HART信號(hào)采集在伴熱系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)用分析

劉宇

摘要：日常儀表維護(hù)中稍有疏忽大意或巡檢不到位，就可能造成凍凝或泄漏，不但大大增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，也給安全生產(chǎn)帶來隱患。本文集中要改變的是如何把系統(tǒng)的伴熱效果與實(shí)際膜盒溫度設(shè)定報(bào)警值，提供監(jiān)控手段，只有把溫度調(diào)到適度，能耗與實(shí)際需求完美匹配，從量化上做到實(shí)時(shí)預(yù)警、定制化實(shí)施伴熱策略，才能真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

關(guān)鍵詞：化工儀表伴熱；HART信號(hào)采集；節(jié)能優(yōu)化

前言

針對(duì)單位地處北方，晝夜溫差大，冬季長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月，最低溫度零下30度.1月平均溫度-19度。因此，伴熱系統(tǒng)的優(yōu)化有著可觀的經(jīng)濟(jì)效益，并且儀表的穩(wěn)定性，對(duì)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行至關(guān)重要，良好的保溫伴熱是順利過冬的先決條件。為此公司投人了很大的人力和物力在裝置的防凍保溫上。由于儀表引壓管子細(xì)，介質(zhì)靜止不流動(dòng)，伴熱點(diǎn)分布廣，大多數(shù)伴熱儀表都參與聯(lián)鎖和控制。當(dāng)伴熱不到位時(shí)，儀表顯示會(huì)出現(xiàn)偏差，從而有可能引起控制失靈和聯(lián)鎖誤動(dòng)作，極有可能會(huì)引起裝置停車。所以預(yù)防性處理就顯得格外重要。要做好預(yù)防性處理必須時(shí)刻淸楚伴熱的運(yùn)行情況和發(fā)展趨勢(shì)，這樣才會(huì)做到及時(shí)有效。

現(xiàn)代化工企業(yè)儀表系統(tǒng)的智能化管理已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)智能儀表及智能閥門定位器等設(shè)備實(shí)行在線組態(tài)、診斷、校驗(yàn)和歷史事件記錄管理的一體化方案，使現(xiàn)場(chǎng)儀表的維護(hù)更加方便可靠。中國(guó)石油哈爾濱石化分公司多套系統(tǒng)采用Honeywell系統(tǒng)，在采購(gòu)中就選用了支持HART協(xié)議的卡件，可以將現(xiàn)場(chǎng)各種智能儀表設(shè)備的信息數(shù)據(jù)采集，并可通過管理機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集歸檔。裝置儀表也正逐步用HART智能儀表更替完畢，已具備了HART整體資產(chǎn)管理的硬件準(zhǔn)備。

1.HART協(xié)議在裝置中的作用

HART（Highway Addressable Remote Trans-ducer）協(xié)議是一種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，被稱為可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道開放通信協(xié)議，采用標(biāo)準(zhǔn) Bell202頻移鍵控信號(hào)以1 200bit通信，以低電平 加載于4?20mA模擬信號(hào)上。允許模擬信號(hào)和 數(shù)字信號(hào)同時(shí)在4?20mA—對(duì)導(dǎo)線上傳送，從而增加了遠(yuǎn)傳數(shù)字通信的功能。HART智能變送器 既可以接人DCS，又可以通過總線通信組成完整的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS），同時(shí)還可以通過手操器在線調(diào)整變送器參數(shù)。每一個(gè)HART儀表的數(shù)字信號(hào)中平均能提供 35?40項(xiàng)信息。要充分利用這些信息，唯一的條件就是要與HART儀表建立連續(xù)的、長(zhǎng)期的通信聯(lián)系。

利用HART協(xié)議實(shí)現(xiàn)儀表伴熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)。充分利用HART信號(hào)采集功能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)智能儀 表表體溫度采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表伴熱系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與報(bào)警。

2 HART信號(hào)的采集

3.1 DCS中的HART信號(hào)采集

哈爾濱石化采用的基本是Honeywell DCS，卡件木身支持HART信號(hào)采集功能。DCS中的 HART信號(hào)采集在DCS中完成I/O通道組態(tài)的基礎(chǔ)上，只需要組態(tài)HART采集的通道和HART采集參數(shù)，所以DCS的HART信號(hào)采集比SIS的 HART信號(hào)采集更為簡(jiǎn)單。組態(tài)如下：

利用現(xiàn)有的工作站就是在已有現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備和DCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，同時(shí)在不影響原有 DCS正常工作的悄況下，對(duì)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的HART 智能儀表進(jìn)行在線診斷、監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、管理和調(diào)校. 構(gòu)成與已有DCS控制系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行的企業(yè)智能儀 表的在線診斷和管理系統(tǒng)HART協(xié)議采用于Bell202 通訊標(biāo)準(zhǔn)的移頻鍵控（FSK）技術(shù)，通過在4～20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)上迭加頻率信號(hào)來完成數(shù)字通訊。模擬信號(hào)傳輸過程信號(hào)，數(shù)字信號(hào)則提供了校準(zhǔn)、組態(tài)、診斷、維修和其他包含儀表狀態(tài)的很多信 息。因此，這些現(xiàn)場(chǎng)儀表的維護(hù)方式由以往被動(dòng)性維護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)期性維護(hù)，減少由于現(xiàn)場(chǎng)儀表的故 障而引起的停爐停產(chǎn)事故，減少對(duì)儀表的全面維護(hù)次數(shù)，同時(shí)，減少儀表的備件數(shù)，能為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

HART管理站，除了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變送器的位號(hào)、量程、單位等參數(shù)的修改可以遠(yuǎn)程進(jìn)行修改之外，還可以采集并顯示變送器的第二變量（SV）、第三變 童（TV）、第四變量（FV）。EJA變送器的第一變量（PV）測(cè)最的是壓力或者差壓，而SV采集的是變送器的表體溫度，TV采集的是變送器的靜壓，F(xiàn)V沒有涉及。

儀表防凍保溫工作質(zhì)量的好壞直接關(guān)系著裝置冬季能否平穩(wěn)運(yùn)行。這是一項(xiàng)需要細(xì)心、耐心和責(zé)任心，長(zhǎng)期完善的工作。平常工作中要査漏補(bǔ)缺，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)和氣溫的不同，不斷改變工作思路。尤其是從技術(shù)上不斷完善儀表伴熱系統(tǒng)。因?yàn)閺募夹g(shù)角度上講還有很大的潛力可以挖掘。比如電伴熱的遠(yuǎn)程監(jiān)控和HART工作站的進(jìn)一步開發(fā)。目前HART站只涵蓋了一部分進(jìn)人DCS部分的智能儀表，而ESD、ITCC的儀表表體溫度由于系統(tǒng)卡件功能的限制目前條件還不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。這一些都滿要我們繼續(xù)在儀表伴熱上多下功夫，減輕儀表伴熱的風(fēng)險(xiǎn)和日常維護(hù)工作要有技術(shù)與數(shù)據(jù)庫，才能確保整個(gè)裝置平穩(wěn)運(yùn)行。下一步，主要還是針對(duì)一些裝置，沒有HART協(xié)議的系統(tǒng)，如何轉(zhuǎn)換，例如甲乙酮的加卡，SIS，ITCC的一入兩出安全柵，都需要儀表人一直致力于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，才能真正做好關(guān)鍵儀表的預(yù)防性工作。現(xiàn)有的協(xié)議支持已在浙大中控的系統(tǒng)上采集到儀表的表體溫度及儀表所處的環(huán)境溫度，

針對(duì)于伴熱的優(yōu)化，主要是針對(duì)我單位的伴熱運(yùn)行特點(diǎn)，第三換熱站的采暖發(fā)氣主要用戶集中在氣分裝置，沿途經(jīng)過二、三聯(lián)合裝置，而不斷新建的裝置中，有很多的配置與管線通徑不同，容易產(chǎn)生爭(zhēng)搶熱源的問題。

通常情況下，每一個(gè)裝置都不是獨(dú)立的，往往要?jiǎng)澐謳讉€(gè)專區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而采用的設(shè)計(jì)依據(jù)，是通過現(xiàn)有的冬季伴熱系統(tǒng)問題來解決，冬季儀表伴熱系統(tǒng)及其應(yīng)用優(yōu)化

嚴(yán)寒地區(qū)的儀表伴熱問題是一個(gè)比較麻煩的事情，如果處理的不好，會(huì)給生產(chǎn)裝置造成很大的影響，本文著重探討了儀表各種伴熱技術(shù)的應(yīng)用，分析了電伴熱的好處。

在我國(guó)東北地區(qū)，冬季寒冷，氣溫達(dá)-30多度。給該地區(qū)的生產(chǎn)生活帶來很大不便，也嚴(yán)重影響著石油化工生產(chǎn)，特別是現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制儀表，對(duì)天氣溫度的依賴較大，如果溫度環(huán)境溫度過低時(shí)就會(huì)發(fā)生凍結(jié)、凝固、析出結(jié)晶等現(xiàn)象，為此，為避免此類事故發(fā)生，必須對(duì)室外儀表和儀表測(cè)量管線進(jìn)行防凍處理，即有伴熱系統(tǒng)跟隨。

需要伴熱保溫的對(duì)象主要有露天安裝的液位，壓力，差壓，成分，流量等儀表的一次閥、引壓管和變送器等。如果沒有伴熱系統(tǒng)，整個(gè)儀表取壓檢測(cè)部分就會(huì)發(fā)生凍凝，輕則直接影響到儀表測(cè)量顯示的準(zhǔn)確性，重則損壞儀表，影響生產(chǎn)，造成停工。

3.給室外儀表加伴熱系統(tǒng)，需要考慮的因素：

①溫度控制問題：伴熱溫度要控制在儀表規(guī)定的溫度范圍內(nèi)；

②泄漏問題：儀表伴熱線彎曲的部分較多，而且安裝施工時(shí)焊口較多，加上常年腐蝕，極易發(fā)生泄漏；

③循環(huán)問題：實(shí)踐證明，儀表伴熱系統(tǒng)工作的好壞，與當(dāng)初設(shè)計(jì)有很大關(guān)系。設(shè)計(jì)的恰當(dāng)、科學(xué)，系統(tǒng)用起來就可靠，循環(huán)就通暢，如果設(shè)計(jì)的有缺陷，那么在實(shí)際應(yīng)用中就很難運(yùn)行正常；

④能耗問題：用蒸汽伴熱，能耗大，成本就高，不但浪費(fèi)資源，也容易損壞儀表。

⑤保溫管路通暢性：冬季保溫送汽之前要檢查一下蒸汽保溫管路是否暢通或堵塞。要根據(jù)天氣溫度變化來調(diào)整供保溫汽量，既不要太熱又不能太涼，以防止溫度太高使變送器引壓管內(nèi)冷凝液汽化影響變送器工作，或因溫度太低使變送器引壓管內(nèi)冷凝液冷凍影響變送器工作暢通。

以上種種因素制約著現(xiàn)場(chǎng)儀表伴熱系統(tǒng)。在日常儀表維護(hù)中稍有疏忽大意或巡檢不到位，就可能造成凍凝或泄漏，不但大大增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，也給安全生產(chǎn)帶來隱患。本文集中要改變的是如何把系統(tǒng)的伴熱效果與實(shí)際膜盒溫度設(shè)定報(bào)警值，例如苯抽提的加劑28度就會(huì)凝結(jié)，只有把溫度調(diào)到適度，能耗與實(shí)際需求完美匹配，從量化上做到實(shí)時(shí)預(yù)警、夠用就好，定制化實(shí)施伴熱策略，才能真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能

（作者單位：中國(guó)石油天然氣股份有限公司哈爾濱石化分公司儀電車間）