淺談儀控專業(yè)預(yù)防性工作

張博昌

（中國石化 天津分公司，天津 300270）

在現(xiàn)代化工業(yè)產(chǎn)業(yè)中，自動化水平不斷提升，儀控設(shè)備在生產(chǎn)過程中重要性不斷提升，通過先進控制手段，使生產(chǎn)環(huán)節(jié)得到大幅優(yōu)化，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，企業(yè)的效益得到顯著提升。在石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，儀表和控制系統(tǒng)提供了3 個廣泛的功能：①為生產(chǎn)和質(zhì)量控制監(jiān)測和監(jiān)控工藝參數(shù)；②在傳感器和操作輸入的基礎(chǔ)上，主動控制對過程操作進行排序，以在預(yù)期的過程限制中運行；③按需提供安全功能[1]。因此，確保儀控設(shè)備的完好性是當(dāng)前設(shè)備維護的重點任務(wù)。

1 預(yù)防性工作概述

目前大部分化工企業(yè)儀控專業(yè)采用事后維修管理理念，待設(shè)備故障后進行檢修或更換。但一些重要的設(shè)備，如聯(lián)鎖儀表、關(guān)鍵閥門故障會導(dǎo)致裝置波動、停車甚至發(fā)生更重要的事故。某企業(yè)乙二醇裝置發(fā)生聯(lián)鎖停車事件，經(jīng)排查是裝置壓縮機入口氣液分離罐浮筒液位開關(guān)中微動開關(guān)觸點誤動觸發(fā)聯(lián)鎖，停氧氣進料。而其故障根本原因為多次檢修期間，對浮筒液位開關(guān)檢查深度不夠，僅對浮筒開關(guān)進行校驗，未對微動開關(guān)觸點進行檢查，并且浮筒液位開關(guān)自1995 年投用未進行過更換，已經(jīng)超出推薦使用壽命。因此，需要工作人員轉(zhuǎn)變管理理念，不斷開展預(yù)防性維護工作，將設(shè)備故障后維修改為預(yù)防性維修，提升儀控設(shè)備的可靠性及完好性，減少因儀表原因?qū)е碌慕?jīng)濟損失。

預(yù)防性工作是指按照預(yù)定計劃或相關(guān)準(zhǔn)則進行測試、維護保養(yǎng)、維修、改造等工作，以防止設(shè)備損壞，保證設(shè)備安全運行，提高設(shè)備運行可靠性，包含定期性維護、季節(jié)性維護、預(yù)知性維修和專項維護。目前，企業(yè)廣泛采用設(shè)備全生命周期管理，將設(shè)備全生命周期劃分為前期管理、使用維護、設(shè)備檢修、更新改造和設(shè)備處置5 個環(huán)節(jié)。儀表設(shè)備預(yù)防性工作集中在使用維護及設(shè)備檢修階段[2]。

2 如何開展預(yù)防性工作

2.1 制定完善的預(yù)防性維護策略及制度

加強頂層設(shè)計，在管理制度上進行創(chuàng)新，改變原有維護理念，將預(yù)防性工作落實到企業(yè)儀控專業(yè)管理制度中，對企業(yè)的現(xiàn)狀制定合適的制度以支持預(yù)防性維護工作。組建企業(yè)專家團隊根據(jù)設(shè)備類型制定不同的維護策略，并根據(jù)設(shè)備分級的結(jié)果來進行分級管控，根據(jù)設(shè)備類型進行分類，每一類設(shè)備根據(jù)預(yù)防性策略制定相應(yīng)的維護任務(wù)的頻次。每年年度制定下一年度預(yù)防性工作計劃，將原有的故障維修策略轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)防性維護策略，降低因儀表原因?qū)е卵b置波動甚至停車的次數(shù)，提升儀控設(shè)備可靠性。

2.2 開展預(yù)防性維護工作

按照相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、儀表及控制系統(tǒng)檢修規(guī)程等要求，定期開展儀表及控制系統(tǒng)維護工作。定期性維護主要包括日常巡檢、定期檢驗、定期試驗，以及根據(jù)企業(yè)所在地理位置制定的季節(jié)性維護。

在裝置生產(chǎn)運行期間，為提高儀表及控制系統(tǒng)可靠性，減少突發(fā)故障，應(yīng)創(chuàng)造條件有計劃地開展定期性維護工作。依據(jù)設(shè)備狀態(tài)、地域環(huán)境等特點，在石油化工行業(yè)設(shè)備維護檢修規(guī)程規(guī)定的基準(zhǔn)周期上，確定定期性維護周期。

2.3 定期檢驗

定期檢驗（固定式可燃及有毒氣體報警器每年應(yīng)檢定一次，國（省）控污染源在線環(huán)保監(jiān)測儀表（CEMS、COD、VOCs、氨氮）按國家規(guī)范等每月進行檢定）貿(mào)易結(jié)算計量儀表、能源及物料計量儀表等設(shè)備按國家規(guī)范要求周期進行檢定[3]。

2.4 定期比對

在裝置運行期間無法進行校驗的，或確實沒有技術(shù)手段校驗的儀表，如有就地測量點位，可以定期開展遠(yuǎn)傳儀表及就地儀表比對工作，確定準(zhǔn)確度等級的測量儀表或測量方法進行在線比對，包括調(diào)節(jié)閥的閥位與標(biāo)尺、浮筒，及雙法蘭液位計與玻璃板液位計、溫度測量表、壓力表，以確保測量設(shè)備的準(zhǔn)確性[4]。

2.5 定期檢查

每月為保證固定式可燃及有毒氣體報警器正常運行，每月需對其零點檢查，可以確保報警器完好率，及時發(fā)現(xiàn)故障儀表及現(xiàn)場泄漏情況，保證裝置現(xiàn)場安全。

對SIS 系統(tǒng)的SOE 記錄進行檢查，檢查內(nèi)容包括頻繁報警、開路/短路報警、SOE 記錄功能是否正常等，每月至少進行兩次，以確保高頻報警設(shè)備，及早發(fā)現(xiàn)聯(lián)鎖儀表故障及異常報警，確保不發(fā)生因設(shè)備故障導(dǎo)致裝置聯(lián)鎖的情況

2.6 定期試驗

DCS 服務(wù)器熱備切換。一般DCS 系統(tǒng)都設(shè)置為冗余系統(tǒng)，當(dāng)一臺控制器發(fā)生故障時，會自動切換到另一臺設(shè)備，不影響系統(tǒng)的正常運行及控制。因此，需要在DCS 系統(tǒng)運行期間，主動進行熱備切換，確保切換功能正常，避免在控制器故障進行冗余切換時發(fā)生故障，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運行。

部分切斷閥，由于長期處于同一閥位，僅僅在發(fā)生緊急情況時動作，因而出現(xiàn)過切斷閥該動作時卻無法動作的情況，特別是大口徑的切斷蝶閥、長期不動作的防空閥門尤為常見。因此，需要對工藝具備試驗條件的切斷閥進行開關(guān)動作試驗，動作試驗每年至少一次。對不具備切出或手動大幅調(diào)整閥位的切斷閥及緊急放空閥，待停工或消缺機會時進行動作測試，以確保切斷閥遇到緊急情況時正確動作。

2.7 定期清掃

每年至少進行1 次對工程師站、服務(wù)器、操作站等上位機主機及光學(xué)測量儀表鏡片進行清掃，防止由于積灰導(dǎo)致電子元件異常升溫或性能下降，尤其是參與聯(lián)鎖的加熱爐火焰檢測器，各種光學(xué)在線分析儀表均應(yīng)該開展此項工作。

每年至少進行1 次對易積灰、結(jié)焦、堵塞的傳感器進行下線清理或在線手動強制反吹。主要介質(zhì)易堵塞點位包括焦化裝置、煤廠附近、灰塵較大、介質(zhì)粘度較高，同樣工藝條件多次堵塞的變送器導(dǎo)壓管，防塵工作重點部位為處于沙塵天氣較多的地區(qū)，環(huán)境中存在粉塵的熱電、焦化及煤化工等裝置。

2.8 防雨防潮

防雨防潮也是儀表專業(yè)預(yù)防性維護工作的重點之一，企業(yè)經(jīng)常發(fā)生因進雨導(dǎo)致儀表接線箱或設(shè)備內(nèi)存水導(dǎo)致裝置發(fā)生異常的情況。因此，需要維護人員加強雨季防水管理，重點檢查機柜間及現(xiàn)場儀表設(shè)備。在檢修期間對設(shè)備電磁閥進行開蓋檢查，確保內(nèi)部干燥，防止發(fā)生因進水腐蝕導(dǎo)致電磁閥異常動作。

2.9 防高溫

1）對電源柜、系統(tǒng)柜、端子柜、安全柵柜、網(wǎng)絡(luò)柜等機柜內(nèi)的電子設(shè)備，每月至少開展一次紅外成像檢測。使用紅外成像儀對機柜間內(nèi)部進行檢查，當(dāng)檢測溫度高于室溫30℃時，需采取措施，解決控制柜內(nèi)部元件異常情況，必要時進行更換，確?？刂葡到y(tǒng)正常運行。

對電磁閥每季度至少開展一次紅外溫度檢測。對電磁閥表面溫度進行測量，由于電磁閥密封圈較多采用橡膠材質(zhì)，因而當(dāng)測量溫度超過65℃時，需采取措施來保護電磁閥設(shè)備本體；當(dāng)溫度超過80℃時，需更換電磁閥。

2）由于分析小屋內(nèi)溫度對測量結(jié)果存在較大影響，特別是部分國控源設(shè)備具有高溫自動停機的設(shè)置，因而需在高溫季節(jié)前對機柜間、分析小屋空調(diào)進行全面的檢查、維護保養(yǎng)。

3 預(yù)知性維修

對儀表及控制系統(tǒng)狀態(tài)檢測包括在線監(jiān)測、使用壽命管理等方式的結(jié)果進行狀態(tài)評價、風(fēng)險評估，確定最合適的修理時機及更合理的修理方法，達到運行安全可靠，檢修成本合理的一種檢修策略，優(yōu)化儀表及控制系統(tǒng)運維方式，減少其停工檢修的工作量。

3.1 在線監(jiān)測

管設(shè)備就要管設(shè)備運行環(huán)境，因此在設(shè)備運行過程中需要對狀態(tài)參數(shù)及環(huán)境參數(shù)進行在線監(jiān)測：通過對儀表及控制系統(tǒng)的各項健康狀態(tài)及運行環(huán)境數(shù)據(jù)進行連續(xù)實時監(jiān)測，主要包括控制系統(tǒng)自診斷報警監(jiān)測、聯(lián)鎖投用，及報警狀態(tài)監(jiān)測、控制閥動作時間監(jiān)測、儀表伴熱監(jiān)測。

3.1.1 控制系統(tǒng)自診斷報警監(jiān)測

將DCS、SIS、CCS、PLC 等控制系統(tǒng)自診斷數(shù)據(jù)中的控制器報警、卡件，及通道狀態(tài)報警、通訊報警、接地報警、電源模塊報警、風(fēng)扇報警等系統(tǒng)報警事件自動采集到檢測平臺，并通過手機短信形式分級推送到管理人員、維護人員。通過控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的設(shè)置，平臺的電子巡檢，精準(zhǔn)定位故障點，依托平臺由公司專家團隊進行診斷分析，使故障和缺陷及時處理，提高維護效率，極大地提升了控制系統(tǒng)的可靠性。

3.1.2 聯(lián)鎖投用及儀表報警監(jiān)測

將聯(lián)鎖回路的投用狀態(tài)信號引入儀控狀態(tài)監(jiān)測平臺，實現(xiàn)聯(lián)鎖回路投用狀態(tài)的實時監(jiān)管，并可通過手機短信形式分級推送到管理人員。

在安全儀表系統(tǒng)里設(shè)置冗余聯(lián)鎖儀表的偏差報警，例如對三取二設(shè)置的3 個測量儀表進行偏差報警設(shè)置，若相互之間差距大于量程5%就會發(fā)出報警信息，并設(shè)置開路及短路報警判斷邏輯，及時報警。

3.1.3 控制閥動作時間監(jiān)測

對有動作時間要求并配備閥門回訊器的控制閥，在控制系統(tǒng)里對控制閥動作時間進行監(jiān)控并設(shè)置超時報警，宜將超時報警傳送到儀控狀態(tài)監(jiān)測平臺。通過控制閥動作時間監(jiān)控，可以有效在閥門卡塞前及時進行預(yù)防性維修，避免閥門卡死后對裝置正常運行的影響。

3.1.4 儀表伴熱監(jiān)測

通過HART、現(xiàn)場總線等協(xié)議采集變送器膜盒溫度，或者增加熱電阻、夾管式溫度傳感器等對儀表伴熱情況進行監(jiān)控并設(shè)置報警。在同一伴熱系統(tǒng)可采一個溫度點，當(dāng)溫度點測量值降低時，可及時通知維保人員進行處置，避免伴熱溫度降低導(dǎo)致儀表及導(dǎo)壓管凍凝。通過伴熱溫度趨勢可以避免伴熱管線全部凍凝后處理費時費力的情況，并通過設(shè)置報警值及短信推送的方式達到預(yù)防性維護的目的。

3.2 狀態(tài)評估

通過在線監(jiān)測及離線檢測等方式采集儀表及控制系統(tǒng)狀態(tài)信息，包括強度、量值大小以及變化趨勢等，采用多種分析方法進行狀態(tài)評估和分析；并結(jié)合與同類設(shè)備的比較，做出綜合判斷，發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常并納入缺陷管理；通過在線監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)缺陷，在故障發(fā)生前進行干預(yù)，避免發(fā)生嚴(yán)重后果[5]。

3.3 儀控設(shè)備壽命管理

建立儀表及控制系統(tǒng)壽命動態(tài)評價機制，參照推薦使用壽命，結(jié)合設(shè)備運行工況、運行環(huán)境、狀態(tài)檢測、歷史故障統(tǒng)計等要素，評估儀表及控制系統(tǒng)性能，作為提前更新或超期服役的依據(jù)，并指導(dǎo)開展儀表及控制系統(tǒng)預(yù)防性維修工作。

3.3.1 編制設(shè)備推薦使用年限表

參照儀控設(shè)備選型及說明書，結(jié)合設(shè)備分級管理，設(shè)備品牌平均無故障時間，平均無故障時間(MTBF）、技術(shù)附件要求的使用壽命、設(shè)備可靠性評估結(jié)果等要素，確保設(shè)備可靠性兼顧經(jīng)濟性，確定不同類型設(shè)備的推薦使用壽命。

關(guān)鍵設(shè)備推薦使用壽命=（設(shè)備使用說明書推薦壽命×70%+平均無故障時間×30%）×75%

重要設(shè)備推薦使用壽命=（設(shè)備使用說明書推薦壽命×70%+平均無故障時間×30%）

3.3.2 建立壽命管理臺賬

按照儀表及控制系統(tǒng)失效后的影響范圍，確定關(guān)鍵回路、重要回路的儀表及控制系統(tǒng)兩類設(shè)備[6]。其中，關(guān)鍵回路為會導(dǎo)致裝置非計劃停工，或發(fā)生安全、環(huán)保、質(zhì)量事故的聯(lián)鎖回路和重要控制回路，大機組停機電磁閥、電液轉(zhuǎn)換器、喘振閥等影響裝置切斷進料或緊急放空的閥門等關(guān)鍵儀表且非冗余配置。重要回路為會導(dǎo)致單元非計劃停工的聯(lián)鎖回路和主要控制回路，主要為無副線的控制閥、聯(lián)鎖冗余設(shè)置的測量儀表。對比設(shè)備使用年限、推薦使用年限，將其作為設(shè)備預(yù)防性維修的依據(jù)。

4 預(yù)防性工作開展成效

4.1 預(yù)防性維護開展效果

圖1 報警器零點檢查情況Fig.1 Alarm zero check situation

圖3 儀表原因引起生產(chǎn)波動次數(shù)Fig.3 The number of production fluctuations caused by the instrument

企業(yè)開展預(yù)防性維護工作，對設(shè)備的有關(guān)性能進行符合性評價，大幅提升儀控設(shè)備可靠性。以開展固定式可燃及有毒氣體報警器零點檢查為例，能夠起到以下3 個作用：①發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場存在泄漏點位，雖然沒有達到報警值，但是能發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場輕微泄漏點，對現(xiàn)場泄漏治理起到輔助作用；②報警器傳感器發(fā)生零點漂移情況，能夠及早提醒維保人員，及時使用標(biāo)氣對報警器零點進行校驗，確保報警器顯示正常；③能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場報警器傳感器失效點位。圖1 為天津某石化企業(yè)2021 年下半年6 月至12 月檢查結(jié)果。

4.2 預(yù)防性維修

4.2.1 在線監(jiān)測開展成效

通過DCS 系統(tǒng)自診斷數(shù)據(jù)中報警事件自動采集到狀態(tài)檢測平臺，可通過手機短信形式分級推送到管理人員、維護人員，及時處理控制系統(tǒng)異常。天津地區(qū)某石化企業(yè)本年度第一季度共計通過在線監(jiān)測發(fā)現(xiàn)問題18 項，均及時由運維人員進行處置，未發(fā)生由于控制系統(tǒng)故障導(dǎo)致裝置異常的情況。

4.2.2 預(yù)防性維修開展成效

圖2 控制系統(tǒng)在線監(jiān)測成果Fig.2 Online monitoring results of the control system

圖4 預(yù)防性維修比例Fig.4 Proportion of preventive maintenance

通過預(yù)防性維修策略的執(zhí)行，企業(yè)大幅減少了因儀表專業(yè)導(dǎo)致的裝置波動[7]。以華北某石化及山東某石化為例，2017 年及2018 年兩家企業(yè)因儀表原因?qū)е卵b置波動接近20 起，但在2018 年開展完整性體系建設(shè)后，預(yù)防性維修的比例大幅提升，改變了原有儀控專業(yè)事后維修的固有思想，將檢維修重點放在預(yù)防性維修上，特別針對A、B 類關(guān)鍵控制系統(tǒng)及控制閥采取有效的事前維修，使因儀表原因?qū)е律a(chǎn)波動次數(shù)大幅度降低。目前企業(yè)儀控專業(yè)預(yù)防性策略2.0 均有效開展，執(zhí)行效果顯著，設(shè)備管理水平得到有效提升。