★艾默生过程控制有限公司

华南某石化公司利用裂解炉切换的时机，在不影响生产和不停汽的前提下，通过增加无线监测点，对裂解炉监控系统进行了升级改造，成功实现了对炉管运行的全覆盖监控，使操作调整更加及时和灵活。

1　项目背景

乙烯裂解炉是一种在炉管内进行烃类裂解反应的关键设备，被誉为乙烯生产装置的核心。其主要功能是将天然气、炼厂气、原油及石脑油等原材料，在炉管内加热至所需的高温条件下，进行裂解反应生成裂解气（如乙烯、丙烯等烯烃类产品），为后续生产提供基础原料。

在华南某石化公司的乙烯工艺中，原料与蒸汽经过一系列预热和混合调整后，进入裂解炉的辐射段。每根辐射炉管的入口处都设有文丘里喷嘴，用以将进料均匀分配至所有炉管，从而完成裂解反应。

操作工程师关注的一个重要工作点是确保每根炉管的流量始终保持恒定。只要出口绝对压力与入口绝对压力之比小于某个固定比例，文丘里喷嘴便能实现均匀的流量分配。这一流量仅依赖于上游压力，完全不受下游压力的影响，即使由于不均匀结焦导致不同炉管的压降有所不同，流量分配仍能保持稳定。

但是辐射炉管内壁的不均匀的结焦形成的焦层会导致炉管金属温度升高，同时增加辐射管的压力降。当出现以下四个条件时，就必须进行清焦：（1）炉管温度过高；（2）出口绝对压力与入口绝对压力之比过大；（3）炉管局部管壁过热；（4）文丘里逐渐阻塞导致出口温度过高。如果现场压力点监测不及时，可能会导致各辐射炉管堵塞现象提前发生，造成流量不均，从而使整体系统提前进入清焦程序。因此，裂解炉炉管压力监测对于确保乙烯生产过程的安全性、稳定性和高效性至关重要。

该石化公司的乙烯装置现场共有7个裂解炉和198根文丘里管，但原现场仅配置了24块压力变送器，其余设备均为就地压力表。在裂解炉高温运行过程中，操作工程师需要每班次手动抄读现场压力表并进行数据对比，以判断炉管的状况。这种方法不仅工作量巨大，而且存在响应延迟和人为误差的风险，无法满足对所有炉管压力全过程监控的需求。同时，操作工程师现场手动抄读数据的方式，也增加了人员在现场的安全风险。

此前，近年来，已有多起同类乙烯裂解炉因未能及时掌握炉管状况而导致事故的案例。为此，用户希望利用裂解炉切换的机会，在不影响生产和不停汽的前提下，在文丘里管后新增压力监控测点，以最小成本的完成技术升级改造，确保炉管的最佳运行状态，从而提高生产效率。

2　项目实施与应用

为了不影响生产并争取时间，用户技术团队经过多次技术论证，并根据现场实际情况，最终选择了基于无线HART技术的无线解决方案如图1所示。整个项目的升级改造主要包括：

（1）对现场压力表更换为具备无线HART技术传输的无线压力表。现场7台炉增加的压力点采用了152台艾默生罗斯蒙特的无线压力变送器WPG，直接替代原有压力表，其中A炉~F炉每炉24点，G炉8点。

（2）无线通信技术配置了14台艾默生罗斯蒙特的781S中继器加强网络稳定性。每台炉设置2台，安装于4层平台东侧；同时配置1套2台冗余无线网关+外置天线。无线网关1410S与DCS通过MODBUSTCP\IP方式相连。构建的无线通讯网络具备自组网和自愈功能，即使某一节点失效，网络也能自动调整，保持通信畅通。

图1无线解决方案

图2现场施工和安装图

现场施工和安装图如图2所示，近170台现场无线仪表的安装与调试仅用2周便高效完成：所有设备支持电池供电，电池寿命可长达10年，现场无需进行复杂的电缆敷设等繁琐工程，大大降低了安装和工程成本和时间。

升级改造后，全新无线压力表和无线通信技术成功实现了数据的实时传输至远程监控系统，界面图如图3所示。

图3

这套采用全球标准的无线HART协议的系统通过多层加密和跳频技术，具备极强的抗干扰能力，确保数据传输的安全性与稳定性；提供的实时数据帮助用户现场对炉管进行监控全覆盖，实现设备状态的实时监测和智能化管理，用户操作调整更加及时、更加灵活。

3　项目创新

项目现场共有7个裂解炉和198根文丘里管，但原有监控系统仅配置了24块压力变送器，其余设备均为就地压力表。客户计划通过技术升级替换或增加152个压力监测点实现对炉管运行的全面监控。然而，这些监测点距离机柜间近200米，如果采用常规的有线仪表方案，需增加约3万米的线缆工程。这不仅涉及较长的施工周期和大量人工投入，还可能对工厂的生产效率和现场环境安全造成不利影响。

为了避免这些问题并争取时间，客户经过近6个月的方案讨论，最终选用了艾默生罗斯蒙特基于无线HART协议的无线技术解决方案。

多年来，艾默生罗斯蒙特在石化、化工、电力等行业积累了丰富的应用经验。结合项目的实际需求和复杂工况，艾默生为客户设计了一套符合其工艺要求的自动化监控系统，为裂解炉的高效运行和全覆盖监控提供了可靠支持。

相较于传统有线方式，采用无线解决方案具有显著的优势：

·免去了大量敷设电缆、穿线管、接线盒、槽盒及柔性软管等繁琐工序，尤其是涉及到的高空敷设、开挖或在狭窄空间进行布线，使得安装过程更加简洁高效，大幅减少了施工周期和人力投入，同时大大降低了现场施工的安全风险，为生产环境提供更高的安全保障。

·简化了信号接入流程，不需要按照传统思路增加DCS卡件，也无需调整信号通道、增设安全栅或扩展接线柜等繁复操作，降低了实施过程中的技术复杂性，避免了对现有工厂生产的干扰，减少了工厂停产或减产的风险。

·基于成熟的无线HART技术，用跳频技术和加密算法，能有效抵御电磁干扰和网络攻击，确保数据传输的安全性和稳定性，提供高可靠性和低延迟的数据通信，可实现实时压力的精准传输，而且支持远程配置和在线诊断功能，减少人工巡检次数。

·一套无线网络即可支持多个设备同时接入，满足复杂工艺流程中的多节点需求，同时网络自组网功能允许设备在发生中断时自动重新路由，保障通信持续稳定。

项目选用了一款先进的无线压力表——艾默生罗斯蒙特的WPG压力表，其集无线压力表和智能压力表为一体，巧妙结合了电子变送器的高性能与传统机械结构的实用性，采用先进的固态压力传感器技术，并以电子方式而非机械方式处理信号，其指针由一个微型电机驱动，不仅避免了传统压力表中波登管、膜片、弹簧管、齿轮传动等这些阻碍精确压力报告或显示的机械部件，而且具备更高的过压承载能力；同时结构上只有一个可移动部件，因而可在高冲击、强振动及其他极端条件下稳定运行。

最终，得益于先进的无线压力表和无线通信技术方案，用户仅用2周时间便完成了现场仪表的更换、无线通信设备的安装及仪表调试工作。整个过程无需现场敷设电缆、布线或开挖等繁杂施工，顺利且高效地达成了既定目标。

4　项目效益

（1）实现了对炉管压力数据的实时采集和传输，从而准确掌握炉管堵塞状况，帮助优化清焦周期，提高炉管的热效率、延长设备使用寿命，同时减少裂解炉停机的风险，确保生产连续性和稳定性；

（2）显著提高了压力监控的精准度和对异常情况的响应速度，帮助操作人员提前发现潜在问题，避免设备过早老化和停机，减少不必要的维修和生产中断；

（3）操作人员可以在远程监控系统中实时查看压力数据，从而减少现场操作的频率和风险，为裂解炉的安全稳定运行和整体效率提升提供了坚实保障。

5　项目意义

现场用户对整个项目的改造体验表示非常满意。尽管前期方案讨论和产品订货历时9个月，但实际项目实施仅用2周便完成。整个过程在不影响生产、不停汽的前提下，实现了对炉管运行监控的全面覆盖，大幅提高了运行效率和安全性，也为工厂向智能化、自动化方向迈进注入了新动力。

这一智能化与自动化的深度融合，不仅凝聚了技术突破的结晶，更是实践经验的积累与创新探索的有力见证。

精彩观点

艾默生过程控制有限公司罗斯蒙特智能无线业务发展经理 张军民

记者：艾默生能够为石油化工行业提供哪些产品或者解决方案？这些产品和解决方案具有怎样的特色？

张军民：作为一家全球性的技术与软件公司，艾默生在石油化工行业中应用的产品和技术涵盖了工业软件、测量技术、控制系统、阀门与执行机构等多个领域。

作为测量技术的一个创新亮点，艾默生无线解决方案是基于无线HART技术的创新系统，旨在为工业过程监控和优化提供灵活、高效的无线通信手段。

例如，在工厂中安装一些无线传感器去帮助监测以往成本过高或无法安全访问的测量点，可以帮助用户改进运营、降低能耗和提升安全性，为智慧化绿色工厂建设的数字化转型提供有力的支持。

无线传感器和无线网络可用于多种过程测量，与有线方案相比其成本通常低得多，并且安装快，干扰少。

记者：艾默生近年来在石油化工行业发展情况如何？您感受到石油化工自动化市场正在发生着哪些变化，呈现出哪些特点？

张军民：近年来在产能不平衡，双碳需求以及新能源的迅猛发展背景下，石油化工行业正在经历一场深刻的变革，要求整个石油化工行业在确保安全的前提下，向少人化、绿色化、智能化方向发展。以下几个方面解决方案的需求上升明显：一是生产优化降本增效解决方案，二是设备管理预测维护解决方案，三是节能减排环保可持续解决方案，四是质量分析优化解决方案。

上述解决方案的实现逻辑是通过对生产现场的各类参数的感知，采用模型算法进行计算并提供决策辅助，最后生成指令由执行机构执行。而艾默生的无线解决方案正是对于生产现场的各类参数的感知的补充，近年来在石油化工领域的需求不断上升。

记者：当前，人工智能、大数据、云计算、工业互联网等新一代信息技术得到快速发展与应用，新技术如何影响石油化工行业，催生哪些新应用场景？

张军民：人工智能、大数据、云计算、工业互联网等新一代信息技术无一例外依赖于实时、完整、可靠和稳定的数据底座。而传统的数据采集方式已无法满足这一需求。

传感器、安装和通讯技术的创新正在推动智能资产网络的扩展和可视性的提高。曾经被认为成本过高或技术难度过大而无法安装仪表的应用，无人值守、少人值守、远程监视、专家软件分析这些新应用场景都会逐渐能够享受实时数据带来的好处。设施中的盲点被逐个击破，新的数据分发方式正在形成，以将计算能力更深入地融入到运营中，更快地将数据转化为洞察力，并在更短的时间内，让每个人都能随时随地获得信息。艾默生公司的无线解决方案以高性价比助力坚实数据底座基础，实现高效可靠的数据管理。

记者：当前石油化工行业面临哪些机遇和挑战？针对此艾默生有何战略布局？

张军民：流程和制造企业正面临双重挑战，一方面要通过降本增效来提高盈利能力，另一方面又要增强运营可持续性和响应不断发展的法规合规性要求。这些挑战推动着整个石油化工自动化正在朝着数字化、智能化方向发展，实现高效、安全和绿色可持续运行。

艾默生的公司目标是通过积极推动创新，让世界变得更加健康、更加安全、更加智能，并更具可持续性。我们打造的解决方案，致力于帮助客户应对棘手挑战；实行设施的数字化改造，推动显著的运营改善以及推动用户实现包括提高可持续性在内的战略目标。艾默生最新推出Boundless Automation^SM（无界自动化）愿景，通过创建一个无缝连接技术的单一生态系统，把情境化的数据从智能现场通过边缘技术传送到云端，从而打破生产、分析、可靠性和质量等领域的数据孤岛。

记者：针对艾默生在石油化工行业所从事领域，从技术及应用发展角度用户认为具有怎样的趋势？

张军民：在当今工业领域，数字化转型已成为企业追求卓越运营和可持续发展的关键路径。数字化转型的企业提供了强大的支持。用户希望通过更多的自动化技术和解决方案实现数据的自由流通和充分利用，帮助企业提高生产效率和产品质量，还能在降低成本方面发挥重要作用，同时实现安全生产，助力企业实现可持续发展目标。

在石油化工行业，具体表现为：

（1）数字化转型加速

随着数字化技术的不断发展，石油化工行业正加快数字化转型的步伐。作为工业自动化领域的领军企业，艾默生数字化解决方案在石油化工行业中得到了广泛应用。艾默生的数字化技术能够全面提高石化企业的运营效率、安全性和可持续性。例如，我们之前讲的无线仪测量提高裂解炉监测安全就是一个生动的案例。

（2）注重安全与可持续发展

安全与可持续发展是石油化工行业的两大核心议题。艾默生公司在技术及应用发展中始终将安全和可持续发展放在首位。艾默生的无线解决方案在保障人员安全、设备安全以及流程安全方面表现出色。

（3）智能化与自动化水平提升

智能化和自动化是石油化工行业未来发展的关键方向。艾默生公司凭借其丰富的技术积累和创新能力，将创新产品与自动化系统紧密协同工作，形成了系列化数字化解决方案，在智能化和自动化领域取得了显著成果。

艾默生正在推动Boundless Automation^SM（无界自动化）愿景，利用新型的先进自动化技术、软件和解决方案，提高对现代普适测量技术和现场设备所生成的大量运营技术（OT）数据的可见性。

摘自《自动化博览》2024年12月刊