石油化工儀表設(shè)備維護方法研究

顧 潤

（山東濟煉石化工程有限公司，山東濟南 250000）

石油化工儀表設(shè)備主要是用于檢測、測量、分析以及觀察石油化工物質(zhì)的成分和物性參數(shù)，是石油化工企業(yè)自動化生產(chǎn)過程中的核心設(shè)備，由于儀表設(shè)備對于石油化工自動化生產(chǎn)具有重要作用，且在實際應(yīng)用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)故障，不僅會影響石油化工自動化生產(chǎn)進程，還會降低生產(chǎn)質(zhì)量，所以必須要對儀表設(shè)備進行有效的維護管理。石油化工儀表設(shè)備維護主要包括儀表設(shè)備調(diào)試、操作系統(tǒng)更新和升級、故障檢測、故障維修以及老舊硬件更換等，通過一系列操作、設(shè)置以及調(diào)試等維護活動，使儀表設(shè)備完好率達到97.5%，而儀表核心部位完好率達到99.5%，才能保證儀表設(shè)備能夠正常運行，滿足石油化工自動化生產(chǎn)要求。隨著石油化工行業(yè)的快速發(fā)展，儀表設(shè)備維護逐漸受到行業(yè)重視，在儀表設(shè)備維護管理方面制定了規(guī)范的維護制度，組建專業(yè)團隊專門負責(zé)儀表設(shè)備維護，并且也采取了一些維護方法，為石油化工生產(chǎn)能夠提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。但是傳統(tǒng)方法在實際應(yīng)用時，維護成本較高，提高了石油化工企業(yè)生產(chǎn)成本，降低了企業(yè)經(jīng)濟效益，傳統(tǒng)方法已經(jīng)無法滿足石油化工儀表設(shè)備維護需求。目前石油化工市場競爭日益激烈，生產(chǎn)成本增加，石油能源價格波動較大，儀表設(shè)備維護成本控制已經(jīng)成為石油化工企業(yè)必須面對的難題，為此提出石油化工儀表設(shè)備維護方法研究，試圖設(shè)計一個低成本的儀表設(shè)備維護方法，對石油化工儀表設(shè)備維護具有重要參考價值。

1 石油化工儀表設(shè)備維護方法設(shè)計

此次應(yīng)用無線傳感技術(shù)以及目標(biāo)函數(shù)理論，設(shè)計了一套完整的石油化工儀表設(shè)備維護方法，該方法首先利用無線傳感器采集到石油化工儀表設(shè)備運行參數(shù)，然后對數(shù)據(jù)進行處理，最后將處理后的數(shù)據(jù)帶入到目標(biāo)函數(shù)中，計算分析出石油化工儀表設(shè)備需要執(zhí)行的維護工作。

1.1 石油化工儀表設(shè)備運行數(shù)據(jù)采集

對石油化工儀表設(shè)備各種運行參數(shù)采集是設(shè)備維護的基礎(chǔ)工作，采集的目的是為了判斷儀表設(shè)備是否處于正常運行狀態(tài)，此次利用無線傳感技術(shù)對儀表設(shè)備運行參數(shù)采集。在儀表設(shè)備一側(cè)安置一個無線傳感器，運用無線傳感技術(shù)為每個儀表設(shè)備設(shè)計一個條形碼標(biāo)簽，該標(biāo)簽相當(dāng)于石油化工儀表設(shè)備的“身份證”，每個身份標(biāo)簽都只標(biāo)識唯一一臺石油化工儀表設(shè)備。當(dāng)儀表設(shè)備處于運行狀態(tài)時，一旦有石油化工物質(zhì)觸碰到儀表設(shè)備，無線傳感器都會自動掃取儀表設(shè)備上的條形碼標(biāo)簽，其過程如下：

（1）條形碼標(biāo)簽信息初始化：處于待運行的石油化工儀表設(shè)備從上線單元開始進入運行狀態(tài)，無線傳感技術(shù)將石油化工儀表設(shè)備的相關(guān)信息編輯成條形碼標(biāo)簽，并且有標(biāo)識碼唯一標(biāo)識一臺待運行狀態(tài)的石油化工儀表設(shè)備，開始記錄整個石油化工儀表設(shè)備的運行信息。

（2）條形碼標(biāo)簽信息采集：石油化工儀表設(shè)備帶著電子標(biāo)簽經(jīng)過各個運行單元，當(dāng)?shù)竭_某個運行單元時，運行單元的工位控制器發(fā)出無線信號，該運行單元的工位及石油化工儀表設(shè)備組件參數(shù)將被寫入該標(biāo)簽中，完成無線信號采集功能。

（3）條形碼標(biāo)簽信息讀取：石油化工儀表設(shè)備運行信息的交互集成包括寫入和讀出，石油化工儀表設(shè)備每個運行單元完成時，需要對設(shè)備運行信息進行識別，并且以可視化的方式標(biāo)識在工控機上。

（4）條形碼標(biāo)簽信息清除：當(dāng)石油化工儀表設(shè)備完成一個測量工作任務(wù)時，需要對該條形碼標(biāo)簽進行及時清除。該條形碼標(biāo)簽不是一次性標(biāo)簽，是可以無線循環(huán)使用的，但當(dāng)再次使用時，需要根據(jù)石油化工儀表設(shè)備狀態(tài)進行更改，保證對石油化工儀表設(shè)備運行數(shù)據(jù)采集的精度。

利用射頻信號、無線通信等技術(shù)手段讀取到儀表設(shè)備運行數(shù)據(jù)，快速地對儀表設(shè)備進行狀態(tài)追蹤和數(shù)據(jù)采集，主要采集的數(shù)據(jù)分為兩種。

①儀表基本信息，包括設(shè)備名稱、編號、品牌、開機時間、當(dāng)前時間、備用工件、儀表測量次數(shù)等；

②運行數(shù)據(jù)包括設(shè)備運行溫度、濕度、電壓、振幅、電流、負載、最大功率等。采集的信息都與石油化工儀表設(shè)備的一一對應(yīng)，當(dāng)一個石油化工儀表設(shè)備完成一個運行周期后，各標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息也將被釋放，傳感器將會進入到下一步信息的讀取工作，整個過程可實現(xiàn)無人化管理、自動化采集。將收集到的傳感信號轉(zhuǎn)化為計算機或者可視化設(shè)備可以識別的數(shù)據(jù)。由于無線傳感器采集到的數(shù)據(jù)是用16位的二進制數(shù)據(jù)表示的，但是在網(wǎng)絡(luò)傳輸通道中數(shù)據(jù)是以比特流形式傳輸?shù)模孕枰獙?shù)據(jù)按照每6位為一個數(shù)據(jù)進行處理，使采集到的數(shù)據(jù)能夠有效傳輸。在數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后將其儲存到數(shù)據(jù)庫中，為儀表設(shè)備故障診斷提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1.2 實現(xiàn)石油化工儀表設(shè)備維護

石油化工儀表設(shè)備維護過程中會涉及三種維護方法，其中包括預(yù)防維護、最小護理以及置換維護。其中預(yù)防維護是根據(jù)設(shè)備的可靠度對設(shè)備各個部件實施預(yù)防性維護工作；最小護理是當(dāng)石油化工儀表設(shè)備發(fā)生失效時進行的恢復(fù)性維護工作；置換維護則是石油化工儀表設(shè)備出現(xiàn)較大的故障時對部分零部件進行更換維護。石油化工儀表設(shè)備維護工作的主要目的是提高設(shè)備的使用壽命，因此采集完儀表設(shè)備運行參數(shù)后，需要建立一個目標(biāo)函數(shù)，通過該目標(biāo)函數(shù)對以上三種設(shè)備維護方式做出合理選擇與時間安排。

首先將設(shè)備運行數(shù)據(jù)帶入到目標(biāo)函數(shù)中，利用函數(shù)對石油化工儀表設(shè)備進行自動化維護。此次建立的數(shù)學(xué)模型以維護成本率最低為目標(biāo)，對設(shè)備維護中所涉及的相關(guān)變量進行不斷優(yōu)化，其中包括儀表設(shè)備的可靠度和失效率，可靠度是指在規(guī)定時間和條件下儀表設(shè)備正常運行的概率，失效率是指在規(guī)定時間和條件下儀表設(shè)備非正常運行的概率，假設(shè)儀表在整個壽命周期內(nèi)維護周期數(shù)為S，每個維護周期的間隔時間為h，設(shè)定一個儀表設(shè)備可靠度閾值α，當(dāng)儀表設(shè)備可靠度超過事先設(shè)置的可靠度閾值α?xí)r，則說明需要立即對儀表設(shè)備進行預(yù)防維護。在第S次達到可靠度閾值K時，說明此時儀表設(shè)備出現(xiàn)了故障，應(yīng)對儀表設(shè)備進行停機維修。如果石油化工儀表設(shè)備在維護周期內(nèi)出現(xiàn)了失效現(xiàn)象，則對儀表設(shè)備采取最小護理維護方式，恢復(fù)儀表設(shè)備對石油化工物質(zhì)的正常測量功能，在保證儀表設(shè)備可靠度的條件下最小化設(shè)備壽命周期內(nèi)的維護成本率，建立的目標(biāo)函數(shù)如下所示：

式（1）中，a為石油化工儀表設(shè)備失效率遞增因子；q為石油化工儀表設(shè)備在維護周期內(nèi)的失效率；b為石油化工儀表設(shè)備在第一個維護周期內(nèi)的最小維護成本；w為石油化工儀表設(shè)備核心部位維護成本；a為石油化工儀表設(shè)備停機維護成本。利用以上公式對采集到的儀表設(shè)備運行參數(shù)進行分析和計算，該目標(biāo)函數(shù)可以自動對儀表設(shè)備進行維護，根據(jù)設(shè)備運行參數(shù)判斷石油化工儀表設(shè)備需要執(zhí)行的維護措施，降低了人工成本，這樣既保證了儀表設(shè)備維護質(zhì)量，也降低了儀表設(shè)備維護成本，實現(xiàn)了石油化工儀表設(shè)備維護方法研究。

2 實驗

2.1 實驗設(shè)計

實驗選取10個石油化工儀表設(shè)備作為研究對象，為了保證實驗結(jié)果的有效性，選取的儀表設(shè)備信號不同、新舊程度不同。實驗過程中應(yīng)用到的算法和函數(shù)都通過軟件IUBD實現(xiàn)，并且所有的數(shù)據(jù)和結(jié)果都托管在YFDV軟件上，網(wǎng)址為https：//sdfhasg.com/Ldsfjargz/PHGD-Hdhfa-asfh。利用此次設(shè)計方法與傳統(tǒng)方法對10個石油化工儀表設(shè)備進行維護，維護時間為24h，每4h記錄一下儀表運行狀態(tài)，利用仿真軟件模擬出10個不同種類的故障，對比兩種方法的維護成本。

2.2 實驗結(jié)果

將此次設(shè)計的方法用方法1表示，將傳統(tǒng)方法用方法2表示，實驗結(jié)果如表1所示。

表1 兩種方法維護成本（元）

從表1可以看出，此次設(shè)計方法可以與傳統(tǒng)方法具有相同的維護質(zhì)量，能夠保證石油化工儀表設(shè)備正常運行，但是維護成本比傳統(tǒng)方法低很多，實驗證明此次設(shè)計的方法對石油化工儀表設(shè)備穩(wěn)定運行具有重要意義。

3 結(jié)束語

此次借鑒了相關(guān)文獻資料，對石油化工儀表設(shè)備維護方法進行了研究，在保證維護質(zhì)量的前提下，有效降低了儀表設(shè)備維護管理成本，提高了石油化工生產(chǎn)經(jīng)濟效率，同時也提高了石油化工儀表設(shè)備維護管理自動化、專業(yè)化、科學(xué)化水平，為石油化工儀表設(shè)備維護提供了重要理論依據(jù)，促進了石油化工企業(yè)生存和發(fā)展。雖然此次研究取得了一定的成果，但是提出的方法可能還存在一些不足之處，還需要在實際應(yīng)用中對其進行不斷優(yōu)化和完善，并且今后還會在該方面進行深入研究，促進儀表設(shè)備維護方法在石油化工行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展。