靖邊氣田凈化廠自控儀表回路常見故障分析

侯磊 劉慶軍 吳曉華 要利銳 趙海霞

長慶油田公司第一采氣廠 寧夏 750006

0 前言

第三凈化廠擁有300萬方/天的處理能力，承擔(dān)著向西安的供氣任務(wù)，所以為保障全廠的安全生產(chǎn)運(yùn)行，自動化檢測儀表擔(dān)負(fù)著溫度、流量、液位、壓力四大參數(shù)的監(jiān)測任務(wù)，有著不可或缺的地位。當(dāng)今使用的檢測儀表和DCS在準(zhǔn)確性和可靠性方面已相當(dāng)成熟，但在實(shí)際應(yīng)用中總要出現(xiàn)這樣或那樣的故障。當(dāng)儀表指示出現(xiàn)異常現(xiàn)象：偏高、偏低，不變化，不穩(wěn)定等，本身包含兩種因素：一是工藝因素，儀表正確的反映出工藝異常情況；二是儀表因素，由于儀表(測量系統(tǒng))某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障而導(dǎo)致工藝參數(shù)指示與實(shí)際不符。這兩種因素總是混淆在一起，很難馬上判斷出故障到底出現(xiàn)在那里。儀表維護(hù)人員要提高儀表故障判斷能力，除了對儀表工作原理、結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)熟悉外，還需熟悉測量系統(tǒng)中每一個環(huán)節(jié)，同時對工藝流程及工藝介質(zhì)的特性、設(shè)備的特性應(yīng)有所了解，這能幫助儀表維護(hù)人員拓展思路，有助于及時解決和處理故障。

1 凈化廠自控儀表現(xiàn)狀及故障判斷實(shí)例

第三凈化廠天然氣凈化裝置的運(yùn)行由Deltav系統(tǒng)來控制監(jiān)測，自動化水平相對較高。隨著天然氣事業(yè)的快速發(fā)展，凈化廠應(yīng)用的自動化儀表也不是以往單一結(jié)構(gòu)，其適應(yīng)性越來越強(qiáng)，功能也越來越豐富。然而天然氣凈化工藝復(fù)雜，控制要求高，所以現(xiàn)場應(yīng)用的儀表種類繁多，主要涉及為溫度、流量、液位和壓力等。

1.1 凈化廠儀表現(xiàn)狀

第三凈化廠自2003年建廠以來已經(jīng)有八年的發(fā)展歷程，檢測儀表和DCS在準(zhǔn)確性和可靠性方面已相當(dāng)成熟，能夠完全保障全廠的正常運(yùn)行，但有一些儀表自建廠以來一直在投用，有的已經(jīng)更新，導(dǎo)致儀表使用狀況參差不齊，雖沒出現(xiàn)過大的事故，但在實(shí)際應(yīng)用中總要出現(xiàn)這樣或那樣的小故障，導(dǎo)致儀表維修率增加。對于一些小問題，儀表工目前都能憑借工作經(jīng)驗(yàn)處理。然而，一旦碰到特殊問題或偶然性故障，部分儀表工在處理過程中還是充滿了盲目，因?yàn)槿狈σ惶渍w性的解決思路，只能眉毛胡子一把抓，浪費(fèi)了人力、物力。以下針對一些常見實(shí)例，總結(jié)出問題原因和思路，使今后工作更加規(guī)范化。

1.2 自控儀表回路故障判斷實(shí)例

第三凈化廠使用的集散控制系統(tǒng)，它具有集中管理，分散控制的優(yōu)點(diǎn)，就是把現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息通過信號線傳到中控室進(jìn)行集中監(jiān)測，再把控制信號發(fā)送給現(xiàn)場相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對具體設(shè)備的調(diào)節(jié)。一個完整的自控儀表回路分為兩大區(qū)塊即自控段和儀表段，自控段是從中控室端子排到計算機(jī)；儀表段是從中控室端子排到現(xiàn)場儀表，自控儀表回路示意圖如圖1所示。如果一個自控儀表回路從正常工作狀態(tài)突然變成故障狀態(tài)，我們可以借助FLUKE744或其它標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器對自控段和儀表段逐一進(jìn)行排查，從而可以確定故障發(fā)生的具體位置，這樣問題處理起來就比較明確。

圖1 自控儀表回路示意圖

1.2.1 自控段故障實(shí)例及原因分析

鍋爐液位用差壓變送器測量，中控室顯示的液位值上下波動頻繁，而現(xiàn)場差壓變送器顯示穩(wěn)定。用萬用表測量端子排的電流值，發(fā)現(xiàn)電流值也穩(wěn)定，然后用FLUKE744通過盤間線給卡件輸入模擬值，發(fā)現(xiàn)中控室顯示波動頻繁，對盤間線檢查后排除盤間線的問題。然而同一卡件上接有其它的差壓信號均顯示正常，對其更換通道后顯示正常。

上面事例中故障出在卡件通道上，從以上事例分析歸納出自控段出現(xiàn)問題主要為以下幾個原因：

(1) 盤間線問題，例如正極接地，接線不牢固，信號線短路；

(2) 組態(tài)程序問題，例如卡件、通道沒有被激活，程序丟失；

(3) 卡件問題，例如通道故障，卡件沒有電，電源指示和工作指示燈工作不正常。

1.2.2 儀表段故障實(shí)例及原因分析

自控儀表回路中儀表段也可以分為中控室端子排到表頭的線路和現(xiàn)場儀表兩部分。

(1) 溫度儀表故障實(shí)例及原因分析

裝置區(qū)原料氣溫度測量值不穩(wěn)定跳躍變化，本以為是裝置開始進(jìn)氣時原料氣溫度變化導(dǎo)致的一系列溫度變化。但氣量穩(wěn)定后問題仍然存在，排除因氣體溫度引發(fā)的因素。用FLUKE744從表頭信號線給卡件溫度值時，中控室溫度顯示正常，故可以排除自控段和儀表段線路故障。打開接線盒發(fā)現(xiàn)里邊接線柱松動，經(jīng)過處理重新接線后溫度顯示正常。

溫度檢測儀表常見故障是溫度值顯示不正常，時高時低不穩(wěn)定。故障原因有兩種(在自控段正常情況下)，工藝原因和儀表原因。先了解工藝操作條件是否發(fā)生改變而導(dǎo)致溫度顯示值不正常，在工藝正常和儀表不是新安裝的情況下可以排除因極性接反或補(bǔ)償導(dǎo)線不匹配等問題導(dǎo)致的儀表故障。

以上實(shí)例故障產(chǎn)生的原因是由于工藝不穩(wěn)，管線振動造成接線柱松動。通過以上總結(jié)出故障的產(chǎn)生為以下幾個原因：

① 接線盒問題，例如接線盒進(jìn)水或者潮濕，接線柱間松動或短路，端子被銹蝕等；

② 儀表本身的問題，例如用FLUKE744測量熱電阻的電阻值或者是熱電偶的毫伏值，表頭輸出來的信號不穩(wěn)定；

③ 熱電偶或者熱電阻保護(hù)套管有工藝介質(zhì)進(jìn)入或者絕緣陶瓷損壞；

④ 熱電偶的冷端溫度發(fā)生變化以及熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣性能下降，補(bǔ)償導(dǎo)線老化，熱電阻的傳輸線不夠良好，線電阻不平衡；

⑤ 工藝原因，比如工藝操作不平穩(wěn)，熱電偶、熱電阻被磨損等，保護(hù)管結(jié)垢或者有隔離物。

(2) 流量儀表故障實(shí)例及原因分析

智能流量計的標(biāo)定工作主要是由天然氣計量站來完成，現(xiàn)場出現(xiàn)故障機(jī)率相對較少，流量出現(xiàn)偏差，若不是自控和工藝上的原因，一般情況下是流量計內(nèi)部電子線路或者是表頭到中控室之間線路的問題。轉(zhuǎn)子流量計偶爾有轉(zhuǎn)子被卡的現(xiàn)象，不過處理起來比較簡單，把錐形孔管和轉(zhuǎn)子疏通即可。

南二干線清管收球后，發(fā)現(xiàn)天然氣計量偏小，儀表人員到現(xiàn)場對導(dǎo)壓管進(jìn)行吹掃后有雜質(zhì)排出，提出孔板發(fā)現(xiàn)孔板表面已被雜質(zhì)覆蓋，在對孔板進(jìn)行清理后觀察到入口邊緣已有磨損，更換孔板重新安裝后，流量顯示正常。

凈化廠中孔板流量計應(yīng)用較多，所以出現(xiàn)故障的機(jī)率也大，流量指示不正常，偏高或者偏低，造成輸差不在允許范圍之內(nèi)。故障的原因有很多，孔板流量計出現(xiàn)偏差的原因歸納為以下幾點(diǎn)：

① 現(xiàn)場取壓部分導(dǎo)壓管堵塞或者泄漏，取壓閥泄漏，造成差壓減小，影響計量；

② 三閥組問題，平衡閥內(nèi)漏或者沒有關(guān)緊，平衡閥內(nèi)漏則變送器的差壓信號會減小，使變送器輸出偏低。三閥組的檢查方法是將高低壓閥關(guān)死，如果平衡閥內(nèi)漏，則輸出會不停的緩慢下降，直至為零，否則，儀表輸出不變。

③ 二次儀表中的變送器的供電和輸出不正常，零點(diǎn)有漂移或者量程不合適，溫度示值不準(zhǔn)確。

④ 工藝影響因素，例如放空閥漏，天然氣管道堵塞或者局部出現(xiàn)渦流，氣量提產(chǎn)或降產(chǎn)后流量不在孔板測量范圍內(nèi)，天然氣對孔板入口邊緣的磨損等。

(3) 液位儀表故障實(shí)例及原因分析

中控室檢測到裝置區(qū)脫水塔低液位變送器信號持續(xù)緩慢下降然后緩慢上升，不能正常測量。中控室監(jiān)測到液位數(shù)值上下波動，現(xiàn)場儀表顯示也是上下波動，因此可以判斷自控段工作是正常的，問題應(yīng)該出現(xiàn)在儀表本身或者接線問題上。經(jīng)過對線路接線檢查和用HART手操器對現(xiàn)場儀表通訊，證明儀表本身和線路都沒有問題，通過與工藝相結(jié)合，得出原因是由于在生產(chǎn)中系統(tǒng)處于動態(tài)平衡狀態(tài)，雖然現(xiàn)場實(shí)際液位相對穩(wěn)定，但是實(shí)際情況是氣體中含有大量的霧狀氣泡，這些氣泡的存在對于浮筒液位計影響較小，但對于依靠液柱壓差來測量液位的差壓變送器則影響非常大，此低液位在正常情況下顯示 100%，氣相和液相全部充滿介質(zhì)，氣泡的存在使得導(dǎo)壓管和隔離罐內(nèi)的液柱高度和密度都發(fā)生變化，氣相和液相存在氣泡的數(shù)量不同使得氣相和液相的液柱密度隨時在變化，變送器就會隨著變化，最終導(dǎo)致忽高忽低，顯示值不穩(wěn)定。隨生產(chǎn)狀況改變，即氣泡逐漸減少，則儀表就會恢復(fù)到正常。

凈化廠測量單體設(shè)備液位應(yīng)用的是差壓式液位計和浮筒液位計，液位出現(xiàn)故障，過低或者過高將導(dǎo)致連鎖條件動作，影響到整套裝置正常運(yùn)行。這兩種液位計出現(xiàn)故障的現(xiàn)象表現(xiàn)為與現(xiàn)場的玻板液位計出現(xiàn)偏差。具體原因總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

① 導(dǎo)壓管堵塞或者泄露，隔離液有漏失；

② 現(xiàn)場接線有松動，對于差壓變送器，差壓變送器的修正值不合適，量程和取壓方式發(fā)生改變。對于浮筒液位計，浮筒液位計零位發(fā)生漂移或者量程不合適；

③ 對于差壓式液位計中三閥組中平衡閥內(nèi)漏，浮筒液位計由于介質(zhì)的原因被卡阻；

④ 現(xiàn)場的玻板液位計或磁浮子液位計取壓部分堵塞，磁浮子卡阻，浮球被損壞，連桿發(fā)生彎曲；

⑤ 工藝因素影響，例如工藝介質(zhì)密度的變化，溶液攔液，發(fā)泡等。

(4) 壓力儀表常見故障及原因分析

壓力儀表常見故障就是壓力指示不準(zhǔn)確，偏高、偏低或者不變化。在對其進(jìn)行分析判斷時，首先要了解被測量的工藝介質(zhì)是蒸汽、溶液還是氣體。其原因有可能是以下幾點(diǎn)：

① 壓力變送器取壓管路問題，例如氣體取壓管路有冷凝液，液體取壓管路中隔離液有漏失等；

② 現(xiàn)場接線有松動，壓力變送器的零點(diǎn)發(fā)生漂移或者量程不合適；

③ 現(xiàn)場的壓力表損壞，或者超過檢定周期；

④ 壓力變送器需重新校驗(yàn)；

⑤ 現(xiàn)場的工藝狀況發(fā)生改變。

2 整改思路及建議

2.1 思路總結(jié)

通過以上的原因分析，可以得出整個自控儀表回路故障分析主要是從自控線路、儀表本身、工藝條件、外部環(huán)境來考慮的。現(xiàn)將自控儀表回路故障分析思路總結(jié)如下：

(1) 首先通過 FLUKE744從端子排處確認(rèn)故障發(fā)生在自控段還是儀表段，然后在逐步排查找出故障發(fā)生的具體位置。

(2) 自控段故障分析思路：首先檢查盤間線正極是否接地，接線是否牢固以及有沒有短路，其次檢查卡件和對應(yīng)的通道有沒有激活，工作是否正常。

(3) 儀表段線路故障分析思路：線路發(fā)生故障首先通過短接法測試電纜的通斷情況，如果電纜不通則確定為電纜有斷點(diǎn)，用相同的方法逐段測試確定斷點(diǎn)的位置并進(jìn)行恢復(fù)，若電纜通斷正常則檢查接地情況，用萬用表測試正極電纜對地電阻，正常時應(yīng)該是無窮大，如果發(fā)現(xiàn)正極接地，可以通過調(diào)換正負(fù)極電纜來解決，如果有備用電纜最好更換一條電纜。

(4) 通過對現(xiàn)場儀表(溫度、流量、液位、壓力)故障原因分析，其解決思路如圖2、圖3、圖4、圖5所示。

圖2 溫度儀表故障排除思路

圖3 孔板流量計故障排除思路

圖4 壓力儀表故障排除思路

圖5 液位儀表故障排除思路

2.2 減少故障的建議

(1) 在檢修過程中對各類儀表的安裝要精心操作，防止對儀表的損壞，同時做好儀表的防水、防腐、防塵工作；工藝人員要平穩(wěn)操作設(shè)備。

(2) 加強(qiáng)日常維護(hù)力度，要經(jīng)常對現(xiàn)場儀表導(dǎo)壓管、隔離液、孔板進(jìn)行維護(hù)，及時更換老化的密封件和繞性管。經(jīng)常要對控制柜卡件進(jìn)行吹掃，損壞的風(fēng)扇要及時更換，做好防熱工作。

(3) 日常培訓(xùn)工作，加強(qiáng)對儀表員工工藝流程和儀表知識的培訓(xùn)，以及中控人員的培訓(xùn)工作。