徐永令高級工程師是我國早期煉油自動化儀表的引進、仿制和自主研發的踐行者,筆者記錄了煉油廠儀表和自動化方面技術進步的大事記及史實,為今后的教育和研究提供第一手材料。
在流程工業中,煉油行業特別具有代表性。高橋石化公司煉油廠是我國解放初期第一家自行設計建設的煉油廠。
該廠1964年被國家科委確定為全國15個工業自動化試點單位之一。長期以來,該廠持續、分期分批地與高等院校、科研院所合作,從事過程控制技術的研發和應用。
1969年,高橋石化公司煉油廠就將自主研制的數字直接控制計算機(DDC)用于常壓蒸餾煉油生產過程的控制,并連續使用十多年,直至1982年1月,首套分布式控制系統(DCS)在高橋石化公司煉油廠常減壓蒸餾裝置投入運行,才取代了原來的那套DDC。
高橋石化公司煉油廠是儀表和過程控制技術研發、應用試驗的雙重基地,在煉油儀表和自動化技術進步方面非常具有代表性。
本文提供的是高橋石化公司煉油廠在1994年之前,在儀表和自動化方面技術進步的大事記及史實。希望這些材料能真實反映出煉油工業在那個時代儀表和自動化的技術、應用、產業發展的歷程,為后人留下歷史記錄,為今后的教育和研究提供第一手史實。
本文采取兩個寫法:其一是把相關的大事和史實兩類內容放在同一段寫出來,使讀者知道事情的來龍去脈。其二是以時間(年)為序將大事和史實依次寫出來,并在事件統一排序的同時,實現史實的排序。
【史實01】煉油儀表自動化早期依靠手動操作
簡易就地指示儀表多數參數依靠簡易儀表就地指示、手工操作,是我國解放初期煉油儀表自動化的初始水平。1953年,高橋石化公司煉油廠15萬噸/年常減壓裝置建成投產,這是我國自行設計建設的第一套煉油裝置,早期依靠手動操作簡易就地指示儀表。
由于當時國內不能生產工業自動化儀表,因此,該裝置主要依靠簡易的就地指示儀表來手動操作生產對象。在裝置僅有的自控參數中,常頂溫度和減頂溫度采用了香港生產的溫包自力式控制器就地控制,常底和減底液面采用了(原)資源委員會庫存的大法蘭液面計(FOXBORO)。
此外,裝置主要靠壓力表、水銀溫度計、毫伏計、水銀差壓計就地指示,然后由手工操作閥門。這就是當時煉油自動化的水平,也作為本文的起始。
【史實02】蘇聯04儀表實現了當時國內最好的儀表自動化水平
1954年在熱裂化裝置中采用蘇聯04儀表實現主要回路閉環控制,是當時國內最好的儀表自動化水平。1954年,高橋石化公司煉油廠8萬噸/年熱裂化裝置投入生產。該裝置全套儀表自動化設備都是從蘇聯進口的,包括04型壓力、差壓變送器、二次儀表04MC、電子電位差溫度控制儀APD-32和多點記錄儀APP-09以及XK和XA補償導線、大法蘭液位計、反射液面計、控制閥等。顯而易見,這是一個由04型、位移式基地儀表配套的系統,雖然儀表水平不高,但功能完整;雖然僅限于單回路控制,但控制參數比較齊全。
溫度可在遠方測量,并且可以根據需要記錄溫度變化曲線,壓力、流量都有圓圖記錄儀記錄,構成了可以實現主要回路閉環控制的較完整的儀表自動化系統。
【史實03】仿蘇04儀表的普及
國內儀表行業快速生產(仿蘇)04型儀表并形成生產能力是對當時流程工業儀表自動化技術發展的巨大推動,快速推進國內儀表自動化技術發展。1956-1960年,我國在蘇聯援助下,快速生產(仿蘇)04儀表,即氣動位移式基地型系列儀表。高橋石化公司煉油廠最先試用并擴大應用,因而成為上海儀表工業的產品試驗基地。最先是在常減壓裝置上采用國產04儀表實現自動檢測和控制,然后該時期新建和擴建的裝置也全都采用04表。
【史實04】單回路變多參數,突破煉油儀表自動化水平
1958-1960年,復合控制技術的成功應用將原來的單(參數)回路控制提升為多參數控制,顯著提升了煉油儀表自動化水平。
1958年,原燃料部石油總局確定上海煉油廠為“熱裂化綜合自動化”試點,并明確北京石油科學研究院和北京石油設計院參加試點工作,合作進行過程控制技術的攻關。
高橋石化公司煉油廠于1960年完成了“雙參數(多參數)復合控制的開發與應用”。該項技術顯著提高了關鍵參數的控制品質,有效增加了抗擾能力,將原來的單回路控制提升到雙(多)參數控制,提高了煉油儀表自動化的水平。
20世紀60年代初,復合控制方案被列入了設計規范,并從1963年起在煉油工業中開始普遍應用。
【史實05】在線干點儀開始研制開創了在線質量儀表的歷史
北京石油科學研究院韓福田等提出了在線干點分析儀的原理方案設計,并依此方案研制試驗。但由于當時材料及加工條件所限,該方案沒能完全成功。但是它成功開創了研制在線質量儀表的歷史。
【史實06】三種單元組合儀表是我國首次開發的工業自動化儀表系列
QDZ/DDZ-Ⅰ和/DDZ-Ⅱ的研發開創了工業自動化儀表的研發之路。1962-1967年,我國儀表行業制定了三大單元組合儀表系列的產品開發計劃,即QDZ氣動單元組合儀表系列、DDZ-Ⅰ電動單元組合儀表系列(電子管式)和DDZ-Ⅱ電子單元組合儀表系列(晶體管分立元件)。
【史實07】DDZ系列氣動單元組合儀表的應用
氣動單元組合儀表應用(QDZ)的不足與改進。1963年起,氣動單元組合儀表的控制類單元陸續在高橋石化公司煉油廠試驗應用,包括比例P、比例積分PⅠ、微分D、定值器、手操器等。由于力平衡式儀表遠比由噴嘴擋板構成的位移式04儀表先進,且其體積大幅縮小,可靠性高,反應快,因此很快得到大面積應用。
QDZ系列儀表中較差的是三針二次儀表。由于加工精度不夠,故障率太高。為解決三針二次儀表的應用,高橋石化公司煉油廠曾將一批三針二次儀表解體,并將一部分零件重新加工,再重新組裝,使其性能得到了一些改進,從而可以勉強使用。QDZ的應用延續到1967年DDZ-Ⅱ電動單元組合儀表系列推出。
1963年4月,高橋石化公司煉油廠將儀表工段從動力車間劃出,建立儀表車間,本人調任儀表車間負責人,負責組建隊伍,主持儀表自動化工作,我自此至1994年4月退休為止,不論被調到哪個部門、擔任什么職務,都負責儀表自動化和計算機應用工作。我先后主管過電氣、動力、設備、工藝技術改造等工作,但煉油自動化一直是貫穿本人職業生命的一條主線。
【史實08】高橋石化公司煉油廠被確定為國家自動化試點單位
上海煉油廠1964年被確定為15個全國自動化試點單位之一。1964年4月,國家科委工作組由呂強帶隊,為制定“十二年科學技術發展規劃”而來上海考察。通過對高橋石化公司煉油廠的考察,他們確定高橋石化公司煉油廠為國家科委自動化試點單位,并將試點課題定為“常減壓計算機優化”。
1963年,國家計委曾確定過一批自動化試點單位,此次經國家科委補充,兩批合并后,全國自動化試點單位共計15個,其中煉油兩個:蘭州煉油廠和上海煉油廠;化工兩個:蘭州化學工業公司302廠和上海吳涇化工廠;電力兩個:上海南市電廠和津京唐電力網;鋼鐵兩個:鞍鋼和上鋼一廠(后改為上鋼十廠)。上海的4個試點項目由上海市政府領導。
文革期間也從未停止自動化試點工作。
上海市有高橋石化公司煉油廠、吳涇化工廠、南市發電廠、上鋼一廠(后改為上鋼十廠)4個國家自動化試點單位。 為加強領導,上海市政府成立“自動化科學技術委員會”,由經委技術局局長顧訓芳任主任委員,委員有厲聲樹(技術局)、沈志農(市科委)、陳根林(吳涇化工廠)、許永令(上海煉油廠)、吳欽煒(一機部熱工儀表所)等。
上海市化工局成立了“自動化試點指導部”由局長張耀祥任指揮。以上史實說明了自動化試點工作受到上海市各級領導重視的程度。
即使是在“文革”期間,上海市科委五處處長沈志農(后曾任市科委主任至退休)仍持續地關心著上海煉油廠的自動化試點工作。
浙大“常壓蒸餾靜態優化”協作會議之后,工控機研制和數學模型開發兩條線齊頭并進。1965年7月,上海煉油廠國家自動化試點項目“常壓蒸餾靜態優化”協作會議在浙江大學召開,浙大周春暉先生、一機部熱工儀表所葉新山、上海煉油廠許永令代表三個協作單位參加會議。
會議明確由三個單位協同承擔自動化試點任務。浙大以靜態優化數學模型為主,熱工儀表所承擔工控機的研制任務,高橋石化公司煉油廠為試點負責單位,除分別派人參與數學模型和工控機研制外,現場工作由高橋石化公司煉油廠負責并主持。
在杭州協作會議之后,工作便快速展開,工控機研制和數學模型開發兩條線齊頭并進。JDK-331工控機攻關組組成,共同攻克首臺工控機。1965年10月,高橋石化公司煉油廠派出黃加彬等6人常駐熱工儀表所,與熱工所孫廷才等人員一起組成JDK-331工控機攻關組,共同研制我國首臺工業控制機。
經申請批準,蘭州煉油廠的自動化試點項目決定采用進口工控機,選型為日本橫河的HOC-510。該機約在1968-1969年間到貨。
常壓蒸餾數學模型研發會戰。1965年年底,由浙大王驥程老師帶隊的科研隊伍到高橋石化公司煉油廠現場調研。這支教師隊伍由化工、數學、自控多種專業組成,準備數學模型的研發工作,高橋石化公司煉油廠抽調了煉油工藝有關人員趙景元、周伯敏和自控專業吳文深等共10多名專業人員與浙大的老師們一起組成蒸餾自動化組,合作開展研發工作,首先從調查入手,通過測試,取得第一手資料。
再分析裝置特性,研討建模方法及途徑。值得指出的是,在當時的條件下,大量的工藝數據測試和數據處理工作全部是用手工方式進行的,這是極其辛苦、復雜的工作,但大家為尋求建模途徑而共同奮斗。
1966年6月,“文革”開始,因學校召回教師,此項工作被迫中斷。
直接數字控制儀,穩定運行超10年。1965年9月,與南京工學院自動化系徐南榮主任商討合作事宜,南工極力推薦采用“直接數字控制技術”。由其推薦,雙方確定與上海無線電技術研究所合作,由無線電所負責研制直接數字控制儀,南工和高橋石化公司煉油廠派人參加,并由高橋石化公司煉油廠負責工程應用。
1965年年底,高橋石化公司煉油廠派出顏文化等人常駐無線電所參加研制工作。后因“文革”,南工老師返校退出合作,只能由高橋石化公司煉油廠和無線電所共同堅持研制和應用開發工作。
此項研發任務,即使在“文革”中也始終沒有停頓過,從設計、工藝到質量檢驗的全過程,自始至終把可靠性放在第位。因此,該臺直接數字控制儀在后來的實際使用中,創出連續10多年持續控制高橋石化公司煉油廠一號蒸餾裝置的優良業績。
【史實09】DDE-Ⅰ的成功投用開創了從氣動模擬儀表轉到電動模擬儀表的新紀元
DDZ-Ⅰ型電動單元組合儀表在減壓裝置投用,實現了儀表隊伍的技術轉型。1965年年底,上海自動化儀表二廠生產的首批DDZ-Ⅰ型電動單元組合儀表被安裝在新建的高橋石化公司煉油廠大減壓裝置上,這是首次在大煉油裝置上將傳統的氣動儀表改變為電動儀表的實踐。
全裝置大約用了80個臺件,共組成29個控制回路。從氣動改為電動,最重要工作是對儀表隊伍的技術培訓。在吳國元等儀表技術人員和工人同志共同努力下,首次應用電動儀表就一次投用成功,出色地完成了儀表隊伍的技術轉型。
【史實10】DDZ-Ⅱ電子單元組合儀表成功投用
1967年,北京石油設計院在設計北京東方紅煉油廠時,擬采用DDZ-Ⅱ型電子單元組合儀表系列,石油部特要求高橋石化公司煉油廠先進行該系列儀表的現場應用試驗。
第一批DDZ-Ⅱ型晶體管分立組件的電子單元組合儀表被安裝應用于減粘裝置。由于高橋石化公司煉油廠已經有了DDZ-Ⅰ型的應用經驗,因此在儀表技術人員和工人們的共同努力下,DDZ-Ⅱ型的應用也取得一次投運成功的佳績。
自此,DDZ-Ⅱ型電子單元組合儀表在高橋石化公司煉油廠取代了氣動的04儀表,取代了氣動單元組合儀表,更取代了過渡產品DDZ-Ⅰ型儀表。常規儀表的應用進入了個相對的穩定期。
1970年,東方紅煉油廠建成,石油部要求高橋石化公司煉油廠派出以邵振宇為首的15名技術人員和工人組成的開工隊,支持東方紅煉油廠開工。他們先后完成了常減壓、催化裂化、減粘三套主要裝置和輔助裝置的開工,光榮地完成了任務。
在我國儀表的發展過程中,20世紀70年代后期還有過DDZ-Ⅲ型系列儀表,但高橋石化公司煉油廠沒有再用Ⅲ型儀表來大面積置換Ⅱ型儀表,而是著眼于準備用數計算機技術工具來取代模擬儀表。
【史實11】數字調和儀研制成功并投入運行
北京石油科學研究院研制的電子管數字比率調節裝置樣機,擬在高橋石化公司煉油廠探尋應用于油品管道在線調和的控制,并且要求其作為石油部1966年“五一”獻禮的項目。
1965年下半年,由石科院的饒子健、北京設計院的馬清詩和黃碧瑜、高橋石化公司煉油廠的張功鍍和馬世泉等組成攻關組,他們夜以繼日地奮戰,在短短的不到半年的時間中,就將功能樣機改造為可以應用于現場控制的實用機器同時選擇將航煤原來的罐調和工藝改造為管道調和工藝,采用英國進口的高精度渦輪流量計(DN150、DN6)檢測航煤和添加劑流量,并于1966年4月底實現了1000:1的在線管道比率調合自動控制,它一直連續在線使用許多年,直至以晶體管調和儀更替。
管道自動調和節省了調合罐,節省了調和時間和電力,減少了油品損耗,提高了調和油的質量,經濟效益顯著,受到各方肯定。
1967年起,上海煉油廠與上海調節器廠合作,研制成功晶體管的比率調節儀,作為上調廠的產品,為國內各煉油廠所采用。
高橋石化公司煉油廠成立罐區自動化組,開展罐區自動化儀表研制和應用工作。
在石油部大力推動罐區自動化來改變油品儲運系統落后面貌的形勢下,在管調相項目成功并受到各方肯定的情況下,作為自動化試點的高橋石化公司煉油廠組建了罐區自動化組,開始進行管道自動調和、氣動閥門、儲罐液位計、平均溫度計、油罐自動切水以及監控系統等方面的研制和應用工作,初期的技術工作由科研人員張功鍍負責。
【史實12】氣動閘閥研制和應用
成功地把罐區在用手動閘閥改為氣動閥為老廠手動閥門改造為遙控閥門提供了最經濟實用的途徑。1967年開始研發氣動閥門。罐區大大小小的手動閘閥有幾百個,不可能換新的,國內也沒有氣動閥門這個產品可供應用。
研發方案是在原來的閘閥上去掉手輪,鋸掉部分閥桿,在閥的上方裝上一個自己加工的帶活塞的氣缸,套上原閥的閥桿,用儀表風的壓力,讓活塞在提升時打開閘閥,活塞下壓時關閉閘閥。
同時自己制作電磁閥,作為儀表風控制氣缸活塞上、下動作的控制部件。20世紀70年代初,高橋石化公司煉油廠把氣動閥圖紙無償提供給浙江三門樂清正在崛起的鄉鎮企業加工后,他們在高橋石化公司煉油廠的技術幫助和自身的努力下,將氣動閥的產品化帶上了正軌。
后來,樂清自動化儀表三廠成了國內最早最大的氣動閥制造商。這項工作的價值在于,它提供了老廠手動閥門改造為遙控閥門的最經濟實用的途徑。這項技術的進步使我國從無到有地增加了自控閥門的品種。
【史實13】稱重式計量儀及其應用方法的成功
稱重式計量儀及其應用方法的成功,推動了罐區自動化的進程。稱重式計量儀及其應用方法的成功做到“三不上罐”,“三不上罐”是當年石油部提得最響的口號之一。高橋石化公司煉油廠在儲罐液位計開制和應用方面做了大量工作。儲罐液位計不同于一般液位計,由于其目標山曜也計不同于一般液位計,由于其目標是用來測量大型儲罐(幾千至幾萬立方米)的液位并最終用于計量罐內儲液的體積和重量,因此,要求其測量的絕對誤差為±(1-3)mm。
即便是用于儲罐液位監控用的,也要求達到相對誤差±0.1%。而在當年的技術條件下,要研制儲罐液位計是十二分困難的1967年,高橋石化公司煉油廠曾安排利用步進馬達來研制伺服液位計,但很快就因部件的加工精度、平衡的控制難以實現等無法解決的問題而失敗1969-1971年,張功鍍與同濟大學聲學所合作研制高精度的超聲波液位計。
當時,確定提高超聲波測距精度的方法有兩種:一是超聲波液下傳輸測距,二是采用特制的被測液體全程溫度、比重實時補償校正裝置。經過多次試驗改進,實際結果十分理想,10m高度的油罐,其液位測量誤差都在士3mm之內。在航煤罐區裝了8臺,投入應用就受到操作工的青睞。但是,這種在罐內的安裝方式,其維護十分困難,只能自制自用,無法產品化和推廣。用了幾年,最后只能自生自滅。
1971年,北京石科院陳詠南利用天平原理研制的稱重式計量儀擬到高橋石化公司煉油廠探尋現場應用方案。在將近兩年的時間里,上海自動化儀表五廠幫助石科院解決了高精度加工及二次表產品化的問題,高橋石化公司煉油廠則解決了遠程吹氣、鐘罩靜壓引壓以及多路氣路切換測量方法,使得稱重式計量儀實現產品化(儀表五廠生產)并首先在高橋石化公司煉油廠批量應用。
這種遠程吹氣、鐘罩靜壓引壓以及多路氣路切換測量方法后來在全國許多煉廠、油庫推廣應用。在此后的十幾年中,稱重式計量儀在各地得到了大面積應用。
稱重式計量儀的測量方法就是罐底壓強測量,它只能測量儲液重量,而液位高度要靠設定比重計算出來,液位測量誤差大,加上鐘罩安裝、遠程氣路引壓都是不適于長期推廣應用的因素,因此,在后來國門打開、外國先進的儲罐液位計進來后,稱重式計量儀就逐漸淡出了歷史舞臺。
【史實14】將遠動裝置作為罐區的采集監控系統,實現罐區的綜合自動化
高橋石化公司煉油廠在成品罐區全面鋪開應用管道比率調合、儲罐液位計、溫度計、氣動閥門、油罐自動切水等手段后,擺在面前的就是如何實現集中監控和管理的問題。
高橋石化公司煉油廠在1969年就安排試驗用繼電器邏輯作為監控設備,并打算采用當年電話交換機中的那種步進器來作為調度端與執行端之間的通信設備。但因其同步可靠性無法滿足工控要求,這一工作很快就被丟棄。
1972年,電力行業原來使用的繼電器邏輯設備已被電子化的三遙遠動裝置所替代。張功鍍認為,只要將遠動裝置的輸入輸出部分稍做改造,就可以用作罐區的監控設備。
于是,高橋石化公司煉油廠與上海開關廠配合研制,1974年首次將遠動裝置用于上海煉油廠油罐區,作為罐區的采集監控系統,實現了4號罐區的綜合自動化,并連續運行許多年。
【史實15】罐區綜合自動化經由石油部鑒定通過
1975年7月28日,石油部在上海浦江飯店召開罐區自動化項目鑒定會,會議由石油部科技司韓福田同志主持。會議對上海煉油廠罐區自動化多組分數字式管道調和、自動量油、氣缸閥、自動放水、罐區監控系統等五個研發項目逐個做出鑒定。鑒定認為,這五個項目可供推廣應用,并要在擴大應用中完善提高,以盡快改變罐區的落后狀態。
作者簡介
作者:許永令,已故,江蘇蘇州人,1934年生,高級工程師。1951年入河北省立高級工科學校(天津)電機工程科。1954-1994年在上海煉油廠工作,歷任技術員、車間主任、科長、副總工程師,退休后從事民企技術咨詢及顧問工作。先后任上海市自動化科學技術委員會委員、中國自動化學會儀表及裝置委員會委員、中國儀器儀表學會過程檢測與控制分會理事、中國儀器儀表學會過程檢測與控制分會儀表及應用專業委員會委員,《自動化儀表》雜志編委會副主任、編委,上海交通大學自動化研究所顧問,華東化工學院生產自動化專業委員會委員,上海市石油學會秘書長、常務理事。曾發表《建立企業信息系統若干問題》、《建立煉廠綜合信息系統的目標和策略》、《運用變頻變壓技術實現煉油過程控制系統節能》等論文。
本文收錄到中國儀表和自動化產業發展60年史料《飛鴻踏雪泥》一書。