超越PV:先进的仪器

100多年来，过程仪表为实现过程控制提供了条件和物理特性的基本测量。测量压力是为了控制压力，测量温度是为了控制温度。在20世纪30年代，当Foxboro的工程师发明了d/p单元，并在各种工艺变量中添加了流量时，要求发生了重大变化。

要以控制所需的精度来测量流量，就需要一套完整得多的工程数据。除了温度和压力之外，我们还必须测量诸如流体性质、管径、管道材料和温度等参数，以确定测量的主要元素、液体将通过的孔的大小，以及所有楔形、弯头、文丘里管或创建可测量流量所需的其他组件。一旦我们确定了这些组件，为了在正确的应用中获得正确的产品并构建模型代码，我们仍然必须从4到5个测量设备和至少20个不同的选项中进行选择。我们还没有结束。我们还必须知道如何安装这些设备以使它们工作，并且必须依赖于脉冲线和缓冲器的经验法则信息或对膜片密封的安装效果的精确计算。这些知识基础对于建立一个按预期生产的工厂是必要的。但在设计阶段发生了什么?

工厂设计者通常从生产指定数量产品的要求开始。从设计/建造-运行-优化(DOO)工厂生命周期模型(见图表)来看工厂设计，在设计阶段，我们必须确定需要哪些和多少产品测量来控制过程并测量运行阶段的质量。大多数测量将是一个过程条件，但有些将直接测量产品。设计师通常会减少测量的数量以节省建筑成本，他们认为用户可以在工厂运行时添加它们，如果需要的话。

如果您只是进行简单的条件和产品测量，这可以很好地解决问题，但最近先进过程控制技术和仪器仪表的集成，特别是流量仪器仪表，极大地扩展了公司可以实施的战略测量。在设计阶段忽略这些可能会导致失去改进流程和最终盈利的机会。

除了简单地提供条件或物理性质的测量外，我们现在有一个巨大的机会从我们的仪器中收集更多的信息。比如说，为什么不进行蒸馏测量呢?我们可以通过使用先进的软件来结合所有传感器提供的状态和物理特性的读数，并利用用于设计工厂的相同建模专业知识来得出这一结论。正如我们所说的，这些先进的测量方法结合了先进应用程序的功能、最先进的现场设备和过程测量方法。流量计在测量HF烷基化、监护转移和净油气时的广泛使用，说明了我们可以从现场仪器中提取新价值的多种方式。

安全、经济的测量方法

高频烷基化监测是一个很好的例子，先进的测量，可以有重大的回报。氢氟酸(HF)是石油加工中常用的催化剂，准确分析HF在加工过程中的再循环量对于最大限度地提高原油收率具有重要意义。早期的HF监测方法包括采集人工样本并在实验室进行分析;然而，这种样本方法的准确性有限，并使实验室工作人员暴露在毒素中。最近的FTNIR(傅里叶变换近红外)分析仪技术非常精确，但适应实时在线监测是复杂和昂贵的。更好的解决方案是用测量系统取代传统的人工采样和FTNIR分析，该测量系统通过分析在线传感器的差分响应实时监测HF水平。

虽然这种测量方法是新的，但它依赖于一组已经存在多年的仪器。先进的分析软件读取的响应谱与传统FTNIR产生的数据直接类似。这种测量和控制解决方案还有助于通过最大限度地减少潜在的腐蚀来降低维护成本，并通过消除工厂和实验室人员任何潜在的样品暴露来支持环境和安全。

无可辩驳的燃料转移

科里奥利计量和先进的应用程序的组合，使无可辩驳的加油转移。世界航运的大部分船用燃料是通过驳船运送到船上的。滞留的空气悬浮在粘性燃料油中，人为地增加了它的体积。这种影响一直是航运业迄今为止无法解决的主要问题。目前，供应数量的测量涉及到在交货前后浸入驳船罐，并进行各种计算和修正，将罐体积测量转换为交付质量。这个过程充满了困难、错误和人员危险。科里奥利测量提供了一个可行的替代方案。

虽然托管传输操作通常不采用旋转管道，但为了利用科里奥利原理进行流量测量，需要振荡一段管道。振荡产生科里奥利力，可以通过感知和分析来确定流速。为了使用科里奥利力进行测量，科里奥利仪有两个主要组成部分:一个配有传感器和驱动器的振荡流管，以及一个控制振荡、分析结果和传输信息的电子发射器。

可靠的科里奥利测量依赖于一致的、可靠的振荡，这是由四个因素决定的:液体的密度、管道的平衡、流动本身引起的阻尼以及管道与环境的物理隔离。

即使妥协其中一个因素也会降低科里奥利流量计的性能，而两相流妥协了每一个因素。因此，即使涉及微不足道的夹带气体(体积只有2%)的应用也不适合科里奥利测量。对于那些进行批量作业的公司来说，这尤其令人不安，因为在批量作业中，可靠、高精度的流量测量可以带来相当大的利润优势，但在批量作业中，也需要从空管或部分充满的流管开始。

先进的数字科里奥利仪现在改变了这一切。其变送器中的微处理器运行先进的数字信号处理技术，提供有用的质量流量和密度测量，确保在单相或两相流条件下稳定运行，例如在船用燃料油输送中发现的情况。

乳品托管转移

同样的原则不仅适用于加油。乳制品加工商在从采购原材料到交付最终产品的操作过程中必须遵守许多严格的标准。然而，牛奶加工厂还没有一个托管转移系统的标准。先进的流量测量应用可以降低成本，提高材料的可靠性。西弗吉尼亚州的一家大型奶牛场对奶管转移精度的要求高于±0.2%，该奶牛场安装了科里奥利流量计系统，该系统使用先进的数字技术来补偿流动中气体或液体量的变化，这是使用传统科里奥利流量计无法做到的。该系统超越了客户的可靠性和准确性要求，提供了±0.02%的证明精度。

测量净油和湿气

新一代先进应用将两相流测量扩展到多相流测量，可以在上游应用中精确测量净油和湿气。目前，大多数油气田依靠气液分离器来测量每口井的产量。他们将气与油和水分离，测量每种成分的流速。这些气液分离器的拥有和操作都非常昂贵。它们必须配有储罐来储存分离的液体和设备，以便在现场重新注水。运营商还可能需要支付用于收集设施的第二条管道或将凝析油运出现场的卡车的费用，这同样需要大量的硬件、空间和土地。此外，这些分离器最多可以每天报告信息，但优化油藏管理需要实时数据。

科里奥利流量计使用先进的软件，可以直接从井口测量含气、油和水的流量，而无需首先将它们分离。这带来了巨大的成本、生产力和环境效益。为了测量净油，科里奥利流量计配备了油水探头。带有HMI的远程终端用于将探头的读数集成到先进的网络石油计算机(NOC)应用程序中。

净气体稍微复杂一些，因为气田首先生产气体，然后才开始生产液体。当发生液体生产的相变时，可能需要安装额外的液体处理设备。湿气应用的另一个测量挑战是，生产流主要由含有液态水和凝析液的气体组成。多相科里奥利测量可以在井口现场进行实时测量。大多数油藏模型都是基于长期稳态情况。油井通常每月通过试井报告一次，而气井通常每天报告一次。现在，通过实时测量，生产商可以更好地了解生产情况，并优化现场作业。

仪器的新时代

我们在这里给出的大多数例子都涉及到流量计，但它们表明了建立一个新的知识库的可能性，在这个知识库中，来自传统现场设备的数据与应用专业知识、建模和先进的过程控制软件相结合，从而实现20年前甚至无法想象的测量。

已经有一个重要的和不断增长的专业知识基础，帮助制造商建立工厂，维护流程，并保持他们的运行。现在注意力转向优化工厂流程和业务系统。随着商业发展的速度和复杂性不断增长，在简单的专业知识和真正的战略优势之间形成清晰的区分正变得越来越困难。自动化供应商面临的挑战是应用这些知识来帮助客户在他们面临的控制、资产管理、生产力和环境挑战方面实现卓越。

- Tobias Scheele是英维思运营管理高级应用副总裁。

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