化工自动化仪表系统的预防性维护
赵庆林 中海油惠州石化有限公司
摘要：随着石化企业生产过程自动化程度的提高, 生产过程监测控制点及仪表系统的设置日臻完善, 仪表系统的可靠性与生产装置的安全运行息息相关。本文介绍了基于各类仪表的特性及故障分析所制定的预防性维护方案, 付诸实施后取得了良好的效果。实践表明石化企业开展仪表系统预防性维护,不仅能降低仪表故障率、促进仪表系统安全管理的提升, 同时也节约了仪表维护成本、为企业带来显著的经济效益。
关键词：石油化工; 自动化; 仪表; 预防性维护
1 引言
随着石油化工企业向集约化、规模化发展,以及对经营效益、安全生产的持续追求, 对生产过程自动化程度的要求也越来越高, 生产装置内各种过程监测点、控制点的设置日臻完善,仪表的台件数也不断增多, 在新建石油化工装置中自动化仪表的投资也占有相当的比例, 一般要占整个生产装置总投资的6%~10%左右,运行中的一个2 0 M t / a 的炼油厂, 其仪表设备台件数在8 万台以上。一方面, 自动化仪表系统为生产操作人员提供一个良好的人机界面, 对生产装置和设备进行全过程监视、操作, 同时记录存储相关的报警、操作、参数趋势等信息;
另一方面, 自动化仪表系统通过预置的控制算法、控制程序对生产装置和设备进行自动控制和安全保护, 所以生产装置的安全运行与自动化仪表系统的稳定与否息息相关, 由于仪袁设备故障造成生产装置运行波动甚至联锁停工的事件时有发生。因此, 保证自动化仪表系统稳
定运行、少出故障以致不出故障, 是仪表设备维护管理工作的基本目标, 但是仪表设备种类
多、台件多、分布广、结构原理各异、配件不统一, 造成了仪表设备的维护难度很大。
2 自动化仪表巡回检查的局限性
在石油化工企业中, 已普遍实施了行之有效的定点、定人、定方案、定标准、定巡检周期的闭环巡检法, 确实发现了许多设备隐患和事故苗头, 比如介质泄漏、设备缺陷等。但是, 由于石化装置中仪表设备点多面广, 一套石化装置中仪表设备少则有几百台件、多则有数千台件, 而且在装置中分布面广, 地面空中、塔上塔下、管廊管道等都设置有仪表检测点和控制点, 要想做到每天的全面巡回检查, 困难很大, 所以, 仪表设备的巡回检查只能检查装置关键部位的仪表和明显的跑冒滴漏现象, 有些非关键部位的仪袁和高处、偏远部位的仪表,可能长期得不到检查; 而且仪表设备的检查维护, 关键是检查其运行环境、安装等方面的完好性, 做到防水、防潮、防冻、防高温、防雷电、防腐蚀等, 使其运行条件得到改善, 从而延长仪表设备的使用寿命。因此, 需要根据仪表设备的不同特点, 设置不同的定期检查项目和相应的检查周期, 实行预防性维护, 对仪表设备进行全面的定期检查, 及时发现间题、及时整改问题。
3 自动化仪表预防性维护的规划
设备的预防性维护不同于设备的检修和故障处理, 设备检修和故障处理属于事后维修,是在设备出现故障后采取的维修活动, 是被动的和带有损失性的, 而预防性维护是指采取必要的措施和方法, 在设备发生故障前发现和消除设备缺陷, 使其处于完好状态, 避免对生产造成冲击, 是主动的和积极的。
但是, 要做好仪表设备的预防性维护, 困难很大。比如动静设备通过仪表的检测, 收集统计设备运行数据并进行分析评估, 判断是否需要预防性维护; 而对仪表设备来说, 很难采取有效手段监测其运行状态, 提前发出故障预警, 当仪表本身发出故障报警信息时, 其已经出现了故障。所以, 仪表设备的预防性维护主要通过人工定期检查再结合控制系统收集的仪表故障报警信息来实现。根据不同种类仪表的特点, 制定相应的检查标准和检查周期, 对其进行定期检查, 提前发现仪表缺陷, 及时加以修理维护, 使仪表保持在完好状态。
下面结合不同种类自动化仪表的特点, 谈谈石化企业自动化仪表的预防性维护。
3 . 1 常规仪表的预防性维护
石油化工装置中的常规仪表包括温度、压力、流量、液位等测量仪表。随着电子投术、计算机技术以及自动化仪表技术的发展, 新型仪表不断涌现, 因而仪表的种类多、台件数多,分布广。除了仪表本身的制造质量、测量原理、适用条件限制外, 其运行环境、被测介质、安装质量、部件完好性等也极大地影响着仪表的运行性能和使用寿命。为改善常规仪表的运行条件, 使其处于完好状态, 保证其稳定运行,常规仪表的定期维护项目应包括‥ 仪表密封及防水检查处理、仪表防高温及防冻检查、仪表接地检查、冗余仪表的指示值比对、气相介质的仪表导压管排凝、仪表隔离液定期更换等。
3 . 2 控制阀的预防性维护
控制阀处于自动控制回路的执行环节, 安装在工艺管道上, 起着降压、节流作用, 控制生产过程中的温度、压力、流量、液位等参数,保证在其正常操作范围内。控制阀从功能上分为切断阀和调节阀, 从型式结构上为闸阀、蝶阀、球阀、单座阀、双座阀、套筒阀、角阀、偏心旋转阀、多级降压阀等, 其执行机构上还有种类繁多的附件, 比如过滤减压器、定位器、电磁阀、阀位开关、增速器、保位阀、换向阀、单向阀等气动附件以及密封圈、膜片等橡胶元件。由于控制阀部件众多、频繁动作以及介质冲刷腐蚀等原因, 容易出现填料泄漏、部件松
动、连接件脱开、气管路松动泄漏、膜头漏气、弹簧断裂等现象, 造成控制阀不动作或误动作。为避免此类故障现象的发生, 控制阀的定期维护内容主要包括‥
( 1 ) 定期检查控制阀是否有卡涩震荡, 阀体是否有介质泄漏, 执行机构附件是否被高温烘烤, 供气压力是否正常, 定位器反馈部件等连接件是否松动。
( 2 ) 定期检查控制阀气路系统是否有泄漏,检查气路系统备元件、备接头、气动膜头是否存在漏气、接头松动现象。
( 3 ) 定期清洁阀杆污垢, 保证阀杆的光洁度, 防止把四氟乙烯、石墨等密封填料内环拉坏, 破坏其密封性能, 导致介质泄漏。
（4）定期润滑反馈机构的转轴及其他转动部分, 防止生锈、腐蚀、卡涩, 保证灵活好用。
( 5 ) 定期对装置仪表总供风罐排液、仪表供风系统装置最低点处排污阀排空、集中供风过滤器排空, 防止仪表风带液, 排液过程中要时刻保持气源压力在正常范围内。
3 . 3 可燃/ 有毒气报警仪的预防性维护
石油化工装置的最大特点是易泄漏、易燃易爆, 所以在装置内易泄漏处设置可燃/ 有毒气体报警仪, 一旦发生介质泄漏, 第一时间发出报警信息, 及时处理泄漏点, 所以作为安全仪表的可燃/ 有毒气体报警仪, 必须保证完好投
用, 时刻处于正常状态。但是可燃/ 有毒气体报警仪由于受到其测量原理所限, 故障率高、灵敏度低、漂移量大、线性度差、响应时间滞后,需要加强检查维护。为及时处理故障, 一方面要保证备件充足, 另一方面要定期检查维护,主要包括：
( 1 ) 定期检查D C S 画面可燃/ 有毒气体报警仪示值有无零点漂移。
( 2 ) 定期检查可燃/ 有毒气报警器表头及接线密封是否良好、探头保护罩是否阻塞、外壳接地是否良好、显示是否正常、声光报警器是否正常。
( 3 ) 定期测试D C S 辅助操作台上可燃/ 有毒气体报警仪声光报警系统是否正常。
( 4 ) 定期校验可燃/ 有毒气体报警器, 校验内容包括零点校验、一级报警测试、响应时间、标气浓度的实测值等。
( 5 ) 定期委托法定计量机构接照检定规程的要求进行检定。
( 6 ) 定期更新可燃/ 有毒气体检测报警仪的传感器, 并建立和完善定期更换台账。
3 . 4 控制系统的预防性维护
随着石化企业自动化程度的提高, 所配置的自动控制系统越来越多、规模越来越大, 既有全厂性D C S 、 S I S 、 C C S 系统, 又有各类P L C系统。这些控制系统通过预置的控制程序, 自动控制被控对象的运行, 既能集中操作, 又能分散控制, 既能节省人力, 又能快速操作调整,减少操作滞后。控制系统是电子元器件的集合体, 结构紧凑复杂, 对环境要求高, 比如D C S系统对环境温度的要求为冬季( 2 0 ±2 ) ℃ 、夏季( 2 6 ±2 ) ℃, 温度变化率小于5 ℃/ h , 对相对湿度的要求为5 0%±1 0%, 对环境空气净化要求为尘埃小于0 . 2 m g / m 3 ( 粒径小于1 0 μm ) , 对腐蚀性气体要求为腐蚀程度小于G 级( 0 . 0 3 μm /月) 。控制系统地位如此重要, 对运行环境要求如此之高, 为保证其安全运行, 需要小心呵护,加强定期维护: 定期检查控制器及I / O 卡件、系统电源、直流电源、网络交换机、散热风扇的运行状态, 定期检查机房温度、机房湿度、机柜内温度是否在允许范围内, 定期检查操作站报警功能并确认报警音响是否正常, 定期检查系统诊断信息, 定期检查操作站历史库存储
容量并转存, 定期检查控制系统时钟同步功能,定期清洗机框过滤网, 定期备份控制系统软件,定期检查测试控制系统接地等。
3 . 5 在线分析仪表的预防性维护
在线分析仪表又称过程分析仪表, 直接安装在工业生产流程或其他源流体现场, 对被测介质的组分或参数进行自动连续测量。在线分析仪表不仅应用于生产过程实时分析, 在环境污染源排放连续监测中也有广泛的应用。随着对节能降耗、治污减排和产品质量要求的提高,在线分析仪表的重要性和使用量与目俱增。在线分析仪表测量原理不同于常规仪表, 多采用光学、化学原理, 直接安装在工业现场, 对环境条件( 包括防爆性能和环境保护性能等) 的要求比较严格, 对样品条件( 温度、压力、流量等) 的要求也比较严格, 与实验室分析仪器相比, 其环境条件和工作条件适应能力较差, 工作性能不稳定, 其维护量、维护难度较常规仪表大, 对定期维护的需求更高。在线分析仪表的预防性维护包括：
( 1 ) 定期检查在线分析仪表间的运行环境如空调状况、通风状况、有无介质泄漏等。
( 2 ) 定期检查清洗预处理系统。
( 3 ) 定期检查在线分析仪表的运行状态。
针对不同的仪表, 制定相应的检查项目如试剂、标气、载气、预处理单元等; 并记录相关运行数据如分析仪表的测量值、载气压力。
( 4 ) 定期维护标定分析仪表, 结合仪表的结构原理, 制定相应的维护项目和维护标定周期。如环保烟气分析仪的每月定期维护项目有：吹扫采样管线、清理采样过滤芯、更换老化的管接头蠕动泵管、清洗气液分离器及流量计、清理采样泵膜片、清理风机过滤器、清理烟尘光学镜面、校准等; 再如C O D 分析仪的每月定期维护项目有：清洗定量管、更换或清洗管线接头及管线、检查电磁阀腐蚀情况、清洗消解池、校准等。
4 预防性维护方案的实施
不同类型的仪表, 既有通用的维护保养项目, 又因其结构原理的不同而需要专门的维护保养项目, 在制定预防性维护方案时需二者兼顾、统筹考虑。根据维护保养项目的预估故障周期和仪表的重要程度, 设定不同的预防性维护周期, 对仪表进行全方位的逐一检查。每类仪表均制定有相应的预防性维护检查表, 维护作业人员将相关的检查结果、所查问题记录于检查表中, 并在检查表中签字确认、注明检查日期。对检查出来的问题采取“定任务、定责任单位和人员、定整改措施、定整改期限”的“四定”方法进行跟踪整改直至彻底解决, 将仪表缺陷消灭在萌芽状态。
为了使预防性维护方案得到有效的实施,要对其实施情况进行定期检查, 对于不按计划执行的或按计划执行但仪表缺陷未消除的, 及时给予提醒和督促。自实施以来, 取得了良好的效果, 仪表故障率有了显著的下降, 既节约了维护成本, 又减少了仪表故障应急处理的次数, 即使在漫长的雨季, 也没有出现严重的仪表故障。
5 小结
自动化仪表种类繁多, 各类仪表的维护保养项目备具特点、不尽相同, 而且仪表台件数多、在装置内的分布零散, 要全方位、没有遗漏地做好预防性维护实属不易。预防性维护方案要容易实施, 维护内容及周期尽量合理, 既能及时消除仪表缺陷, 又使维护工作量适中。备维护保养项目所包含的内容不宜太多, 并适当调整维护项目的维护周期, 使得工作量不至于太大, 各项目能分配到具体维护人员身上,维护人员乐于接受, 否则容易引起逆反心理,应付了事, 不能取得预期的效果。
石化装置中的自动化仪表容易受到工艺介质的冲刷和腐蚀、高温介质的烘烤、空气中有害物质的侵蚀、雨水潮气的渗透、太阳的直射等, 难以评估其使用寿命, 如果过早地预防性更换, 会造成资源浪费, 加大维护成本, 如果等到出现故障时再维修更换, 对于联锁仪表、关键仪表等, 可能造成装置局部波动或停工,造成的生产损失更大。因此, 对于联锁仪表、关键仪表, 需要统计、评估它们的使用寿命,实现定期更换, 既不过度浪费资源, 又能保证
安全生产。
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