石化公司利用裂解爐切換的時機，在不影響生產和不停汽的前提下，通過增加無線監測點，對裂解爐監控系統進行了升級改造，成功實現了對爐管運行的全覆蓋監控，使操作調整更加及時和靈活。

1　項目背景

乙烯裂解爐是一種在爐管內進行烴類裂解反應的關鍵設備，被譽為乙烯生產裝置的核心。其主要功能是將天然氣、煉廠氣、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，進行裂解反應生成裂解氣（如乙烯、丙烯等烯烴類產品），為后續生產提供基礎原料。

在華南某石化公司的乙烯工藝中，原料與蒸汽經過一系列預熱和混合調整后，進入裂解爐的輻射段。每根輻射爐管的入口處都設有文丘里噴嘴，用以將進料均勻分配至所有爐管，從而完成裂解反應。

操作工程師關注的一個重要工作點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固定比例，文丘里噴嘴便能實現均勻的流量分配。這一流量僅依賴于上游壓力，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導致爐管金屬溫度升高，同時增加輻射管的壓力降。當出現以下四個條件時，就必須進行清焦：（1）爐管溫度過高；（2）出口絕對壓力與入口絕對壓力之比過大；（3）爐管局部管壁過熱；（4）文丘里逐漸阻塞導致出口溫度過高。如果現場壓力點監測不及時，可能會導致各輻射爐管堵塞現象提前發生，造成流量不均，從而使整體系統提前進入清焦程序。因此，裂解爐爐管壓力監測對于確保乙烯生產過程的安全性、穩定性和高效性至關重要。

該石化公司的乙烯裝置現場共有7個裂解爐和198根文丘里管，但原現場僅配置了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程中，操作工程師需要每班次手動抄讀現場壓力表并進行數據對比，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險，無法滿足對所有爐管壓力全過程監控的需求。同時，操作工程師現場手動抄讀數據的方式，也增加了人員在現場的安全風險。

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

2　項目實施與應用

為了不影響生產并爭取時間，用戶技術團隊經過多次技術論證，并根據現場實際情況，最終選擇了基于無線HART技術的無線解決方案如圖1所示。整個項目的升級改造主要包括：

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

（2）無線通信技術配置了14臺艾默生羅斯蒙特的781S中繼器加強網絡穩定性。每臺爐設置2臺，安裝于4層平臺東側；同時配置1套2臺冗余無線網關+外置天線。無線網關1410S與DCS通過MODBUSTCP\IP方式相連。構建的無線通訊網絡具備自組網和自愈功能，即使某一節點失效，網絡也能自動調整，保持通信暢通。

圖1無線解決方案

圖2現場施工和安裝圖

現場施工和安裝圖如圖2所示，近170臺現場無線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，電池壽命可長達10年，現場無需進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間。

升級改造后，全新無線壓力表和無線通信技術成功實現了數據的實時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線HART協議的系統通過多層加密和跳頻技術，具備極強的抗干擾能力，確保數據傳輸的安全性與穩定性；提供的實時數據幫助用戶現場對爐管進行監控全覆蓋，實現設備狀態的實時監測和智能化管理，用戶操作調整更加及時、更加靈活。

3　項目創新

項目現場共有7個裂解爐和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。客戶計劃通過技術升級替換或增加152個壓力監測點實現對爐管運行的全面監控。然而，這些監測點距離機柜間近200米，如果采用常規的有線儀表方案，需增加約3萬米的線纜工程。這不僅涉及較長的施工周期和大量人工投入，還可能對工廠的生產效率和現場環境安全造成不利影響。

為了避免這些問題并爭取時間，客戶經過近6個月的方案討論，最終選用了艾默生羅斯蒙特基于無線HART協議的無線技術解決方案。

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

相較于傳統有線方式，采用無線解決方案具有顯著的優勢：

·免去了大量敷設電纜、穿線管、接線盒、槽盒及柔性軟管等繁瑣工序，尤其是涉及到的高空敷設、開挖或在狹窄空間進行布線，使得安裝過程更加簡潔高效，大幅減少了施工周期和人力投入，同時大大降低了現場施工的安全風險，為生產環境提供更高的安全保障。

·簡化了信號接入流程，不需要按照傳統思路增加DCS卡件，也無需調整信號通道、增設安全柵或擴展接線柜等繁復操作，降低了實施過程中的技術復雜性，避免了對現有工廠生產的干擾，減少了工廠停產或減產的風險。

·基于成熟的無線HART技術，用跳頻技術和加密算法，能有效抵御電磁干擾和網絡攻擊，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，可實現實時壓力的精準傳輸，而且支持遠程配置和在線診斷功能，減少人工巡檢次數。

·一套無線網絡即可支持多個設備同時接入，滿足復雜工藝流程中的多節點需求，同時網絡自組網功能允許設備在發生中斷時自動重新路由，保障通信持續穩定。

項目選用了一款先進的無線壓力表——艾默生羅斯蒙特的WPG壓力表，其集無線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用性，采用先進的固態壓力傳感器技術，并以電子方式而非機械方式處理信號，其指針由一個微型電機驅動，不僅避免了傳統壓力表中波登管、膜片、彈簧管、齒輪傳動等這些阻礙精確壓力報告或顯示的機械部件，而且具備更高的過壓承載能力；同時結構上只有一個可移動部件，因而可在高沖擊、強振動及其他極端條件下穩定運行。

最終，得益于先進的無線壓力表和無線通信技術方案，用戶僅用2周時間便完成了現場儀表的更換、無線通信設備的安裝及儀表調試工作。整個過程無需現場敷設電纜、布線或開挖等繁雜施工，順利且高效地達成了既定目標。

4　項目效益

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

（2）顯著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現潛在問題，避免設備過早老化和停機，減少不必要的維修和生產中斷；

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

5　項目意義

現場用戶對整個項目的改造體驗表示非常滿意。盡管前期方案討論和產品訂貨歷時9個月，但實際項目實施僅用2周便完成。整個過程在不影響生產、不停汽的前提下，實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，也為工廠向智能化、自動化方向邁進注入了新動力。

這一智能化與自動化的深度融合，不僅凝聚了技術突破的結晶，更是實踐經驗的積累與創新探索的有力見證。

精彩觀點

艾默生過程控制有限公司羅斯蒙特智能無線業務發展經理 張軍民

記者：艾默生能夠為石油化工行業提供哪些產品或者解決方案？這些產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與軟件公司，艾默生在石油化工行業中應用的產品和技術涵蓋了工業軟件、測量技術、控制系統、閥門與執行機構等多個領域。

作為測量技術的一個創新亮點，艾默生無線解決方案是基于無線HART技術的創新系統，旨在為工業過程監控和優化提供靈活、高效的無線通信手段。

例如，在工廠中安裝一些無線傳感器去幫助監測以往成本過高或無法安全訪問的測量點，可以幫助用戶改進運營、降低能耗和提升安全性，為智慧化綠色工廠建設的數字化轉型提供有力的支持。

無線傳感器和無線網絡可用于多種過程測量，與有線方案相比其成本通常低得多，并且安裝快，干擾少。

記者：艾默生近年來在石油化工行業發展情況如何？您感受到石油化工自動化市場正在發生著哪些變化，呈現出哪些特點？

張軍民：近年來在產能不平衡，雙碳需求以及新能源的迅猛發展背景下，石油化工行業正在經歷一場深刻的變革，要求整個石油化工行業在確保安全的前提下，向少人化、綠色化、智能化方向發展。以下幾個方面解決方案的需求上升明顯：一是生產優化降本增效解決方案，二是設備管理預測維護解決方案，三是節能減排環保可持續解決方案，四是質量分析優化解決方案。

上述解決方案的實現邏輯是通過對生產現場的各類參數的感知，采用模型算法進行計算并提供決策輔助，最后生成指令由執行機構執行。而艾默生的無線解決方案正是對于生產現場的各類參數的感知的補充，近年來在石油化工領域的需求不斷上升。

記者：當前，人工智能、大數據、云計算、工業互聯網等新一代信息技術得到快速發展與應用，新技術如何影響石油化工行業，催生哪些新應用場景？

張軍民：人工智能、大數據、云計算、工業互聯網等新一代信息技術無一例外依賴于實時、完整、可靠和穩定的數據底座。而傳統的數據采集方式已無法滿足這一需求。

傳感器、安裝和通訊技術的創新正在推動智能資產網絡的擴展和可視性的提高。曾經被認為成本過高或技術難度過大而無法安裝儀表的應用，無人值守、少人值守、遠程監視、專家軟件分析這些新應用場景都會逐漸能夠享受實時數據帶來的好處。設施中的盲點被逐個擊破，新的數據分發方式正在形成，以將計算能力更深入地融入到運營中，更快地將數據轉化為洞察力，并在更短的時間內，讓每個人都能隨時隨地獲得信息。艾默生公司的無線解決方案以高性價比助力堅實數據底座基礎，實現高效可靠的數據管理。

記者：當前石油化工行業面臨哪些機遇和挑戰？針對此艾默生有何戰略布局？

張軍民：流程和制造企業正面臨雙重挑戰，一方面要通過降本增效來提高盈利能力，另一方面又要增強運營可持續性和響應不斷發展的法規合規性要求。這些挑戰推動著整個石油化工自動化正在朝著數字化、智能化方向發展，實現高效、安全和綠色可持續運行。

艾默生的公司目標是通過積極推動創新，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，致力于幫助客戶應對棘手挑戰；實行設施的數字化改造，推動顯著的運營改善以及推動用戶實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（無界自動化）愿景，通過創建一個無縫連接技術的單一生態系統，把情境化的數據從智能現場通過邊緣技術傳送到云端，從而打破生產、分析、可靠性和質量等領域的數據孤島。

記者：針對艾默生在石油化工行業所從事領域，從技術及應用發展角度用戶認為具有怎樣的趨勢？

張軍民：在當今工業領域，數字化轉型已成為企業追求卓越運營和可持續發展的關鍵路徑。數字化轉型的企業提供了強大的支持。用戶希望通過更多的自動化技術和解決方案實現數據的自由流通和充分利用，幫助企業提高生產效率和產品質量，還能在降低成本方面發揮重要作用，同時實現安全生產，助力企業實現可持續發展目標。

在石油化工行業，具體表現為：

（1）數字化轉型加速

隨著數字化技術的不斷發展，石油化工行業正加快數字化轉型的步伐。作為工業自動化領域的領軍企業，艾默生數字化解決方案在石油化工行業中得到了廣泛應用。艾默生的數字化技術能夠全面提高石化企業的運營效率、安全性和可持續性。例如，我們之前講的無線儀測量提高裂解爐監測安全就是一個生動的案例。

（2）注重安全與可持續發展

安全與可持續發展是石油化工行業的兩大核心議題。艾默生公司在技術及應用發展中始終將安全和可持續發展放在首位。艾默生的無線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）智能化與自動化水平提升

智能化和自動化是石油化工行業未來發展的關鍵方向。艾默生公司憑借其豐富的技術積累和創新能力，將創新產品與自動化系統緊密協同工作，形成了系列化數字化解決方案，在智能化和自動化領域取得了顯著成果。

艾默生正在推動Boundless Automation^SM（無界自動化）愿景，利用新型的先進自動化技術、軟件和解決方案，提高對現代普適測量技術和現場設備所生成的大量運營技術（OT）數據的可見性。

摘自《自動化博覽》2024年12月刊