浅谈自动化仪表工程安装材料的选择

时间：2024-08-31

董锐, 李涛, 郜小晶

安阳钢铁股份公司（455004）

1 概述

自动化仪表，是对信息进行测量与控制的基础设备，是信息产业的源头和组成部分。著名科学家钱学森明确指出：“信息技术包括测量技术、计算机技术和通讯技术。测量技术是关键。”高精度的仪器仪表是实现系统全过程自动测量与控制功能的基础条件和重要保障,现代高科技智能设备，现代化工艺流程和技术装备,都配备相关的测量控制仪表。

要保证各种参数的准确测量和精确控制以及保证测控系统可靠运行，除正确选用和安装检测控制设置外，选用合适的安装材料也是非常重要的。在工程建设中经常发生由于安装材料选择错误造成测量不准和系统不能正常运行甚至造成设备损坏、人员伤害的情况,应在自动化仪表工程中重视对常用安装材料的正确选择。

2 常用材料及其性能

自动化检测仪表及控制工程中常用安装材料主要有电线、电缆、法兰、螺栓、各种管材、三通、接头和阀门等。针对不同的测量介质和使用场合有不同的规格和材质可供选择。

2.1 电线电缆

仪表控制工程中经常用到的电缆大体说来有控制系统电缆、动力电缆和专用电缆三类，但为了满足不同用途和不同的使用环境，又有盘内配线多用的绝缘电缆、热电偶专用补偿电缆、控制信号传输的计算机电缆，以及低温电缆、耐火（阻燃）电缆等。不同材质和不同规格的电缆具有各自的性能，满足不同的用途和使用环境。

2.2 管材

仪表控制工程中的导压管路、气动管路、电气保护管路和蒸汽伴热管路等经常要使用到金属或非金属管材,但由于过程介质的性质和特点,冶金企业的仪表工程使用较多的还是金属管材。导压管路和气动管路的连接还常用各种接头,比如直通和弯通的终端接头、中间接头、隔壁接头、异径接头、压力表接头、三通和四通接头、三通和四通异径接头等。终端接头用于变送器、阀门和容器等与管路的连接；隔壁接头又称穿板接头，用于管路穿过板壁或箱壁时固定密封；异径接头用于导管变径时的连接;中间接头用于延长导管时管与管之间的连接。管接头的连接方式主要有焊接式、卡套式。

2.3 法兰及紧固件

法兰是仪表加工件的一个大类。仪表使用的法兰很多，总体可分为两类：一类是安装取源部件用，如压力、温度的取源部件。另一类是安装仪表用，如安装流量计、阀门等。从目前的设计看一般采用两种处理方式：一种是在仪表设备订货时，配带安装法兰及连接件；另一种是仪表设备自带一片法兰及连接件，需要配上另外一片法兰，才能完成安装。法兰所用垫片的材料由管道介质的特性、温度及工作压力决定。

2.4 管阀件

检测和控制管路常用的阀门主要有两类：一类是气动管路用阀，这类阀以截止阀为主，也使用球阀；另一类是测量管路用阀，包括取源、切断、防空、排污，也多使用截止阀和球阀。闸阀的介质流动阻力较小，开启和关闭用力小，安装时无方向性，介质可以从任一方向流动。但闸阀的密封面容易受损伤，检修较为困难，结构较为复杂，价格也比同规格的截止阀贵。截止阀是广泛使用的一种阀门，结构简单、制造维修方便、密封性好、操作可靠，缺点是流体阻力损失大，一般比闸阀大5～10倍。球阀结构简单，外形尺寸小，流体阻力小、开闭方便，缺点是阀芯转动时磨擦力大、在高温下容易变形。阀门与管路的连接方式有内螺纹、外螺纹或法兰连接，低压管路多用螺纹连接，高压管路则常用法兰连接。

3 各种安装材料的选择要点

正确地选择仪表安装材料是至关重要的。如果选择不当,不仅会带来重大的经济损失,有时甚至会造成人身伤害。

3.1 导压管件

导压管件的选择应遵循以下原则：介质压力PN≤1.0 MPa时,导压管路宜选用 GB／T 3091-1993镀锌钢管和 GB／T 8163-1987无缝钢管，特殊场合（如电站、制氧站等）可选用GB／T 14976-1994不锈无缝钢管；介质压力PN＞1.0 MPa时，导压管路宜选用GB／T 8163-1987无缝钢管;特殊场合可选用GB／T 14976-1994不锈无缝钢管;介质压力PN≥10.0 MPa时，且不含粉尘时导压管路通常选用Φ14×2的各种管子，如含粉尘时导压管路通常选用Φ32×2的不锈无缝钢管;当介质压力＞I0.0 MPa,且不含粉尘时导压管路通常选用Φ14×3的不锈无缝钢管。气动管路的流通介质通常为经过处理的压缩空气,送到仪表装置的气源总管多为DN25的无缝钢管,与气动仪表连接用的则是紫铜管，多采用 Φ6×1，个别情况也有用 Φ8×1、Φ10×l的紫铜管。

3.2 电线电缆

电线电缆的选择应主要考虑用途、电压等级、传输距离、环境条件和电磁干扰等情况。如可以使用普通控制电缆的却用了屏蔽控制电缆,可以使用普通屏蔽电缆的却使用了对屏总屏电缆，从而提高了工程造价，造成经济上的浪费。也有一些建设项目环境温度过高的应该选高温电缆却选用了常温电缆,导致电缆被烤断或绝缘被破坏而重新更换电缆影响生产的情况。

通常各种导线、电缆根据其绝缘材料的性质，制造厂规定了线芯长期允许的工作温度,普通聚氯乙烯绝缘线和电缆的线芯长期允许的工作温度不超过65℃,最低温度不低于-15℃。当环境温度超过65℃时，就采用耐高温电缆。防爆场所应选用防爆电缆。如仪表的电缆和电气电缆走同一电缆隧道，则应同电气选用性质相同的电缆。

电线、电缆的截面积，也是选择电线、电缆的一个重要因素。仪表测量与控制系统用的电线、电缆的电流较小，一般可不作截面积计算，而以考虑机械强度为主。一般现场敷设采用截面积为1.5 mm2的电线和电缆。仪表供电系统用的电线、电缆，在供电容量较大时应作计算，可按计算的电流确定截面积的大小。在某项目中，由于隔离器和为其供电的24VDC电源箱之间的电缆截面积选小了,致使送到隔离器的电压达不到24V±2.4V的供电要求,隔离器不能正常运行。使用多芯电缆时，采用芯数的选择也是一个关键。

应根据管路敷设环境的具体条件选择穿线管。推荐选用镀锌钢管作为穿线管，因镀锌钢管耐腐蚀，可省去除锈、刷油漆等工序。为了穿线方便，管子内径与线缆的外径必须保持一定的比例关系，称为电线和电缆的充填系统，一般不大于40%。

钢管埋地或敷设在楼板内，其管径不应小于20 mm。穿过大的设备基础时，外径不应小于25 mm。

3.3 法兰及紧固件

法兰及紧固件的选择要注意三点：1)压力等级原则上选用相同或稍高的压力等级,不能用低压力等级代替高压力等级；2)公称通径应该一致；3)密封面和连接形式必须一致。

通常测温元件的连接法兰除特殊情况外,都选用GB/T 81—1994和GB／T 82-1994标准法兰,材质要根据介质温度和压力以及腐蚀情况等综合选择。孔板和各种流量计的配套法兰如果是用于无腐蚀性介质，其压力＜10.0 MPa时，选用GB／T 81—1994材质为Q235的法兰,腐蚀性介质可选耐酸钢或不锈钢;如介质压力＞10.0 MPa时选用 GB／T 82—1994材质为25#钢的法兰。腐蚀性介质可选耐酸钢或不锈钢；螺栓为 GB／T 900—1988或 GB／T 5780—1986标准规定的材质。