【摘要】石化生產(chǎn)中，常規儀表主要分為四大類(lèi)，即流量檢測儀表、物位檢測儀表、溫度檢測儀表及壓力檢測儀表，日常維護中，需要工作人員掌握這些儀表的工作原理、構造、性能指標等，同時(shí)，還要注重控制系統各個(gè)環(huán)節的特點(diǎn)、銜接及易發(fā)故障節點(diǎn)等，并熟悉相應的工藝流程及介質(zhì)。本文從一、石油化工行業(yè)檢測執行儀表概述，重點(diǎn)的講述了自動(dòng)化儀表故障分析思路及常規處理措施和方法。
【關(guān)鍵詞】石油化工 自動(dòng)化 儀表故障 分析處理
前言
在石油化工行業(yè)中，常規自動(dòng)化儀表主要包括溫度檢測儀表、流量檢測儀表、壓力檢測儀表、物位檢測儀表等。工作人員在對這些儀表進(jìn)行日常維護時(shí)，必須掌握好儀表的內部構造、工作原理、工作指標和性能等事項，與此同時(shí)要加強控制儀表中易發(fā)生故障的節點(diǎn)。由于工藝因素和儀表因素均可能是引起自動(dòng)化儀表故障的因素，所以工作人員要熟悉儀表的工藝流程，及時(shí)、準確判斷儀表故障出現的根源，在最為有效地時(shí)間內處理故障，確保正常生產(chǎn)，減少故障對生產(chǎn)造成的影響。
一、石油化工行業(yè)自動(dòng)化工業(yè)儀表的特點(diǎn)
石油化工行業(yè)自動(dòng)化控制儀表主要特點(diǎn)是采用先進(jìn)的微電腦芯片及技術(shù)減小了體積，并提高了可靠性及抗干擾性能。概括起來(lái)主要包括以下幾點(diǎn)：
1.自動(dòng)化工藝儀表的可編程功能
在控制電路的過(guò)程中，硬件軟化可以通過(guò)一些接口芯片來(lái)進(jìn)行一個(gè)比較復雜的功能控制，它的軟件編程就是以?xún)Υ婵刂瞥绦虼嫱５捻樞蚩刂?。如果在這個(gè)過(guò)程中用硬件代替，則需要一個(gè)完備的定時(shí)和控制電路。所以，總的來(lái)說(shuō)，如果可以利用軟件置入儀器儀表來(lái)代替常規的邏輯電路，則可以極大地簡(jiǎn)化了硬件的結構。
2.自動(dòng)化工業(yè)儀表的記憶功能
往常，儀表采用的形式一般都是時(shí)序電路和組合邏輯電路，它們只可以在一定的時(shí)刻里記憶一些簡(jiǎn)單的狀態(tài)，但是當下一狀態(tài)到來(lái)之后，前面記憶到的狀態(tài)就完全消失掉了。但自從把微機引入到儀表的應用之后，它的隨機存儲器本來(lái)就可以記憶前一狀態(tài)中的信息，所以只要一充上電，這些記憶便可以一直被保護存下來(lái)，同時(shí)還可以記憶其它狀態(tài)的信息，再進(jìn)行信息的重現和處理。
3.自動(dòng)化工業(yè)儀表的計算功能
由于微型計算機是自動(dòng)配置在自動(dòng)化儀表中的，因此可以實(shí)現高精度的多種復雜計算。在自動(dòng)化儀表的計算中，我們還可以進(jìn)行確定極大和極小、被測量的給定先檢測和乘除一個(gè)常數等各方面的比較和運算。
4.自動(dòng)化工業(yè)儀表的數據處理功能
在測量中，我們往往會(huì )遇到很多問(wèn)題，例如自檢自校、線(xiàn)性化處理、抗干擾和測量值和工程值的轉換等等。但是因為有了微處理器和軟件，我們都可以很方便地用軟件來(lái)處理這些問(wèn)題。第一，可以極大地減輕軟件的負擔，第二，豐富了處理功能。除此之外，自動(dòng)化儀表在檢索和優(yōu)化等方面也是存在極大的功能的。
二、石油化工行業(yè)檢測執行儀表概述
1.溫度儀表
石油化工企業(yè)的管道內介質(zhì)溫度和現場(chǎng)生產(chǎn)設備溫度均應在溫度監控的狀態(tài)下進(jìn)行安全生產(chǎn)，一般溫度控制的范圍為-200℃～1800℃，大部分溫度測量均采取接觸式測量方式。在現場(chǎng)溫度儀表中，常規使用的品種包括熱電阻、順貴金屬溫度計、熱電偶等。其中，熱電偶信號和熱電阻往往可以直接與DCS或溫度采集儀器相接入，在現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)日益成熟的情況下，一體化溫度變動(dòng)器的應用具有較大的發(fā)展空間。
2.壓力儀表
在石油化工生產(chǎn)中，壓力控制與安全生產(chǎn)的聯(lián)系十分緊密，所以壓力控制一直被企業(yè)視為生產(chǎn)管理的重中之重。壓力儀表在生產(chǎn)中可控制的壓力范圍為300MPa左右，對于變動(dòng)器、壓力傳感器、特種壓力儀表等設備，可以根據生產(chǎn)需要運用多種工作原理，如脈動(dòng)介質(zhì)、粉狀、高溫介質(zhì)、粘稠狀、易結晶介質(zhì)等壓力測量等，能夠確保較高的測量精確度，現階段，石油化工生產(chǎn)主要使用的壓力儀表包括彈性式、液柱式、活塞式三種類(lèi)型。
3.物位儀表
通常情況下，石油化工生產(chǎn)采用液位測量的方式，以提高測量的精確度，準確了解被浮力式儀表。物位儀表根據壓力和壓差的不同，其測量放肆也有所不同，主要包括靜電式、雷達式、直讀式、電容式、點(diǎn)接觸式、浮力式、雷達式、輻射式、超聲波式、重錘式、激光式、矩陣渦流式、磁致伸縮式等。在這些測量方式，具備較高測量精確度的方式為磁致伸縮式、雷達式和矩陣渦流式，并且已經(jīng)在石油化工生產(chǎn)中得到了良好應用。
4.流量?jì)x表
流量參數與溫度、液位、壓力參數共同構成了石油化工行業(yè)生產(chǎn)的重要信息數據基礎，所以同樣也必須確保流量參數測量的精確度。在流量考核中要遵循優(yōu)化和穩定的原則，確保流量?jì)x表能夠準確獲取單位時(shí)間內物體有效截面的流體體積、溫度和壓力補償數值，為正常生產(chǎn)提供可靠數據。
三、石油化工行業(yè)自動(dòng)化工業(yè)儀表的控制技術(shù)
1.常規控制
其實(shí)，石化工業(yè)自動(dòng)化的順序控制、批量控制和連續控制等這些基本控制策略是依然不變的，這些我們都可以從電動(dòng)單元組合儀表、氣動(dòng)單元組合儀表、常規DCS和新一代DCS的變化中觀(guān)察出來(lái)。這些控制主要包括很多方面的內容，例如比率調節、均有調節、前饋調節、自動(dòng)選擇調節、分成調節、串級調節、單回路控制、連續控制、分成調節、非線(xiàn)性調節和自動(dòng)選擇調節等。但是，PID調節依然是最基礎的。具體來(lái)說(shuō)，就是控制算法和功能塊基本沒(méi)有什么變化，而組態(tài)能力和控制方案的變化則是最大的。
2.先進(jìn)控制和優(yōu)化
在現代化的控制論推動(dòng)之下，各種各樣的智能化算法呈多樣化。其實(shí)除了只能PID控制器之外的其他多變量控制都已經(jīng)在石化行業(yè)和煉油行業(yè)實(shí)現了生產(chǎn)實(shí)踐階段的運用。雖然它的基礎是DCS，但是它既可以是一個(gè)軟件包，也是一個(gè)獨立的個(gè)體。多變量動(dòng)態(tài)過(guò)程軟測量技術(shù)和模型辨識技術(shù)都是和它有著(zhù)極大的聯(lián)系的，多數都是采用PID串級控制和測控相結合的方式。單一油源在煉油廠(chǎng)中的成功率最高，尤其是在卡邊控制上，它的平穩操作基礎的增效效果是最明顯的。
3.人機界面
目前，石化企業(yè)的形勢已經(jīng)不再是一對一的裝置和控制室，二是發(fā)展到多個(gè)裝置對應一個(gè)控制室的形式，并且他們的最終表現是以L(fǎng)CD和CRT顯示屏為主的，偶爾輔以一些顯示儀表和指示燈。鼠標和鍵盤(pán)操作為主，觸摸屏和少數旋鈕與按鈕則是輔助工具。工業(yè)電視的攝像頭畫(huà)面也實(shí)現了以DCS代替專(zhuān)用屏的目標。
在DCS的組態(tài)過(guò)程中，人機界面的操作策略是和控制策略緊緊相伴的。在工位號操作的過(guò)程中，細目畫(huà)面、趨勢畫(huà)面和分組畫(huà)面等這類(lèi)典型的“儀表棒圖”都是可以相伴的，可以快速實(shí)現“組態(tài)”。但是模擬圖的制作則需要比較謹慎，需要我們按照工藝要求來(lái)實(shí)現，這些都是關(guān)系到報警、優(yōu)化操作、事故判斷和信息處理能力等人機界面是否能夠取得友好相處的問(wèn)題。一方面，我們需要提高DCS和HMI等軟件產(chǎn)品的性能，另一方面，我們除了需要控制方案等指標的實(shí)現之外，還需要注意控制在系統集成過(guò)程中的硬指標的實(shí)現，在人機界面這些軟指標方面也需要盡到百分之一的努力，更加需要工作人員樹(shù)立無(wú)私的服務(wù)思想，和工藝操作人員之間進(jìn)行密切的配合，從而在工藝裝置中實(shí)現最完美的操作。
4.安全儀表系統
石化裝置的安全性要求如今越來(lái)越備受各方面的關(guān)注，主要都是由于連續化和大型化以及工藝過(guò)程中易燃易爆等原因引起的。以往的單純又DCS設備來(lái)實(shí)現安全連鎖保護的方法如今已經(jīng)不能再滿(mǎn)足企業(yè)的需求，所以緊急停車(chē)系統的加入顯得尤其重要。自動(dòng)化儀表基于IEC61508和IEC6151的安全儀表系統（SIS），正極大地滿(mǎn)足了企業(yè)的安全需求。
四、自動(dòng)化儀表故障分析思路及常規處理
石化生產(chǎn)中，常規儀表主要分為四大類(lèi)，即流量檢測儀表、物位檢測儀表、溫度檢測儀表及壓力檢測儀表，日常維護中，需要工作人員掌握這些儀表的工作原理、構造、性能指標等，同時(shí)，還要注重控制系統各個(gè)環(huán)節的特點(diǎn)、銜接及易發(fā)故障節點(diǎn)等，并熟悉相應的工藝流程及介質(zhì)。因為，通常儀表的異?，F象，可能是由工藝因素、儀表因素或者二者共同引起的。當故障發(fā)生時(shí)，儀表維護人員需要與工藝人員確認后及時(shí)判斷故障發(fā)生的根源，以在最短的時(shí)間內排出故障，保證生產(chǎn)安全平穩。
1.流量檢查儀表故障分析及處理
流量指示經(jīng)常會(huì )不正常，比如指示偏高、偏低等。
（1）流量控制儀表系統指示到最小時(shí)，首先檢查現場(chǎng)檢測儀表指示也最小，則檢查調節閥開(kāi)度，若調節閥開(kāi)度為零，則常為調節閥到調節器之間故障。當現場(chǎng)檢測儀表指示最小，調節閥開(kāi)度正常，故障原因很可能是系統壓力不夠、系統管路堵塞、泵不上量、介質(zhì)結晶、操作不當等原因造成。若是儀表方面的故障，原因有：孔板差壓流量計可能是正壓引壓導管堵；差壓變送器正壓室漏；機械式流量計時(shí)齒輪卡死或過(guò)濾網(wǎng)堵等。
（2）流量控制儀表系統指示值達到最大時(shí)，則檢測儀表也常常會(huì )指示最大。此時(shí)可手動(dòng)遙控調節閥開(kāi)大或關(guān)小，如果流量能降下來(lái)則一般為工藝操作原因造成。若流量值降不下來(lái)，則是儀表系統的原因造成，檢查流量控制儀表系統的閥門(mén)是否動(dòng)作；檢查儀表測量引壓系統是否正常；檢查儀表信號傳送系統是否正常。
（3）流量控制儀表系統指示值波動(dòng)較頻繁，可將控制改到手動(dòng)，如果波動(dòng)減小，則是儀表方面的原因或是儀表控制參數PID不合適，如果波動(dòng)仍頻繁，則是工藝操作方便原因造成。
在此我以電動(dòng)差壓變送器為例（ROSEMOUNT 1151 系列）。儀表保運人員在處理故障時(shí)應先向工藝人員了解故障情況，了解工藝情況。
2. 物位檢查儀表故障分析及處理
（1）液位控制儀表系統指示值變化到最大或是最小時(shí)，可以先檢查檢測儀表看是否正常，如指示正常，將液位控制改為手動(dòng)遙控液位，看液位變化情況。如液位可以穩定在一定的范圍，則故障在液位控制系統；如穩不住液位，一般為工藝系統造成的故障，要從工藝方面查找原因。
（2）差壓式液位控制儀表指示和現場(chǎng)直讀式指示儀表指示對不上時(shí)，首先檢查現場(chǎng)直讀式指示儀表是否正常，如指示正常，檢查差壓式液位儀表的負壓導壓管封液是否有滲漏；若有滲漏，重新灌封液，調零點(diǎn)；無(wú)滲漏，可能是儀表的負遷移量不對了，沖洗調整遷移量使儀表指示正常。
（3）液位控制儀表系統指示值變化波動(dòng)頻繁時(shí)，首先要分析頁(yè)面控制對象的容量大小，來(lái)分析故障的原因，容量大一般是儀表故障造成。容量小的首先要分析工藝操作情況是否有變化，如有變化很可能是工藝造成的波動(dòng)頻繁。如沒(méi)有變化可能是儀表故障造成的。
以電動(dòng)浮筒液位變送器為例，當液位指示不正常，偏高或偏低時(shí)，首先要了解工藝狀況、工藝介質(zhì)，搞清楚被測對象是精餾塔、反應釜，還是儲罐、反應器、用浮筒液位計測量液位，往往同時(shí)配置玻璃液位計。工藝人員以現存玻璃液位計為參照，判斷電動(dòng)浮筒液位變送器指示偏高或偏低，因為玻璃液位計比較直觀(guān)。
3. 壓力檢查儀表故障分析及處理
當容器壓力指示偏低、偏高或者不變化時(shí)，首先要了解被測介質(zhì)是氣體、液體還是蒸汽，了解簡(jiǎn)單的工藝流程。
（1）壓力控制系統儀表指示出現快速振蕩波動(dòng)時(shí)，首先檢查工藝操作有無(wú)變化，這種變化多半是工藝操作和調節器PID參數整定不好造成。
（2）壓力控制系統儀表指示出現死線(xiàn)，工藝操作變化了，壓力指示還是不變化，一般故障出現在壓力測量系統中，首先檢查測量引壓導管系統是否有堵的現象，不堵，檢查壓力變送器輸出系統有無(wú)變化，有變化，故障初處在控制器測量指示系統。
4. 溫度檢查儀表故障分析及處理
溫度指示不正常通常指指示偏高、偏低或者變化緩慢甚至不變化等。
分析溫度控制儀表系統故障時(shí)，首先要注意兩點(diǎn)：該系統儀表多采用電動(dòng)儀表測量、指示、控制；該系統儀表的測量往往滯后較大。
（1）溫度儀表系統的指示值突然變到最大或最小，一般為儀表系統故障。因為溫度儀表系統測量滯后較大，不會(huì )發(fā)生突然變化。此時(shí)的故障原因多事熱電偶、熱電阻、不暢導線(xiàn)斷線(xiàn)或變送器放大器失靈造成。
（2）溫度控制儀表系統指示出現快速振蕩現象，多為控制參數PID調整不當造成。
（3）溫度控制儀表系統指示出現大幅華南的波動(dòng)，很可能是由于工藝操作變化引起的，如當時(shí)工藝操作誒有變化，則很可能是儀表控制系統本身的故障。
（4）溫度控制系統本身的故障分析步驟：檢查調節閥輸入信號是否變化，輸入信號不變化，調節閥動(dòng)作，調節閥膜頭膜片漏了；檢查調節閥門(mén)定位器輸入信號是否變化，輸入信號不變化，輸出信號變化，定位器有故障；檢查定位器輸入信號有變化，再查調調節器輸出有無(wú)變化，如果調節器輸入不變化，輸出變化，此時(shí)是調節器本身的故障。
在此以熱電偶為測量元件進(jìn)行說(shuō)明。
首先應了解工藝狀況、被測介質(zhì)的情況以及儀表安裝位置，在氣相還是液相等，可以通過(guò)詢(xún)問(wèn)工藝人員來(lái)了解。因為是正常生產(chǎn)過(guò)程中的故，而非新安裝的電熱偶，所以可以排出熱電偶和補償導線(xiàn)極性接反、熱電偶或補償導線(xiàn)不配套等因素。
5. 簡(jiǎn)單控制系統故障分析及處理
在實(shí)際生產(chǎn)中，控制系統經(jīng)常會(huì )出現不穩定、輸入信號波動(dòng)大等現象，為了不影響生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量，我們必須對此作出及時(shí)的判斷和處理。在處理這類(lèi)故障時(shí)，作為儀表保運人員，必須很清楚控制系統的組成情況，在此我以流量on告知系統為例。簡(jiǎn)單的流量控制系統由電動(dòng)差壓變送器、單回路調節器和帶電氣閥門(mén)定位器的氣動(dòng)薄膜調節閥組成；此外，還要了解工藝情況，諸如工藝介質(zhì)、簡(jiǎn)單工藝流程、流量類(lèi)型以及介質(zhì)的存在狀態(tài)等。
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