儀表自控率低原因及提升措施

王毅 李江華(蘭州石化公司建設公司電儀安裝公司，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

近年來，逐漸形成企業精細化生產理念，部分石化企業采用DCS控制系統提高管理水平，其中儀表自控率是重要指標，大概98%自控回路是通過自動控制功能完成。然而，由于諸多因素影響，導致大量控制回路不能自動運行，對企業的發展產生嚴重影響，因此，如何提高儀表裝置的平穩率與自控率成為當下的研究課題。

1 儀表自控率低原因

1.1 分析自動控制回路的投控評估報告

控制儀表是現代化工企業生產過程中常見的設備儀器，它是由相對獨立的單元結構組成，各組成部分之間采用的是統一化標準的電信號或氣壓信號進行聯絡。根據化工生產的不同要求，可把單元以任意數量組成各種簡單的或復雜的控制系統，常用的有電動單元組合式和氣動單元組合式控制儀表。它可以將需要控制的被控變量的測量值與原有設定值進行比較，根據對比結果分析其存在的函數關系，再利用控制閥或其它設備進行生產過程控制。

在實際情況中，部分企業的儀表自控率始終處于較低水平，限制了儀表控制系統的功能，增加了工作人員的勞動強度，以及增加了人工操作失誤的風險，由于裝置的參數產生變化，因此，影響了企業的產品質量與效率。從儀表角度分析，主要有以下因素：閥門定位器的穩定性和精度較差，調節閥開度偏大或偏小，閥門的控制效果較差，閥自身的運行條件無法滿足閥前后差壓等。從工藝角度分析，主要有以下因素：儀表裝置經常超負荷或低負荷運行，具有較大的負荷偏差，PID的參數不符合規范，控制回路之間相互干擾，組分變化與設計偏差較大，工藝裝置經常出現變化波動等[1]。

1.2 分析實際投用情況

目前，由于技術等多方面條件限制，大多數企業化工裝置儀表自控率較低，操作人員自身水平不足，無法發揮其自動化控制的優勢，增加了操作失誤的風險，而裝置各參數的波動也影響了產品質量和效益。根據對中石化部分企業儀表控制管理情況進行調研分析，以及對行業內管理人員的咨詢請教，得出企業儀表自控率的安全標準應該在95%左右，但實際工作中各企業化工裝置儀表的實際自控率一般不會超過90%。

從裝置的使用情況分析，影響儀表自控率的原因主要有以下幾點：第一，控制方案不符合實際需求，無法明顯體現出控制效果，例如閃蒸塔液位沒有控制回路，不能進行自動控制，需要手動操作；第二，儀表時常出現失誤，減壓塔C004液位控制，波動變化較大，以及常壓爐氧表時常失靈，需要攻關，而瓦斯進料壓力控制閥需要換閥；第三，儀表調節閥的穩定性較差，其中出現調節閥內漏超標的情況。由于長期磨損，導致熱電運行部9臺調節閥的泄露量較大，部分焦化裝置使用年限較長，定位器的精準度逐漸降低，影響了設備的穩定性與靈活性。定位器的遲緩影響了自動投用；第四，不管控制閥門的調節開度大于80%，還是小于10%，控制閥門的選型不符合實際需求，設備設計參數與實際運行的需要具有一定差異性，通過調查分析，3#催化裂化裝置有9臺調節閥，而2#常減壓裝置有28臺調節閥，運行開度不符合實際需求，需要進行改進；第五，PID參數在部分調節回路中設計不合理，由于參數設計難度較大，在自動控制時波動范圍較大，難以控制波動情況，因此，工作人員經常采用手動方式，降低了自控率。當連續重整裝置時，其中預加氫加熱爐溫度TIC10201的參數設定不合理，對擾動的抵抗能力較差，無法使溫度達到設定的數值，長期以往就會出現較大的偏差；第六，控制回路之間經常會出現互相干擾的現象，例如渣油加氫裝置、2#常減壓裝置、蠟油加氫裝置，需要采用手動控制，確保下游裝置的穩定性；第七，由于工藝原因，部分較為復雜的回路或滯后回路，偶爾會出現全關的情況，工作人員通常選擇手動控制，減少對風險的擔憂；第八，通過檢查結果發現，部分工作人員無法掌握工藝需求，對儀表設備缺乏主動權，存在管理方面的問題，長期以來，缺乏提高自控率的方法，習慣于使用手動操作，企業缺乏有效的管理模式與流程，在職能管理與監督上明顯體現出不足之處。

2 儀表自控率低的提升措施

某石化企業擁有苯乙烯裝置、聯合裝置、MTBE裝置三大主要裝置，其中共有儀表控制回路296個，而企業的自控投用率只有62.46%，物耗與產能等指標較高，根據調查分析，主要因素是系統與人為因素，對尚未投用的儀表采取有效措施，使儀表的自控率達到了84%，極大程度提高了產能，降低了物耗與能耗的需求，以下列舉出提高儀表自動率的有效措施。

2.1 建立完善的自控率監控系統與攻關團隊

企業需要建立自控率監控系統，實時查詢各個設備的自控率變化，對工作人員起到監督的作用，科學合理的完成自控率系統指標，為工作人員提供自控率考核的基礎。同時，企業需要建立專門的攻關團隊，專門負責提高儀表的自控率，其中人員組成包括生產管理人員、機動儀表管理人員、運行部工藝技術人員、電儀維護人員等，對各個設備進行控制分析，并且采取有效地解決措施，定期調查已經投用的自動控制回路，以及效果較差的回路，優化攻關團隊的自動化控制，完善實施方案，從而實現提升自控率的目標[2]。

2.2 選擇合理的控制閥門

由于儀表受工藝因素生產條件的影響，偏離了原本的設計指標，因此，工作人員需要選擇適合的控制閥門，不管控制閥門的調節開度大于80%，還是小于10%，都要重新核算控制回路投自動的調節閥，及時進行更新或改造，同時，改造2#常減壓裝置28調節閥，確保裝置的靈活性與可靠性。

2.3 解決影響儀表裝置平穩的因素

工作人員需要解決影響回路自控的因素，優化儀表設備改造計劃，提高儀表設備的安全性與可靠性，使其達到“靈、準、穩”三個要素，例如，工作人員需要及時更換9臺調節閥，提高儀表調節閥控制效果的穩定性，確保熱電運行部減少設備的磨損泄露量。同時，工作人員需要及時更新定位器精度較低和使用年限較久的5臺調節閥。分析影響儀表設備的因素，研究人員共同攻關，優化控制方案，提高控制回路的自動化控制，及時更新渣油加氫裝置和2#常減壓裝置。

2.4 深入研究DCS系統的功能

研究人員需要研發DCS系統的功能，通過更多的輔助措施，提高生產過程中的自動化控制，從而提高儀表的自控率。DCS系統可以優化裝置參數，提高裝置的穩定性。同時，具有高效的PID評估性能，可以快速完成PID參數優化工作，以及PID回路性能的批量評估工作，降低了維護工作量。若是在20萬噸/年聚丙烯裝置，以及260噸/年柴油加氫裝置中使用PID性能評估，將會提高兩套裝置的自控率[3]。

此外，實現DCS自控率的自動統計，也能提高儀表自控率。控制儀表最初的統計是由人工進行來統計，這樣的統計方式需要大量的人力資源，為企業現代化發展帶來極大不便，并且容易造成自控率數據的不準確。所以，利用現有DCS的內部功能，實現DCS自控率的自動統計，能夠有效解決這一問題。通過與廠家工程師的對接，實現了DCS自動統計投用自控回路的個數統計，對因為裝置停用、備用設備等原因沒有投用的回路進行自動化管理，不將其計入回路總數中，并自動計算出實時的儀表自控率。通過DCS畫面鏈接到流程圖畫面，工作人員能夠實時看到自控率的變化，并通過對相關數據變化情況的分析，判斷儀器使用情況，提高生產質量。

2.5 強化回路控制

在進行儀表自控率提升措施研討過程中，部分儀表自控效率低下的原因，就是控制回路正常工作需要全開或者全關，而這種工藝需要操作人員進行人工作業，過分依賴于操作人員的反應能力及技術技巧。若由于工作人員的疏忽，造成某個儀器的開關狀態錯誤，則有可能造成生產事故。所以，管理人員需要與技術人員進行充分交流，適當調整設定值，保證參數在自控狀態下不會頻繁開關，確保穩定運行的情況下將這部分控制回路投用自控。另外，通過調整控制參數優化控制性能，也可以提高儀器自控效率。有些控制回路在裝置運行期間，由于參數設置不當容易產生波動較大情況，若沒有相關維護工作的及時，將會影響儀器自控效果。在進行回路自控時，應控制閥位變化幅度，降低閥位變化造成設備波動或聯鎖停機的可能性，增加輸出限幅控制，保證調節閥開度變化程度。

2.6 優化檢測單元

檢測單元是控制系統的源頭，其主要功能是將被控參數進行實時檢測并且變送，之后與設定的數值對比，在控制器里輸入產生的偏差，進行運算處理，一旦收集的數據錯誤，將會導致被控參數失去控制，運算過程與運算結果錯誤，容易出現事故。另外，由于檢測單元與控制的對象具有重大的聯系，受多種因素影響，其中包括溫度、振動、電磁等外界環境影響，以及氣化、結晶、組分變化、液化等工藝環境影響，因此，需要從溫度檢測儀表、壓力檢測儀表、液位檢測儀表、流量檢測儀表四大因素分析。

首先，溫度檢測元件存在介質中，對于熱電阻可以采用三線制，而對于熱電偶可以采用冷端補償，從而消除環境因素的影響。由于溫度檢測儀的裝置過于簡單，因此，只需要合理安裝位置即可，嚴格規范施工流程，確保控制系統的穩定性。在工藝方面，還需要防止溫度套管上結晶，影響溫度檢測儀表的靈敏度和導熱性；其次，通常在傳感元件與被測介質之間，設計取壓閥門和導壓引線，為外界提供了干擾通道，因此，需要采用保溫和伴熱措施，避免介質氣化，對壓力檢測儀表產生影響。在工藝方面，還需要避免介質之間互相沖突，使介質密度與設計規格保持一致，并且需要防止結晶，確保壓力檢測儀表的穩定性；再次，工作人員需要加強對液位計的維護工作，根據季節的變化，及時調整填充隔離液儀表的周期。選擇抗干擾能力較強的儀表，清除外界對液位檢測儀表的干擾。在工藝方面，按照設計參數進行差壓式和應力式的調校；最后，工作人員需要確保工況參數恒定，根據溫度、介質密度、壓力等運行條件，進行相應的計算與加工。同時，確保正、負壓引線具有相同的介質密度。還需要及時與工藝進行溝通，確保運行條件與設置保持一致，若是出現偏差，則進行調整[4]。

3 結語

綜上所述，企業需要詳細分析與攻關儀表自控率較低的原因，提高儀表自控率，解決裝置的生產波動變化，使儀表裝置達到“穩、優、長、滿”四點要素。同時，防止出現人工操作失誤的現象，降低安全事故發生的概率，優化裝置的生產經營，促進企業的長遠發展。