靖邊氣田凈化廠自控儀表回路常見故障分析

侯磊 劉慶軍 吳曉華 要利銳 趙海霞

長慶油田公司第一采氣廠 寧夏 750006

0 前言

第三凈化廠擁有300萬方/天的處理能力，承擔(dān)著向西安的供氣任務(wù)，所以為保障全廠的安全生產(chǎn)運行，自動化檢測儀表擔(dān)負(fù)著溫度、流量、液位、壓力四大參數(shù)的監(jiān)測任務(wù)，有著不可或缺的地位。當(dāng)今使用的檢測儀表和DCS在準(zhǔn)確性和可靠性方面已相當(dāng)成熟，但在實際應(yīng)用中總要出現(xiàn)這樣或那樣的故障。當(dāng)儀表指示出現(xiàn)異?，F(xiàn)象：偏高、偏低，不變化，不穩(wěn)定等，本身包含兩種因素：一是工藝因素，儀表正確的反映出工藝異常情況；二是儀表因素，由于儀表(測量系統(tǒng))某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障而導(dǎo)致工藝參數(shù)指示與實際不符。這兩種因素總是混淆在一起，很難馬上判斷出故障到底出現(xiàn)在那里。儀表維護(hù)人員要提高儀表故障判斷能力，除了對儀表工作原理、結(jié)構(gòu)、性能特點熟悉外，還需熟悉測量系統(tǒng)中每一個環(huán)節(jié)，同時對工藝流程及工藝介質(zhì)的特性、設(shè)備的特性應(yīng)有所了解，這能幫助儀表維護(hù)人員拓展思路，有助于及時解決和處理故障。

1 凈化廠自控儀表現(xiàn)狀及故障判斷實例

第三凈化廠天然氣凈化裝置的運行由Deltav系統(tǒng)來控制監(jiān)測，自動化水平相對較高。隨著天然氣事業(yè)的快速發(fā)展，凈化廠應(yīng)用的自動化儀表也不是以往單一結(jié)構(gòu)，其適應(yīng)性越來越強(qiáng)，功能也越來越豐富。然而天然氣凈化工藝復(fù)雜，控制要求高，所以現(xiàn)場應(yīng)用的儀表種類繁多，主要涉及為溫度、流量、液位和壓力等。

1.1 凈化廠儀表現(xiàn)狀

第三凈化廠自2003年建廠以來已經(jīng)有八年的發(fā)展歷程，檢測儀表和DCS在準(zhǔn)確性和可靠性方面已相當(dāng)成熟，能夠完全保障全廠的正常運行，但有一些儀表自建廠以來一直在投用，有的已經(jīng)更新，導(dǎo)致儀表使用狀況參差不齊，雖沒出現(xiàn)過大的事故，但在實際應(yīng)用中總要出現(xiàn)這樣或那樣的小故障，導(dǎo)致儀表維修率增加。對于一些小問題，儀表工目前都能憑借工作經(jīng)驗處理。然而，一旦碰到特殊問題或偶然性故障，部分儀表工在處理過程中還是充滿了盲目，因為缺乏一套整體性的解決思路，只能眉毛胡子一把抓，浪費了人力、物力。以下針對一些常見實例，總結(jié)出問題原因和思路，使今后工作更加規(guī)范化。

1.2 自控儀表回路故障判斷實例

第三凈化廠使用的集散控制系統(tǒng)，它具有集中管理，分散控制的優(yōu)點，就是把現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息通過信號線傳到中控室進(jìn)行集中監(jiān)測，再把控制信號發(fā)送給現(xiàn)場相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)對具體設(shè)備的調(diào)節(jié)。一個完整的自控儀表回路分為兩大區(qū)塊即自控段和儀表段，自控段是從中控室端子排到計算機(jī)；儀表段是從中控室端子排到現(xiàn)場儀表，自控儀表回路示意圖如圖1所示。如果一個自控儀表回路從正常工作狀態(tài)突然變成故障狀態(tài)，我們可以借助FLUKE744或其它標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器對自控段和儀表段逐一進(jìn)行排查，從而可以確定故障發(fā)生的具體位置，這樣問題處理起來就比較明確。

圖1 自控儀表回路示意圖

1.2.1 自控段故障實例及原因分析

鍋爐液位用差壓變送器測量，中控室顯示的液位值上下波動頻繁，而現(xiàn)場差壓變送器顯示穩(wěn)定。用萬用表測量端子排的電流值，發(fā)現(xiàn)電流值也穩(wěn)定，然后用FLUKE744通過盤間線給卡件輸入模擬值，發(fā)現(xiàn)中控室顯示波動頻繁，對盤間線檢查后排除盤間線的問題。然而同一卡件上接有其它的差壓信號均顯示正常，對其更換通道后顯示正常。

上面事例中故障出在卡件通道上，從以上事例分析歸納出自控段出現(xiàn)問題主要為以下幾個原因：

(1) 盤間線問題，例如正極接地，接線不牢固，信號線短路；

(2) 組態(tài)程序問題，例如卡件、通道沒有被激活，程序丟失；

(3) 卡件問題，例如通道故障，卡件沒有電，電源指示和工作指示燈工作不正常。

1.2.2 儀表段故障實例及原因分析

自控儀表回路中儀表段也可以分為中控室端子排到表頭的線路和現(xiàn)場儀表兩部分。

(1) 溫度儀表故障實例及原因分析

裝置區(qū)原料氣溫度測量值不穩(wěn)定跳躍變化，本以為是裝置開始進(jìn)氣時原料氣溫度變化導(dǎo)致的一系列溫度變化。但氣量穩(wěn)定后問題仍然存在，排除因氣體溫度引發(fā)的因素。用FLUKE744從表頭信號線給卡件溫度值時，中控室溫度顯示正常，故可以排除自控段和儀表段線路故障。打開接線盒發(fā)現(xiàn)里邊接線柱松動，經(jīng)過處理重新接線后溫度顯示正常。

溫度檢測儀表常見故障是溫度值顯示不正常，時高時低不穩(wěn)定。故障原因有兩種(在自控段正常情況下)，工藝原因和儀表原因。先了解工藝操作條件是否發(fā)生改變而導(dǎo)致溫度顯示值不正常，在工藝正常和儀表不是新安裝的情況下可以排除因極性接反或補償導(dǎo)線不匹配等問題導(dǎo)致的儀表故障。

以上實例故障產(chǎn)生的原因是由于工藝不穩(wěn)，管線振動造成接線柱松動。通過以上總結(jié)出故障的產(chǎn)生為以下幾個原因：

① 接線盒問題，例如接線盒進(jìn)水或者潮濕，接線柱間松動或短路，端子被銹蝕等；

② 儀表本身的問題，例如用FLUKE744測量熱電阻的電阻值或者是熱電偶的毫伏值，表頭輸出來的信號不穩(wěn)定；

③ 熱電偶或者熱電阻保護(hù)套管有工藝介質(zhì)進(jìn)入或者絕緣陶瓷損壞；

④ 熱電偶的冷端溫度發(fā)生變化以及熱電偶補償導(dǎo)線絕緣性能下降，補償導(dǎo)線老化，熱電阻的傳輸線不夠良好，線電阻不平衡；

⑤ 工藝原因，比如工藝操作不平穩(wěn)，熱電偶、熱電阻被磨損等，保護(hù)管結(jié)垢或者有隔離物。

(2) 流量儀表故障實例及原因分析

智能流量計的標(biāo)定工作主要是由天然氣計量站來完成，現(xiàn)場出現(xiàn)故障機(jī)率相對較少，流量出現(xiàn)偏差，若不是自控和工藝上的原因，一般情況下是流量計內(nèi)部電子線路或者是表頭到中控室之間線路的問題。轉(zhuǎn)子流量計偶爾有轉(zhuǎn)子被卡的現(xiàn)象，不過處理起來比較簡單，把錐形孔管和轉(zhuǎn)子疏通即可。

南二干線清管收球后，發(fā)現(xiàn)天然氣計量偏小，儀表人員到現(xiàn)場對導(dǎo)壓管進(jìn)行吹掃后有雜質(zhì)排出，提出孔板發(fā)現(xiàn)孔板表面已被雜質(zhì)覆蓋，在對孔板進(jìn)行清理后觀察到入口邊緣已有磨損，更換孔板重新安裝后，流量顯示正常。

凈化廠中孔板流量計應(yīng)用較多，所以出現(xiàn)故障的機(jī)率也大，流量指示不正常，偏高或者偏低，造成輸差不在允許范圍之內(nèi)。故障的原因有很多，孔板流量計出現(xiàn)偏差的原因歸納為以下幾點：

① 現(xiàn)場取壓部分導(dǎo)壓管堵塞或者泄漏，取壓閥泄漏，造成差壓減小，影響計量；

② 三閥組問題，平衡閥內(nèi)漏或者沒有關(guān)緊，平衡閥內(nèi)漏則變送器的差壓信號會減小，使變送器輸出偏低。三閥組的檢查方法是將高低壓閥關(guān)死，如果平衡閥內(nèi)漏，則輸出會不停的緩慢下降，直至為零，否則，儀表輸出不變。

③ 二次儀表中的變送器的供電和輸出不正常，零點有漂移或者量程不合適，溫度示值不準(zhǔn)確。

④ 工藝影響因素，例如放空閥漏，天然氣管道堵塞或者局部出現(xiàn)渦流，氣量提產(chǎn)或降產(chǎn)后流量不在孔板測量范圍內(nèi)，天然氣對孔板入口邊緣的磨損等。

(3) 液位儀表故障實例及原因分析

中控室檢測到裝置區(qū)脫水塔低液位變送器信號持續(xù)緩慢下降然后緩慢上升，不能正常測量。中控室監(jiān)測到液位數(shù)值上下波動，現(xiàn)場儀表顯示也是上下波動，因此可以判斷自控段工作是正常的，問題應(yīng)該出現(xiàn)在儀表本身或者接線問題上。經(jīng)過對線路接線檢查和用HART手操器對現(xiàn)場儀表通訊，證明儀表本身和線路都沒有問題，通過與工藝相結(jié)合，得出原因是由于在生產(chǎn)中系統(tǒng)處于動態(tài)平衡狀態(tài)，雖然現(xiàn)場實際液位相對穩(wěn)定，但是實際情況是氣體中含有大量的霧狀氣泡，這些氣泡的存在對于浮筒液位計影響較小，但對于依靠液柱壓差來測量液位的差壓變送器則影響非常大，此低液位在正常情況下顯示 100%，氣相和液相全部充滿介質(zhì)，氣泡的存在使得導(dǎo)壓管和隔離罐內(nèi)的液柱高度和密度都發(fā)生變化，氣相和液相存在氣泡的數(shù)量不同使得氣相和液相的液柱密度隨時在變化，變送器就會隨著變化，最終導(dǎo)致忽高忽低，顯示值不穩(wěn)定。隨生產(chǎn)狀況改變，即氣泡逐漸減少，則儀表就會恢復(fù)到正常。

凈化廠測量單體設(shè)備液位應(yīng)用的是差壓式液位計和浮筒液位計，液位出現(xiàn)故障，過低或者過高將導(dǎo)致連鎖條件動作，影響到整套裝置正常運行。這兩種液位計出現(xiàn)故障的現(xiàn)象表現(xiàn)為與現(xiàn)場的玻板液位計出現(xiàn)偏差。具體原因總結(jié)為以下幾點：

① 導(dǎo)壓管堵塞或者泄露，隔離液有漏失；

② 現(xiàn)場接線有松動，對于差壓變送器，差壓變送器的修正值不合適，量程和取壓方式發(fā)生改變。對于浮筒液位計，浮筒液位計零位發(fā)生漂移或者量程不合適；

③ 對于差壓式液位計中三閥組中平衡閥內(nèi)漏，浮筒液位計由于介質(zhì)的原因被卡阻；

④ 現(xiàn)場的玻板液位計或磁浮子液位計取壓部分堵塞，磁浮子卡阻，浮球被損壞，連桿發(fā)生彎曲；

⑤ 工藝因素影響，例如工藝介質(zhì)密度的變化，溶液攔液，發(fā)泡等。

(4) 壓力儀表常見故障及原因分析

壓力儀表常見故障就是壓力指示不準(zhǔn)確，偏高、偏低或者不變化。在對其進(jìn)行分析判斷時，首先要了解被測量的工藝介質(zhì)是蒸汽、溶液還是氣體。其原因有可能是以下幾點：

① 壓力變送器取壓管路問題，例如氣體取壓管路有冷凝液，液體取壓管路中隔離液有漏失等；

② 現(xiàn)場接線有松動，壓力變送器的零點發(fā)生漂移或者量程不合適；

③ 現(xiàn)場的壓力表損壞，或者超過檢定周期；

④ 壓力變送器需重新校驗；

⑤ 現(xiàn)場的工藝狀況發(fā)生改變。

2 整改思路及建議

2.1 思路總結(jié)

通過以上的原因分析，可以得出整個自控儀表回路故障分析主要是從自控線路、儀表本身、工藝條件、外部環(huán)境來考慮的?，F(xiàn)將自控儀表回路故障分析思路總結(jié)如下：

(1) 首先通過 FLUKE744從端子排處確認(rèn)故障發(fā)生在自控段還是儀表段，然后在逐步排查找出故障發(fā)生的具體位置。

(2) 自控段故障分析思路：首先檢查盤間線正極是否接地，接線是否牢固以及有沒有短路，其次檢查卡件和對應(yīng)的通道有沒有激活，工作是否正常。

(3) 儀表段線路故障分析思路：線路發(fā)生故障首先通過短接法測試電纜的通斷情況，如果電纜不通則確定為電纜有斷點，用相同的方法逐段測試確定斷點的位置并進(jìn)行恢復(fù)，若電纜通斷正常則檢查接地情況，用萬用表測試正極電纜對地電阻，正常時應(yīng)該是無窮大，如果發(fā)現(xiàn)正極接地，可以通過調(diào)換正負(fù)極電纜來解決，如果有備用電纜最好更換一條電纜。

(4) 通過對現(xiàn)場儀表(溫度、流量、液位、壓力)故障原因分析，其解決思路如圖2、圖3、圖4、圖5所示。

圖2 溫度儀表故障排除思路

圖3 孔板流量計故障排除思路

圖4 壓力儀表故障排除思路

圖5 液位儀表故障排除思路

2.2 減少故障的建議

(1) 在檢修過程中對各類儀表的安裝要精心操作，防止對儀表的損壞，同時做好儀表的防水、防腐、防塵工作；工藝人員要平穩(wěn)操作設(shè)備。

(2) 加強(qiáng)日常維護(hù)力度，要經(jīng)常對現(xiàn)場儀表導(dǎo)壓管、隔離液、孔板進(jìn)行維護(hù)，及時更換老化的密封件和繞性管。經(jīng)常要對控制柜卡件進(jìn)行吹掃，損壞的風(fēng)扇要及時更換，做好防熱工作。

(3) 日常培訓(xùn)工作，加強(qiáng)對儀表員工工藝流程和儀表知識的培訓(xùn)，以及中控人員的培訓(xùn)工作。