石油化工企業(yè)自動(dòng)化儀表控制技術(shù)與故障預(yù)防

王強(qiáng)(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

近年來(lái)社會(huì)各行業(yè)與石化產(chǎn)品之間的供求關(guān)系愈發(fā)密切，石油化工產(chǎn)品需求缺口大量產(chǎn)生的同時(shí)，對(duì)石化企業(yè)的高標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)要求隨之放大，我國(guó)石油化工企業(yè)在此過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了高速發(fā)展。作為石油化工行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)保障，儀表控制與故障預(yù)防是實(shí)現(xiàn)石油化工行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有必要加強(qiáng)相關(guān)研究，以進(jìn)一步促進(jìn)石化產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

1 石油化工企業(yè)自動(dòng)化儀表分類

在石油化工企業(yè)中，用于生產(chǎn)裝置的儀表種類呈多元化、綜合性以及智能化[1]。如，現(xiàn)場(chǎng)儀表主要是用以檢測(cè)壓力、溫度、物位、流量等各種工藝參數(shù)的檢測(cè)儀表；用以分析成分的氧含量分析儀表、硫含量分析儀表；用以檢測(cè)可燃?xì)怏w、氧含量、毒性的安全檢測(cè)儀表；用以實(shí)時(shí)監(jiān)控的爐膛燃燒高溫監(jiān)測(cè)探頭、閉路監(jiān)視攝像頭等視頻監(jiān)控儀表；用以控制工藝流程所必備的煙道擋板、切斷閥、快開(kāi)風(fēng)門、調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行儀表。按照功能和性質(zhì)，可將自動(dòng)化儀表劃分為五類。一是根據(jù)性質(zhì)，可將自動(dòng)化儀表劃分為電動(dòng)、液動(dòng)、氣動(dòng)三種；二是根據(jù)結(jié)構(gòu)，劃分為基地式儀表、單兀組合式儀表、綜合控制式儀表；三是根據(jù)安裝方式，劃分為現(xiàn)場(chǎng)型儀表、架裝型儀表、盤裝型儀表。多種劃分方式也能證明石油化工企業(yè)中，自動(dòng)化儀表的種類繁多，并充分反映出其應(yīng)用的重要意義。

2 石油化工中自動(dòng)化儀表控制技術(shù)

2.1 DCS自動(dòng)化控制技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)屬于自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的常規(guī)自控技術(shù)，基于DCS系統(tǒng)以及相關(guān)技術(shù)，主要運(yùn)用電動(dòng)單元組合儀表燈，以動(dòng)態(tài)控制生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)石油化工生產(chǎn)的全過(guò)程管理和監(jiān)督，批量控制石化產(chǎn)品，保障所采用的生產(chǎn)方法和措施具有安全性、穩(wěn)定性、均衡性。從技術(shù)優(yōu)勢(shì)角度上分析DCS自動(dòng)化控制技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用充分借助了大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)自控及顯示技術(shù)等，不僅能夠深入挖掘并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，且有效擴(kuò)大了生產(chǎn)監(jiān)督覆蓋面。DCS自動(dòng)化控制技術(shù)不斷升級(jí)，現(xiàn)已具備高可靠性，依靠系統(tǒng)冗余容錯(cuò)的配置，有效降低因惡劣環(huán)境導(dǎo)致的系統(tǒng)模塊損害事件發(fā)生概率，并做到及時(shí)便捷處理。

2.2 PID控制技術(shù)

運(yùn)用PID控制技術(shù)，需要通過(guò)儀器測(cè)量石化生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。作為一種更先進(jìn)且具備更高靈敏度的自動(dòng)化控制技術(shù)，PID多項(xiàng)變量控制技術(shù)中的比例控制發(fā)揮主導(dǎo)作用，可以識(shí)別儀表與生產(chǎn)系統(tǒng)中存在的偏差并有效減少偏差，強(qiáng)化石油化工儀表模糊辨識(shí)能力。PID的控制作用與比例函數(shù)存在正相關(guān)關(guān)系，儀表設(shè)備將會(huì)隨著積分作用的引入，同步系統(tǒng)波動(dòng)，使得石油化工儀表與相關(guān)管設(shè)備動(dòng)態(tài)效應(yīng)減緩，但在余差消除方面，起到良好的輔助作用，即提高儀表控制精度。微分輸出通過(guò)減少波動(dòng)、調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)抑制等方式，提高石油化工系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3 人機(jī)界面技術(shù)

現(xiàn)階段，我國(guó)石油化工行業(yè)市場(chǎng)中，對(duì)石油化工產(chǎn)品需求量不斷增加，對(duì)石油化工企業(yè)的生產(chǎn)提出更高要求，對(duì)于石化成品以及半成品的分離，要求更為精確。新型分散控制系統(tǒng)日益成熟，人機(jī)界面技術(shù)與之共同發(fā)展，通過(guò)應(yīng)用新型分散控制系統(tǒng)，可以充分滿足市場(chǎng)需求，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制儀表設(shè)備的良好人機(jī)互動(dòng)形式，顯著提升自動(dòng)化監(jiān)控與控制儀表的靈活性，做到對(duì)儀表的遠(yuǎn)程操控。正因如此，較之從前節(jié)約了大量人力資源。國(guó)內(nèi)大型石油化工企業(yè)諸多系統(tǒng)內(nèi)部的分站中，在數(shù)量上，有關(guān)人機(jī)界面服務(wù)項(xiàng)目不斷增加，對(duì)儀表系統(tǒng)的管理逐漸升級(jí)，更能突顯儀表的控制以及服務(wù)作用，石油化工企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)形成監(jiān)督新格局。

3 石油化工企業(yè)自動(dòng)化儀表常見(jiàn)故障判斷與維修

石油化工企業(yè)自動(dòng)化儀表具有本身獨(dú)特的特點(diǎn)，具備可編程功能、記憶功能、數(shù)據(jù)處理功能等，設(shè)備精密度較高，一旦處于復(fù)雜的石化裝置生產(chǎn)環(huán)境中，易出現(xiàn)故障問(wèn)題[2]。儀表故障判斷思路一方面是工藝因素，另一方面為儀表因素。結(jié)合實(shí)際，以某石油化工企業(yè)某煉油裝置全年儀表故障統(tǒng)計(jì)表為依據(jù)，總結(jié)易出現(xiàn)故障的儀表問(wèn)題如下：

3.1 物位儀表

故障表現(xiàn)通常為物位儀表始終處于最大或最小值、存在較大偏差或波動(dòng)等。發(fā)現(xiàn)故障的第一時(shí)間應(yīng)運(yùn)用工藝手段或借助第三方設(shè)備，確認(rèn)實(shí)際物位參數(shù)，判斷是否屬于液位儀表本體故障，若排除這一故障原因，可利用儀表通訊手操器檢查儀表變送器參數(shù)設(shè)置，逐步開(kāi)展故障點(diǎn)的排查工作，必要情況下，檢查物位儀表取壓部件內(nèi)部導(dǎo)壓液封，判斷是否存在導(dǎo)壓油膜片破損泄漏等情況。

3.2 流量?jī)x表

流量?jī)x表故障占據(jù)現(xiàn)階段石油化工裝置生產(chǎn)過(guò)程中，儀表設(shè)備故障發(fā)生較高比例。故障發(fā)生時(shí)，首先確定是否為工藝操作波動(dòng)或工藝配置因素?；诖?，石化企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，常見(jiàn)的流量?jī)x表故障處理通常分為以下三種：一是流量指示值最小。檢測(cè)有無(wú)元件損壞、線路短路或斷路、調(diào)節(jié)閥及電磁閥、系統(tǒng)壓力低、調(diào)節(jié)器參數(shù)等；二是流量指示值最大。變送器調(diào)校原因可能性較小，通常為負(fù)壓室引壓系統(tǒng)堵或漏問(wèn)題；三是流量波動(dòng)大。如若流量參數(shù)不參與調(diào)節(jié)，此時(shí)可判斷為工藝原因，如若其參與調(diào)節(jié)，需要檢查帶隔離罐的參數(shù)、引壓管內(nèi)部情況、調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)、正負(fù)壓引壓管內(nèi)液體高度等。以該裝置為例，污水(出裝置)流量?jī)x表示值多次出現(xiàn)波動(dòng)，故障原因?yàn)楣に嚬艿纼?nèi)部存在氣液兩相流動(dòng)情況，導(dǎo)致流量波動(dòng)增大，可確認(rèn)為工藝操作方面故障。在經(jīng)過(guò)工藝調(diào)整處理后，流量?jī)x表仍存在故障現(xiàn)象，則需要考慮是否存在內(nèi)部故障。此時(shí)應(yīng)按照檢修規(guī)范程序，進(jìn)行拆檢或返廠維修。

3.3 壓力儀表

故障表現(xiàn)為出現(xiàn)異常波動(dòng)情況。需要及時(shí)排查是否為引壓管連接問(wèn)題，檢查內(nèi)部有無(wú)連接件破損、堵塞等情況。常見(jiàn)的壓力儀表故障處理通常分為以下兩種：一是壓力突然變化至最大或最小，但指示曲線無(wú)變化。需要檢查變送器引壓系統(tǒng)，是否存在根部閥、引壓管堵塞情況。一般情況下，變送器發(fā)生故障的可能性較小。因此應(yīng)重點(diǎn)觀察引壓管內(nèi)部是否存在異常介質(zhì)或出現(xiàn)排污絲堵或排污閥泄漏情況。如爐膛負(fù)壓變送器發(fā)生過(guò)故障，通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，因環(huán)境溫度變化，加熱爐根部閥出現(xiàn)冷凝積液，導(dǎo)致引壓管局部堵塞，引起示值波動(dòng)。針對(duì)此壓力儀表故障，將引壓管根部短管改造成斜向上取壓，同時(shí)對(duì)根部閥采取保溫隔熱處理，以促進(jìn)冷凝匯流，可有效排除故障。

3.4 溫度儀表

故障主要表現(xiàn)為溫度指示不正常，出現(xiàn)誤差、變化緩慢甚至不變化情況。針對(duì)此種情況，應(yīng)了解工藝狀況，明確介質(zhì)情況以及儀表安裝位置是否真確，是否存在氣相或液相等其他工藝問(wèn)題。排除這一原因后，需要考慮正常生產(chǎn)故障。在非新安裝熱電阻的情況下，可以排除熱阻線極性接反這一故障情況[3]。對(duì)于溫度儀表的故障處理，通常分為以下三種：一是溫度突然增高。此種情況多為接線端子松動(dòng)、熱電阻短路、溫度失靈、補(bǔ)償導(dǎo)線斷等原因，需要在掌握溫度所處位置與接線布局的基礎(chǔ)上，可以利用萬(wàn)用表的電阻(毫伏)檔，分別在不同位置測(cè)量，得出幾組不同數(shù)據(jù)后，可快速找到故障原因；二是溫度驟減。此種情況多為熱電阻短路、溫度失靈、導(dǎo)線短路、熱電偶短路等，此時(shí)需要找準(zhǔn)故障薄弱點(diǎn)，如接線口處、導(dǎo)線拐彎處等進(jìn)行故障排查，如若發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)溫度升高但總控指示無(wú)變化，即可證明在測(cè)量元件位置，出現(xiàn)沸點(diǎn)較低液體影響溫度非正常變化；三是溫度大幅波動(dòng)或震蕩。此種多為工藝情況，應(yīng)主要檢查參與調(diào)解的檢查調(diào)節(jié)系統(tǒng)以排除故障。

4 石油化工企業(yè)自動(dòng)化儀表故障預(yù)防

4.1 規(guī)范日常生產(chǎn)細(xì)節(jié)

需要重視日常工作細(xì)節(jié)的管理，以減低各種事故的發(fā)生幾率。嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及生產(chǎn)實(shí)際選擇合適的儀表型號(hào)以及可以提高生產(chǎn)效率的高性價(jià)比生產(chǎn)設(shè)備，通過(guò)日常檢查，及時(shí)淘汰或更新老舊設(shè)備[4]。建議設(shè)備儀表選擇同系列產(chǎn)品，并配備專業(yè)技術(shù)人員對(duì)自動(dòng)化儀表設(shè)備進(jìn)行科學(xué)管理，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，從細(xì)節(jié)入手，優(yōu)化監(jiān)督檢查規(guī)章制度。為加強(qiáng)制度落實(shí)，可以與績(jī)效掛鉤。需要跟隨儀表發(fā)展，制定或調(diào)整安全應(yīng)急預(yù)案，保證一旦自動(dòng)化儀表發(fā)生故障，可有效降低人員傷亡以及經(jīng)濟(jì)損失。

4.2 加強(qiáng)監(jiān)督控制力度

實(shí)行自動(dòng)化儀表故障分級(jí)管理方法，有序處理儀表故障。組建自動(dòng)化儀表設(shè)備檢察小組，定期對(duì)自動(dòng)化儀表進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)，降低故障發(fā)生概率。管理人員需要詳細(xì)記錄歷次檢查和維護(hù)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，后期發(fā)生儀表故障時(shí)，可通過(guò)記錄查找故障發(fā)生原因，明確相關(guān)人員責(zé)任?？陀^評(píng)估儀表安全性，準(zhǔn)確分析儀表整體零部件。逐漸完善并形成健全的監(jiān)管檢查與維護(hù)系統(tǒng)，最大程度降低自動(dòng)化儀表故障率，使其始終處于正常運(yùn)行狀態(tài)，保證石油化工企業(yè)生產(chǎn)工作不受影響。專業(yè)技術(shù)人員可以通過(guò)分析歷年自動(dòng)化儀表檢測(cè)與維護(hù)的記錄數(shù)據(jù)，分析出儀表可能出現(xiàn)的故障，規(guī)劃維護(hù)檢測(cè)周期，制定策略有效預(yù)防。因此，需要對(duì)投產(chǎn)的儀表進(jìn)行系統(tǒng)化的故障預(yù)防，做到及時(shí)更換超期服役的儀表，避免安全事故發(fā)生影響石化企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行，從根源處排除自動(dòng)化儀表安全隱患。可以采用DCS系統(tǒng)輔助儀表管理，可對(duì)儀表使用壽命進(jìn)行準(zhǔn)確推算，建立更為科學(xué)的儀表管理制度。

4.3 加強(qiáng)人員專業(yè)素質(zhì)

自動(dòng)化儀表屬于精密的儀器設(shè)備，在其安裝、運(yùn)營(yíng)與維護(hù)管理的過(guò)程中，需要管理人員具備良好的專業(yè)知識(shí)以及責(zé)任意識(shí)，并具備豐富的經(jīng)驗(yàn)，由此才能勝任這一管理工作。相關(guān)工作正式開(kāi)展前，可根據(jù)實(shí)際，針對(duì)性開(kāi)展技術(shù)培訓(xùn)，以思想教育與理論結(jié)合的方式，有效提高管理人員的素質(zhì)與專業(yè)技術(shù)水平。石油化工企業(yè)可以安排人員定期參加教育培訓(xùn)活動(dòng)，內(nèi)容需要包括自動(dòng)化儀表故障檢測(cè)與維護(hù)方式、智能化、自動(dòng)化發(fā)展前沿信息等。通過(guò)一系列激勵(lì)措施鼓勵(lì)人員繼續(xù)學(xué)習(xí)深造，還可以有效提高其綜合素質(zhì)，提升思想意識(shí)，為自動(dòng)化儀表的安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)提供有力的技術(shù)支持。同時(shí)聘請(qǐng)高資質(zhì)專家、學(xué)者開(kāi)辦講座，分析自動(dòng)化儀表故障典型案例并開(kāi)展模擬實(shí)訓(xùn)，提高人員個(gè)人能力。

5 結(jié)語(yǔ)

石油化工企業(yè)需要明確認(rèn)識(shí)到自動(dòng)化儀表對(duì)石化生產(chǎn)的重要性，順應(yīng)科技發(fā)展趨勢(shì)，掌握自動(dòng)化控制技術(shù)最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，適時(shí)引進(jìn)先進(jìn)自控技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化。同時(shí)，對(duì)于儀表管理人員而言，還需要立足于儀表自動(dòng)化發(fā)展形式，重視對(duì)自動(dòng)化儀表的故障排除與設(shè)備維護(hù)工作與深入探索研究，有效提升個(gè)人綜合能力與素質(zhì)，為石油化工企業(yè)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。