石油化工企業自動化儀表控制技術與故障預防

王強(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

近年來社會各行業與石化產品之間的供求關系愈發密切，石油化工產品需求缺口大量產生的同時，對石化企業的高標準生產要求隨之放大，我國石油化工企業在此過程中實現了高速發展。作為石油化工行業自動化生產的基礎保障，儀表控制與故障預防是實現石油化工行業自動化生產的堅實基礎，有必要加強相關研究，以進一步促進石化產業高質量發展。

1 石油化工企業自動化儀表分類

在石油化工企業中，用于生產裝置的儀表種類呈多元化、綜合性以及智能化[1]。如，現場儀表主要是用以檢測壓力、溫度、物位、流量等各種工藝參數的檢測儀表；用以分析成分的氧含量分析儀表、硫含量分析儀表；用以檢測可燃氣體、氧含量、毒性的安全檢測儀表；用以實時監控的爐膛燃燒高溫監測探頭、閉路監視攝像頭等視頻監控儀表；用以控制工藝流程所必備的煙道擋板、切斷閥、快開風門、調節閥等執行儀表。按照功能和性質，可將自動化儀表劃分為五類。一是根據性質，可將自動化儀表劃分為電動、液動、氣動三種；二是根據結構，劃分為基地式儀表、單兀組合式儀表、綜合控制式儀表；三是根據安裝方式，劃分為現場型儀表、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中，自動化儀表的種類繁多，并充分反映出其應用的重要意義。

2 石油化工中自動化儀表控制技術

2.1 DCS自動化控制技術

該項技術屬于自動化控制系統中的常規自控技術，基于DCS系統以及相關技術，主要運用電動單元組合儀表燈，以動態控制生產過程，實現對石油化工生產的全過程管理和監督，批量控制石化產品，保障所采用的生產方法和措施具有安全性、穩定性、均衡性。從技術優勢角度上分析DCS自動化控制技術，可以發現其應用充分借助了大數據、網絡通訊技術、計算機自控及顯示技術等，不僅能夠深入挖掘并對數據進行處理，根據實際生產要求調節運行參數，且有效擴大了生產監督覆蓋面。DCS自動化控制技術不斷升級，現已具備高可靠性，依靠系統冗余容錯的配置，有效降低因惡劣環境導致的系統模塊損害事件發生概率，并做到及時便捷處理。

2.2 PID控制技術

運用PID控制技術，需要通過儀器測量石化生產動態。作為一種更先進且具備更高靈敏度的自動化控制技術，PID多項變量控制技術中的比例控制發揮主導作用，可以識別儀表與生產系統中存在的偏差并有效減少偏差，強化石油化工儀表模糊辨識能力。PID的控制作用與比例函數存在正相關關系，儀表設備將會隨著積分作用的引入，同步系統波動，使得石油化工儀表與相關管設備動態效應減緩，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。微分輸出通過減少波動、調節時間、超調抑制等方式，提高石油化工系統的穩定性。

2.3 人機界面技術

現階段，我國石油化工行業市場中，對石油化工產品需求量不斷增加，對石油化工企業的生產提出更高要求，對于石化成品以及半成品的分離，要求更為精確。新型分散控制系統日益成熟，人機界面技術與之共同發展，通過應用新型分散控制系統，可以充分滿足市場需求，實現了自動化控制儀表設備的良好人機互動形式，顯著提升自動化監控與控制儀表的靈活性，做到對儀表的遠程操控。正因如此，較之從前節約了大量人力資源。國內大型石油化工企業諸多系統內部的分站中，在數量上，有關人機界面服務項目不斷增加，對儀表系統的管理逐漸升級，更能突顯儀表的控制以及服務作用，石油化工企業的生產運營形成監督新格局。

3 石油化工企業自動化儀表常見故障判斷與維修

石油化工企業自動化儀表具有本身獨特的特點，具備可編程功能、記憶功能、數據處理功能等，設備精密度較高，一旦處于復雜的石化裝置生產環境中，易出現故障問題[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。結合實際，以某石油化工企業某煉油裝置全年儀表故障統計表為依據，總結易出現故障的儀表問題如下：

3.1 物位儀表

故障表現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等。發現故障的第一時間應運用工藝手段或借助第三方設備，確認實際物位參數，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設置，逐步開展故障點的排查工作，必要情況下，檢查物位儀表取壓部件內部導壓液封，判斷是否存在導壓油膜片破損泄漏等情況。

3.2 流量儀表

流量儀表故障占據現階段石油化工裝置生產過程中，儀表設備故障發生較高比例。故障發生時，首先確定是否為工藝操作波動或工藝配置因素。基于此，石化企業生產過程中，常見的流量儀表故障處理通常分為以下三種：一是流量指示值最小。檢測有無元件損壞、線路短路或斷路、調節閥及電磁閥、系統壓力低、調節器參數等；二是流量指示值最大。變送器調校原因可能性較小，通常為負壓室引壓系統堵或漏問題；三是流量波動大。如若流量參數不參與調節，此時可判斷為工藝原因，如若其參與調節，需要檢查帶隔離罐的參數、引壓管內部情況、調節器的PID參數、正負壓引壓管內液體高度等。以該裝置為例，污水(出裝置)流量儀表示值多次出現波動，故障原因為工藝管道內部存在氣液兩相流動情況，導致流量波動增大，可確認為工藝操作方面故障。在經過工藝調整處理后，流量儀表仍存在故障現象，則需要考慮是否存在內部故障。此時應按照檢修規范程序，進行拆檢或返廠維修。

3.3 壓力儀表

故障表現為出現異常波動情況。需要及時排查是否為引壓管連接問題，檢查內部有無連接件破損、堵塞等情況。常見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，但指示曲線無變化。需要檢查變送器引壓系統，是否存在根部閥、引壓管堵塞情況。一般情況下，變送器發生故障的可能性較小。因此應重點觀察引壓管內部是否存在異常介質或出現排污絲堵或排污閥泄漏情況。如爐膛負壓變送器發生過故障，通過檢查發現，因環境溫度變化，加熱爐根部閥出現冷凝積液，導致引壓管局部堵塞，引起示值波動。針對此壓力儀表故障，將引壓管根部短管改造成斜向上取壓，同時對根部閥采取保溫隔熱處理，以促進冷凝匯流，可有效排除故障。

3.4 溫度儀表

故障主要表現為溫度指示不正常，出現誤差、變化緩慢甚至不變化情況。針對此種情況，應了解工藝狀況，明確介質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題。排除這一原因后，需要考慮正常生產故障。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、熱電阻短路、溫度失靈、補償導線斷等原因，需要在掌握溫度所處位置與接線布局的基礎上，可以利用萬用表的電阻(毫伏)檔，分別在不同位置測量，得出幾組不同數據后，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、導線短路、熱電偶短路等，此時需要找準故障薄弱點，如接線口處、導線拐彎處等進行故障排查，如若發現現場溫度升高但總控指示無變化，即可證明在測量元件位置，出現沸點較低液體影響溫度非正常變化；三是溫度大幅波動或震蕩。此種多為工藝情況，應主要檢查參與調解的檢查調節系統以排除故障。

4 石油化工企業自動化儀表故障預防

4.1 規范日常生產細節

需要重視日常工作細節的管理，以減低各種事故的發生幾率。嚴格按照國家標準以及生產實際選擇合適的儀表型號以及可以提高生產效率的高性價比生產設備，通過日常檢查，及時淘汰或更新老舊設備[4]。建議設備儀表選擇同系列產品，并配備專業技術人員對自動化儀表設備進行科學管理，結合生產實際，從細節入手，優化監督檢查規章制度。為加強制度落實，可以與績效掛鉤。需要跟隨儀表發展，制定或調整安全應急預案，保證一旦自動化儀表發生故障，可有效降低人員傷亡以及經濟損失。

4.2 加強監督控制力度

實行自動化儀表故障分級管理方法，有序處理儀表故障。組建自動化儀表設備檢察小組，定期對自動化儀表進行檢測和維護，降低故障發生概率。管理人員需要詳細記錄歷次檢查和維護的各項數據，后期發生儀表故障時，可通過記錄查找故障發生原因，明確相關人員責任。客觀評估儀表安全性，準確分析儀表整體零部件。逐漸完善并形成健全的監管檢查與維護系統，最大程度降低自動化儀表故障率，使其始終處于正常運行狀態，保證石油化工企業生產工作不受影響。專業技術人員可以通過分析歷年自動化儀表檢測與維護的記錄數據，分析出儀表可能出現的故障，規劃維護檢測周期，制定策略有效預防。因此，需要對投產的儀表進行系統化的故障預防，做到及時更換超期服役的儀表，避免安全事故發生影響石化企業穩定生產運行，從根源處排除自動化儀表安全隱患。可以采用DCS系統輔助儀表管理，可對儀表使用壽命進行準確推算，建立更為科學的儀表管理制度。

4.3 加強人員專業素質

自動化儀表屬于精密的儀器設備，在其安裝、運營與維護管理的過程中，需要管理人員具備良好的專業知識以及責任意識，并具備豐富的經驗，由此才能勝任這一管理工作。相關工作正式開展前，可根據實際，針對性開展技術培訓，以思想教育與理論結合的方式，有效提高管理人員的素質與專業技術水平。石油化工企業可以安排人員定期參加教育培訓活動，內容需要包括自動化儀表故障檢測與維護方式、智能化、自動化發展前沿信息等。通過一系列激勵措施鼓勵人員繼續學習深造，還可以有效提高其綜合素質，提升思想意識，為自動化儀表的安全穩定運轉提供有力的技術支持。同時聘請高資質專家、學者開辦講座，分析自動化儀表故障典型案例并開展模擬實訓，提高人員個人能力。

5 結語

石油化工企業需要明確認識到自動化儀表對石化生產的重要性，順應科技發展趨勢，掌握自動化控制技術最新發展動態，適時引進先進自控技術，對現有技術進行升級優化。同時，對于儀表管理人員而言，還需要立足于儀表自動化發展形式，重視對自動化儀表的故障排除與設備維護工作與深入探索研究，有效提升個人綜合能力與素質，為石油化工企業的發展奠定堅實基礎。