无线仪表测量提高裂解炉安全监控

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 项目背景介绍

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项目实施与应用情况详细介绍

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。整个项目的升级改造主要包括：

     a)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。

     b)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MODBUS TCP\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。

现场施工和安装图

                                组态       

                            校验        

安装

                                  升级前的现场    

升级后的现场

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，界面图如下：

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项目创新性、重点与难点问题及解决思路：

  重点与难点问题及解决思路： 

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。

创新点一：  构建了一个安全、稳定和高效的无线解决方案

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。

创新点二：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。

该压力表配备直径达4.5英寸（114毫米）的宽大表盘，方便现场读取。同时，支持无线HART通信协议，可将压力读数和状态指示信息实时传输至主机系统，构建数字化网络， 大幅提升了操作的便捷性和监控效率。

艾默生WPG无线压力表特点如下。

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项目为用户实现的效益分析

● 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；

● 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；

● 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项目意义概述

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。