化工自動化儀表系統的預防性維護
趙慶林 中海油惠州石化有限公司
摘要：隨著石化企業生產過程自動化程度的提高, 生產過程監測控制點及儀表系統的設置日臻完善, 儀表系統的可靠性與生產裝置的安全運行息息相關。本文介紹了基于各類儀表的特性及故障分析所制定的預防性維護方案, 付諸實施后取得了良好的效果。實踐表明石化企業開展儀表系統預防性維護,不僅能降低儀表故障率、促進儀表系統安全管理的提升, 同時也節約了儀表維護成本、為企業帶來顯著的經濟效益。
關鍵詞：石油化工; 自動化; 儀表; 預防性維護
1 引言
隨著石油化工企業向集約化、規模化發展,以及對經營效益、安全生產的持續追求, 對生產過程自動化程度的要求也越來越高, 生產裝置內各種過程監測點、控制點的設置日臻完善,儀表的臺件數也不斷增多, 在新建石油化工裝置中自動化儀表的投資也占有相當的比例, 一般要占整個生產裝置總投資的6%~10%左右,運行中的一個2 0 M t / a 的煉油廠, 其儀表設備臺件數在8 萬臺以上。一方面, 自動化儀表系統為生產操作人員提供一個良好的人機界面, 對生產裝置和設備進行全過程監視、操作, 同時記錄存儲相關的報警、操作、參數趨勢等信息;
另一方面, 自動化儀表系統通過預置的控制算法、控制程序對生產裝置和設備進行自動控制和安全保護, 所以生產裝置的安全運行與自動化儀表系統的穩定與否息息相關, 由于儀袁設備故障造成生產裝置運行波動甚至聯鎖停工的事件時有發生。因此, 保證自動化儀表系統穩
定運行、少出故障以致不出故障, 是儀表設備維護管理工作的基本目標, 但是儀表設備種類
多、臺件多、分布廣、結構原理各異、配件不統一, 造成了儀表設備的維護難度很大。
2 自動化儀表巡回檢查的局限性
在石油化工企業中, 已普遍實施了行之有效的定點、定人、定方案、定標準、定巡檢周期的閉環巡檢法, 確實發現了許多設備隱患和事故苗頭, 比如介質泄漏、設備缺陷等。但是, 由于石化裝置中儀表設備點多面廣, 一套石化裝置中儀表設備少則有幾百臺件、多則有數千臺件, 而且在裝置中分布面廣, 地面空中、塔上塔下、管廊管道等都設置有儀表檢測點和控制點, 要想做到每天的全面巡回檢查, 困難很大, 所以, 儀表設備的巡回檢查只能檢查裝置關鍵部位的儀表和明顯的跑冒滴漏現象, 有些非關鍵部位的儀袁和高處、偏遠部位的儀表,可能長期得不到檢查; 而且儀表設備的檢查維護, 關鍵是檢查其運行環境、安裝等方面的完好性, 做到防水、防潮、防凍、防高溫、防雷電、防腐蝕等, 使其運行條件得到改善, 從而延長儀表設備的使用壽命。因此, 需要根據儀表設備的不同特點, 設置不同的定期檢查項目和相應的檢查周期, 實行預防性維護, 對儀表設備進行全面的定期檢查, 及時發現間題、及時整改問題。
3 自動化儀表預防性維護的規劃
設備的預防性維護不同于設備的檢修和故障處理, 設備檢修和故障處理屬于事后維修,是在設備出現故障后采取的維修活動, 是被動的和帶有損失性的, 而預防性維護是指采取必要的措施和方法, 在設備發生故障前發現和消除設備缺陷, 使其處于完好狀態, 避免對生產造成沖擊, 是主動的和積極的。
但是, 要做好儀表設備的預防性維護, 困難很大。比如動靜設備通過儀表的檢測, 收集統計設備運行數據并進行分析評估, 判斷是否需要預防性維護; 而對儀表設備來說, 很難采取有效手段監測其運行狀態, 提前發出故障預警, 當儀表本身發出故障報警信息時, 其已經出現了故障。所以, 儀表設備的預防性維護主要通過人工定期檢查再結合控制系統收集的儀表故障報警信息來實現。根據不同種類儀表的特點, 制定相應的檢查標準和檢查周期, 對其進行定期檢查, 提前發現儀表缺陷, 及時加以修理維護, 使儀表保持在完好狀態。
下面結合不同種類自動化儀表的特點, 談談石化企業自動化儀表的預防性維護。
3 . 1 常規儀表的預防性維護
石油化工裝置中的常規儀表包括溫度、壓力、流量、液位等測量儀表。隨著電子投術、計算機技術以及自動化儀表技術的發展, 新型儀表不斷涌現, 因而儀表的種類多、臺件數多,分布廣。除了儀表本身的制造質量、測量原理、適用條件限制外, 其運行環境、被測介質、安裝質量、部件完好性等也極大地影響著儀表的運行性能和使用壽命。為改善常規儀表的運行條件, 使其處于完好狀態, 保證其穩定運行,常規儀表的定期維護項目應包括‥ 儀表密封及防水檢查處理、儀表防高溫及防凍檢查、儀表接地檢查、冗余儀表的指示值比對、氣相介質的儀表導壓管排凝、儀表隔離液定期更換等。
3 . 2 控制閥的預防性維護
控制閥處于自動控制回路的執行環節, 安裝在工藝管道上, 起著降壓、節流作用, 控制生產過程中的溫度、壓力、流量、液位等參數,保證在其正常操作范圍內。控制閥從功能上分為切斷閥和調節閥, 從型式結構上為閘閥、蝶閥、球閥、單座閥、雙座閥、套筒閥、角閥、偏心旋轉閥、多級降壓閥等, 其執行機構上還有種類繁多的附件, 比如過濾減壓器、定位器、電磁閥、閥位開關、增速器、保位閥、換向閥、單向閥等氣動附件以及密封圈、膜片等橡膠元件。由于控制閥部件眾多、頻繁動作以及介質沖刷腐蝕等原因, 容易出現填料泄漏、部件松
動、連接件脫開、氣管路松動泄漏、膜頭漏氣、彈簧斷裂等現象, 造成控制閥不動作或誤動作。為避免此類故障現象的發生, 控制閥的定期維護內容主要包括‥
( 1 ) 定期檢查控制閥是否有卡澀震蕩, 閥體是否有介質泄漏, 執行機構附件是否被高溫烘烤, 供氣壓力是否正常, 定位器反饋部件等連接件是否松動。
( 2 ) 定期檢查控制閥氣路系統是否有泄漏,檢查氣路系統備元件、備接頭、氣動膜頭是否存在漏氣、接頭松動現象。
( 3 ) 定期清潔閥桿污垢, 保證閥桿的光潔度, 防止把四氟乙烯、石墨等密封填料內環拉壞, 破壞其密封性能, 導致介質泄漏。
（4）定期潤滑反饋機構的轉軸及其他轉動部分, 防止生銹、腐蝕、卡澀, 保證靈活好用。
( 5 ) 定期對裝置儀表總供風罐排液、儀表供風系統裝置最低點處排污閥排空、集中供風過濾器排空, 防止儀表風帶液, 排液過程中要時刻保持氣源壓力在正常范圍內。
3 . 3 可燃/ 有毒氣報警儀的預防性維護
石油化工裝置的最大特點是易泄漏、易燃易爆, 所以在裝置內易泄漏處設置可燃/ 有毒氣體報警儀, 一旦發生介質泄漏, 第一時間發出報警信息, 及時處理泄漏點, 所以作為安全儀表的可燃/ 有毒氣體報警儀, 必須保證完好投
用, 時刻處于正常狀態。但是可燃/ 有毒氣體報警儀由于受到其測量原理所限, 故障率高、靈敏度低、漂移量大、線性度差、響應時間滯后,需要加強檢查維護。為及時處理故障, 一方面要保證備件充足, 另一方面要定期檢查維護,主要包括：
( 1 ) 定期檢查D C S 畫面可燃/ 有毒氣體報警儀示值有無零點漂移。
( 2 ) 定期檢查可燃/ 有毒氣報警器表頭及接線密封是否良好、探頭保護罩是否阻塞、外殼接地是否良好、顯示是否正常、聲光報警器是否正常。
( 3 ) 定期測試D C S 輔助操作臺上可燃/ 有毒氣體報警儀聲光報警系統是否正常。
( 4 ) 定期校驗可燃/ 有毒氣體報警器, 校驗內容包括零點校驗、一級報警測試、響應時間、標氣濃度的實測值等。
( 5 ) 定期委托法定計量機構接照檢定規程的要求進行檢定。
( 6 ) 定期更新可燃/ 有毒氣體檢測報警儀的傳感器, 并建立和完善定期更換臺賬。
3 . 4 控制系統的預防性維護
隨著石化企業自動化程度的提高, 所配置的自動控制系統越來越多、規模越來越大, 既有全廠性D C S 、 S I S 、 C C S 系統, 又有各類P L C系統。這些控制系統通過預置的控制程序, 自動控制被控對象的運行, 既能集中操作, 又能分散控制, 既能節省人力, 又能快速操作調整,減少操作滯后。控制系統是電子元器件的集合體, 結構緊湊復雜, 對環境要求高, 比如D C S系統對環境溫度的要求為冬季( 2 0 ±2 ) ℃ 、夏季( 2 6 ±2 ) ℃, 溫度變化率小于5 ℃/ h , 對相對濕度的要求為5 0%±1 0%, 對環境空氣凈化要求為塵埃小于0 . 2 m g / m 3 ( 粒徑小于1 0 μm ) , 對腐蝕性氣體要求為腐蝕程度小于G 級( 0 . 0 3 μm /月) 。控制系統地位如此重要, 對運行環境要求如此之高, 為保證其安全運行, 需要小心呵護,加強定期維護: 定期檢查控制器及I / O 卡件、系統電源、直流電源、網絡交換機、散熱風扇的運行狀態, 定期檢查機房溫度、機房濕度、機柜內溫度是否在允許范圍內, 定期檢查操作站報警功能并確認報警音響是否正常, 定期檢查系統診斷信息, 定期檢查操作站歷史庫存儲
容量并轉存, 定期檢查控制系統時鐘同步功能,定期清洗機框過濾網, 定期備份控制系統軟件,定期檢查測試控制系統接地等。
3 . 5 在線分析儀表的預防性維護
在線分析儀表又稱過程分析儀表, 直接安裝在工業生產流程或其他源流體現場, 對被測介質的組分或參數進行自動連續測量。在線分析儀表不僅應用于生產過程實時分析, 在環境污染源排放連續監測中也有廣泛的應用。隨著對節能降耗、治污減排和產品質量要求的提高,在線分析儀表的重要性和使用量與目俱增。在線分析儀表測量原理不同于常規儀表, 多采用光學、化學原理, 直接安裝在工業現場, 對環境條件( 包括防爆性能和環境保護性能等) 的要求比較嚴格, 對樣品條件( 溫度、壓力、流量等) 的要求也比較嚴格, 與實驗室分析儀器相比, 其環境條件和工作條件適應能力較差, 工作性能不穩定, 其維護量、維護難度較常規儀表大, 對定期維護的需求更高。在線分析儀表的預防性維護包括：
( 1 ) 定期檢查在線分析儀表間的運行環境如空調狀況、通風狀況、有無介質泄漏等。
( 2 ) 定期檢查清洗預處理系統。
( 3 ) 定期檢查在線分析儀表的運行狀態。
針對不同的儀表, 制定相應的檢查項目如試劑、標氣、載氣、預處理單元等; 并記錄相關運行數據如分析儀表的測量值、載氣壓力。
( 4 ) 定期維護標定分析儀表, 結合儀表的結構原理, 制定相應的維護項目和維護標定周期。如環保煙氣分析儀的每月定期維護項目有：吹掃采樣管線、清理采樣過濾芯、更換老化的管接頭蠕動泵管、清洗氣液分離器及流量計、清理采樣泵膜片、清理風機過濾器、清理煙塵光學鏡面、校準等; 再如C O D 分析儀的每月定期維護項目有：清洗定量管、更換或清洗管線接頭及管線、檢查電磁閥腐蝕情況、清洗消解池、校準等。
4 預防性維護方案的實施
不同類型的儀表, 既有通用的維護保養項目, 又因其結構原理的不同而需要專門的維護保養項目, 在制定預防性維護方案時需二者兼顧、統籌考慮。根據維護保養項目的預估故障周期和儀表的重要程度, 設定不同的預防性維護周期, 對儀表進行全方位的逐一檢查。每類儀表均制定有相應的預防性維護檢查表, 維護作業人員將相關的檢查結果、所查問題記錄于檢查表中, 并在檢查表中簽字確認、注明檢查日期。對檢查出來的問題采取“定任務、定責任單位和人員、定整改措施、定整改期限”的“四定”方法進行跟蹤整改直至徹底解決, 將儀表缺陷消滅在萌芽狀態。
為了使預防性維護方案得到有效的實施,要對其實施情況進行定期檢查, 對于不按計劃執行的或按計劃執行但儀表缺陷未消除的, 及時給予提醒和督促。自實施以來, 取得了良好的效果, 儀表故障率有了顯著的下降, 既節約了維護成本, 又減少了儀表故障應急處理的次數, 即使在漫長的雨季, 也沒有出現嚴重的儀表故障。
5 小結
自動化儀表種類繁多, 各類儀表的維護保養項目備具特點、不盡相同, 而且儀表臺件數多、在裝置內的分布零散, 要全方位、沒有遺漏地做好預防性維護實屬不易。預防性維護方案要容易實施, 維護內容及周期盡量合理, 既能及時消除儀表缺陷, 又使維護工作量適中。備維護保養項目所包含的內容不宜太多, 并適當調整維護項目的維護周期, 使得工作量不至于太大, 各項目能分配到具體維護人員身上,維護人員樂于接受, 否則容易引起逆反心理,應付了事, 不能取得預期的效果。
石化裝置中的自動化儀表容易受到工藝介質的沖刷和腐蝕、高溫介質的烘烤、空氣中有害物質的侵蝕、雨水潮氣的滲透、太陽的直射等, 難以評估其使用壽命, 如果過早地預防性更換, 會造成資源浪費, 加大維護成本, 如果等到出現故障時再維修更換, 對于聯鎖儀表、關鍵儀表等, 可能造成裝置局部波動或停工,造成的生產損失更大。因此, 對于聯鎖儀表、關鍵儀表, 需要統計、評估它們的使用壽命,實現定期更換, 既不過度浪費資源, 又能保證
安全生產。
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