黃光明,馮海臣，饒 佳

(中國輕工業(yè)長沙工程有限公司，湖南長沙 410114 )

文章通過蒸發(fā)結(jié)晶項目儀表安裝和調(diào)試期間所發(fā)生的問題為實例，講述如何解決MVR蒸發(fā)結(jié)晶儀表工程期間所發(fā)生的安裝、設(shè)計及調(diào)試問題，并通過解決所遇到的難題給從事蒸發(fā)結(jié)晶項目儀表工程管理人員參考和借鑒 。

1 MVR蒸發(fā)結(jié)晶項目介紹

(1)項目是利用機械式蒸汽再壓縮技術(shù),簡稱MVR是二次蒸汽通過蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生，低效率的蒸汽經(jīng)蒸汽壓縮機機械做功提升到高效率的蒸汽。項目的建成能極大地提升廢水處理能力，為項目的生產(chǎn)改造、產(chǎn)能擴充夯實基礎(chǔ)。

(2)項目儀表工程主要包含蒸發(fā)車間儀表工程和膜車間儀表工程兩部分，主要有現(xiàn)場儀表、分析儀器、自控閥門、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)及DCS控制系統(tǒng)，主要工程量如表1。

表1 項目儀表工程Tab.1 Instrument engineering of the project

(3)工程里程碑。儀表安裝和調(diào)試完成時間為2018-06-15，安裝竣工時間為2018-6-22，工程驗收時間為2018-10-15。

2 儀表工程進度和質(zhì)量管理

(1)在MVR蒸發(fā)結(jié)晶項目開始前，排定工程進度計劃及做好相關(guān)程序文件。根據(jù)工程量大小和整體進度情況排定工程進度計劃，包含設(shè)計進度計劃、采購進度計劃、安裝進度計劃和調(diào)試進度計劃；根據(jù)儀表種類及安裝內(nèi)容，結(jié)合自動化儀表工程施工及質(zhì)量驗收規(guī)范和儀表說明書，編制儀表相關(guān)的質(zhì)量程序文件、儀表施工組織設(shè)計、儀表安裝程序文件和DCS邏輯程序和連鎖調(diào)試文件。

(2)在MVR蒸發(fā)結(jié)晶項目施工時，需要深入施工現(xiàn)場，掌握工程進度、質(zhì)量及施工的各個環(huán)節(jié)，根據(jù)施工進度情況，及時調(diào)整進度計劃和人力需求，保證蒸發(fā)結(jié)晶項目的儀表安裝和調(diào)試按時完成，另外每周將剩余儀表安裝剩余工作量告知安裝單位，以便安裝人員調(diào)整安裝計劃和人力需要。

(3)在項目安裝工期只有2個月的情況下通過排定安裝計劃，制定各種安裝程序文件，平常深入現(xiàn)場管理，掌握儀表工程進度和質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)安裝進度跟不上總體進度時及時調(diào)整人力需要，改變安裝次序和工法等措施，保證了工程按期完成儀表安裝和調(diào)試，保證了系統(tǒng)正常開車調(diào)試和投運。

3 廢水處理蒸發(fā)結(jié)晶項目常見的儀表選型建議

因廢水處理工藝介質(zhì)復(fù)雜，廢水處理和制鹽行業(yè)工藝介質(zhì)主要有鹵水、酸堿性介質(zhì)以及含氯離子的介質(zhì)含量高，具有很強的腐蝕性，另外鹽漿是顆粒狀，硬度較高，具有一定的沖刷性并容易結(jié)晶，在儀表選型階段需格外注意。

(1)與介質(zhì)直接接觸的壓力變送器、電磁流量計、溫度計套管等需考慮材料的耐腐蝕性、耐沖刷性問題，在選型上一定要選316L或者哈氏合金或鉭材質(zhì)一般選用橫河、ABB、西門子等品牌；溫度計和壓力表一般選用上海自動化儀表和重慶川儀品牌；在制鹽項目中常使用稱重儀，主要使用在增稠器部位，需要選用高性能稱重儀器，對性能和品質(zhì)要求較高，因此需要選用進口品牌，比如梅特勒托利多品牌。

(2)對于制鹽項目中，因為鹽漿容易結(jié)晶結(jié)塊等特征，結(jié)晶物硬度很高，控制閥泄漏等級要求較高，對于鹵水、排鹽重要工藝段的控制閥，V型球閥選型要求選用金屬密封、 閥座材質(zhì)要求316L部分為堆焊斯太來合金，閥芯材質(zhì)要求316L整體噴涂碳化鎢處理，硬度需要達到洛氏70度；對于蝶閥，閥座閥芯需做硬化處理，比如鍍硬鉻處理，控制閥門常選用FISHER品牌。

4 儀表安裝和調(diào)試期間問題處理及對策

MVR蒸發(fā)結(jié)晶項目儀表方面相對于制漿造紙或石油化工項目來說，儀表控制點和安裝量要少，但儀表種類相差不大，控制邏輯方面也并不簡單?，F(xiàn)場儀表主要類型有孔板流量計、靶式流量計、轉(zhuǎn)子流量計、流量開關(guān)、壓力變送器、液位變送器、熱電阻、壓力開關(guān)、電動調(diào)節(jié)閥、電動旋塞閥、角閥等以及DCS控制系統(tǒng)和壓縮機現(xiàn)場控制單元等。DCS程序和組態(tài)方面主要是壓縮機控制程序和連鎖報警及防喘振控制程序，蒸發(fā)罐溶液密度計算，蒸發(fā)罐液位串級控制程序，壓縮機出口溫度串級控制及調(diào)節(jié)回路和加熱器壓力比例調(diào)節(jié)等回路以及各類報警連鎖程序，報警畫面等。

4.1 安裝階段問題總結(jié)

在蒸發(fā)結(jié)晶裝置安裝階段主要問題為：材料問題，如到貨材料型號規(guī)格與設(shè)計提資規(guī)格不一致問題；設(shè)計圖紙問題，如DCS操作臺安裝空間問題，液位開關(guān)安裝空間不夠問題以及增稠器設(shè)備未預(yù)留稱重儀安裝孔問題等；儀表安裝問題，比如轉(zhuǎn)子流量計未嚴格按照下進上出，垂直安裝原則進行安裝等。

4.1.1 材料問題

(1)到貨的儀表設(shè)備配件缺少或者遺漏問題，比如合同要求電磁流量計配帶法蘭，但實際到貨的設(shè)備沒有配帶或者遺漏。

(2)到貨的儀表設(shè)備與采購品牌不一致問題，比如流量開關(guān)采購的是美國普林柯，但實際到貨的品牌為上海雄風。

(3)到貨的儀表材質(zhì)不符合要求或者尺寸不符合國標要求，比如氣源不銹鋼管厚度不夠，端面不平，有毛刺，內(nèi)壁生銹等，到貨的鍍鋅鋼管采購要求為熱鍍鋅，實際到貨為冷鍍鋅，而且鍍鋅鋼管厚度不符合要求，很容易彎管變形。

(4)部分到貨的設(shè)備無校驗報告或者合格證。解決方法：需對供應(yīng)商建立懲罰機制，對供應(yīng)商建立檔案，每年進行一次評分，對于多次出現(xiàn)問題的供應(yīng)商，建議打入黑名單，不再進入公司采購部門的名單。

4.1.2 設(shè)計圖紙問題

(1)PVC管道上的儀表測點因設(shè)計遺漏，未考慮PVC三通變徑接頭，導(dǎo)致儀表測點無法安裝。

(2)因設(shè)計考慮不周，原控制室操作臺空間不夠，導(dǎo)致部分操作員站和視頻監(jiān)控系統(tǒng)無法安裝，必須考慮新建控制室。

(3)因設(shè)備與土建專業(yè)溝通原因，設(shè)計階段未進行有效的溝通，洗氣塔離土建大梁空間不夠，導(dǎo)致液位開關(guān)安裝的空間不夠，無法安裝上，需重新開孔。

(4)增稠器設(shè)備提資稱重儀安裝孔尺寸，導(dǎo)致到貨的設(shè)備未開孔，稱重儀無法安裝，需要現(xiàn)場開孔安裝，安裝難度加大。

(5)部分測點、材料、通訊電纜設(shè)計遺漏，安裝過程中發(fā)現(xiàn)問題后，再次提資購買，影響工程進度。解決方案：藍圖曬圖前建立審圖制度，在審圖過程中及時發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的設(shè)計遺漏或者明顯的技術(shù)方案錯誤問題；在設(shè)計前期各專業(yè)之前需要提前溝通，將各專業(yè)接口，空間尺寸考慮清楚。

4.1.3 安裝問題

(1)因安裝人員對轉(zhuǎn)子流量計安裝方式理解不清楚，導(dǎo)致未按下進上出，垂直安裝的方式安裝轉(zhuǎn)子流量計，導(dǎo)致微小流量計檢測信號時有時無，經(jīng)更換安裝后問題解決。

(2)因安裝期間，部分儀表電纜保護管未做防堵或者防水措施，導(dǎo)致室外部分儀表進水，進水原因為電纜保護管未封堵或者金屬軟管最下端部分未開孔導(dǎo)致水從電纜保護管處進入慢慢從變送器葛蘭頭滲入，以致室外部分儀表進水損壞。

(3)因部分儀表在交叉安裝過程中，因儀表防護措施做的不到位，導(dǎo)致其他專業(yè)在周邊施工時將儀表碰撞損壞。解決方案：安裝前需對安裝人員進行安裝交底，闡明重點設(shè)備的安裝要點和方法，讓安裝人員熟悉每種儀表的安裝方式；安裝過程中對儀表做好防水措施，防止儀表進水損壞;在安裝期間需做好儀表防護，以免儀表受到外力碰撞而損壞。

4.2 調(diào)試階段問題總結(jié)

在華友項目一期和二期的蒸發(fā)結(jié)晶裝置調(diào)試及運行階段經(jīng)常出現(xiàn)如下問題:因PID參數(shù)設(shè)置問題，導(dǎo)致閥門開度波動較大，經(jīng)常出現(xiàn)蒸發(fā)罐液位控制不穩(wěn)問題；壓縮機出口溫度不穩(wěn)定；蒸發(fā)罐容易密度波動大或者壓力接口堵塞檢測不到密度；壓縮機喘振、振動大、軸承溫度高引起連鎖跳停等問題；因腐蝕原因?qū)е聝x表或者閥門損壞問題；DCS通訊故障等問題。

4.2.1 調(diào)試運行期間儀表故障原因及解決方案統(tǒng)計表(如表2)

表2 試運行期間代表故障原因及解決方案Tab.2 Reason and solution of instrument failure during trial operation

續(xù)表2 (Continue)

4.2.2 幾種典型的蒸發(fā)結(jié)晶項目儀表調(diào)試運行期間故障處理方案

問題一：蒸發(fā)罐密度計未安裝導(dǎo)致液位控制不穩(wěn)

(1)液位不準原因分析：原蒸發(fā)罐液位是通過雙法蘭式壓力變送器測出蒸發(fā)罐內(nèi)部液位的差壓，再通過測量原理，得出蒸發(fā)罐液位L=h=△P/ρg,根據(jù)DCS設(shè)置程序，通過工藝操作人員定期從實驗室測出蒸發(fā)液中的密度，輸入到DCS控制系統(tǒng)中，從而得出蒸發(fā)罐的液位見圖1，這樣測量液位的隨機性和主觀性較強而且測量密度值不連續(xù)，不能實時測量液位計的密度值，在試車階段或者工藝不穩(wěn)定的狀況下時，因密度不能及時更新，測量的誤差非常大，不能滿足生產(chǎn)要求，為了使液位測量準確，需增加實時監(jiān)測密度的測量儀表。

圖1 無密度計的液位測量Fig.1 Liquid level measurement without densimeter

(2)改善方案：在蒸發(fā)罐和循環(huán)管上總共安裝三只壓力變送器，來測量蒸發(fā)罐不同部位壓力值P1、P2、P3,再根據(jù)計算公式1:ρ=(VPTn3-VPTn2)/gH,然后代入DCS計算公式2:L=(VPTn2-VPTn1)/ρg，式中:ρ為蒸發(fā)罐內(nèi)物料密度kg/m3，VPTn1為蒸發(fā)罐壓力變送器P1的測量值kPa,VPTn2為蒸發(fā)罐壓力變送器P2的測量值kPa，VPTn3為循環(huán)管壓力變送器P3的測量值kPa，g為重力加速度9.8 m/s2;通過公式1和公式2得出公式3:L=(VPTn2-VPTn1)/(VPTn3-VPTn2)×H，通過此方式就可以實時監(jiān)測到蒸發(fā)罐的實際液位，從而避免了試運行階段和工藝狀況不穩(wěn)定時候的液位測量不準的缺點，測量原理圖見圖2。

圖2 增加密度計后的液位測量Fig.2 Liquid level measurement after adding densimeter

(3)測量的誤差影響和注意事項。在液位測量過程中，常常受到壓力變送器的沖洗水管道的堵塞以及蒸發(fā)罐和循環(huán)管物料的影響，每次泵啟動過程中密度值就會存在一定的偏差值，主要原因為泵在啟動過程中存在阻力影響以及重力因素和取壓口當時的濃度、密封水微小壓力的影響，在運行過程中跟蹤分析，繪制偏差曲線圖進行密度補償，誤差問題得以解決。

問題二：蒸發(fā)罐介質(zhì)密度經(jīng)常不穩(wěn)或測量不到

蒸發(fā)罐介質(zhì)密度經(jīng)常不穩(wěn)定或者測量不到，因蒸發(fā)罐密度是通過差壓原理測量測出△P，再通過DCS程序中的計算公式ρ=△P/gh計算出密度ρ，從而得以分析得出，當差壓測量不準時，計算出來的密度值肯定不準確，通常導(dǎo)致差壓檢測不正?；蛘邫z測不到的原因是壓力變送器法蘭處經(jīng)常結(jié)晶而堵塞，導(dǎo)致差壓經(jīng)常檢測不到。解決方案在法蘭短管出安裝一沖洗水管，為了保證沖洗水管水流恒定而不影響到差壓的測量，在沖洗水管上安裝一微小流量計，通過此措施解決了因堵塞而檢測不到密度的問題，見圖3。

問題三：DCS控制系統(tǒng)通訊及數(shù)據(jù)故障

DCS控制系統(tǒng)在調(diào)試運行期間出現(xiàn)問題如下：①服務(wù)器數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)層經(jīng)常無法通訊，解決辦法只能用服務(wù)器將數(shù)據(jù)還原，如果還原失敗，還需重裝系統(tǒng)，解決辦法麻煩而且不能徹底解決問題；②控制器冗余失效，當主控制器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)不能正常切換到副控制器上，導(dǎo)致系統(tǒng)無法運行，當通過手動進行切換時，主控制器帶有DP通訊網(wǎng)絡(luò)，通訊設(shè)備數(shù)據(jù)無法傳給副控制器，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷；③硬件交換機，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為以太網(wǎng)，兩臺主副網(wǎng)絡(luò)，由一根網(wǎng)線連接，進行數(shù)據(jù)同步，交換機數(shù)據(jù)交換不冗余，當兩對交換機副網(wǎng)絡(luò)口連接時，會出現(xiàn)通訊異常，服務(wù)器數(shù)據(jù)丟失情況，操作站死機情況。該問題發(fā)生后，組織MOX系統(tǒng)專家對控制系統(tǒng)進行檢查，檢查情況如下：

a)首先進行DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)診斷，檢查發(fā)現(xiàn)當出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)堵塞情況時，操作員站畫面登錄不上，數(shù)據(jù)不刷新；服務(wù)器連接一臺交換機，當網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)堵塞時，兩臺交換機之間無法正常通訊，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法刷新，解決方案為取消兩臺交換機的環(huán)網(wǎng)設(shè)置，采用級聯(lián)方式，兩臺管理型工業(yè)以太網(wǎng)交換機之間采用跳線直連，則可以避免上述問題的發(fā)生，此時的網(wǎng)絡(luò)仍為環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)的安全性是有保障的。

b)DCS下位系統(tǒng)診斷, 經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)CP5通訊卡連接的水晶頭接觸不良, 重新制作水晶頭恢復(fù)。

通過以上檢查，廠商給出結(jié)論及建議：目前衢州華友硫酸銨蒸發(fā)一期DCS系統(tǒng)軟件、硬件采用單服務(wù)器模式，可調(diào)整為冗余模式；一期系統(tǒng)DP 通訊只有主CPU有，所以切換至備用CPU無法與壓縮機控制系統(tǒng)進行通訊；是因為當時壓縮機隨機PLC系統(tǒng)為單機結(jié)構(gòu)，如果需要實現(xiàn)，提供一個DP接口。DP通訊冗余，則需在壓縮機PLC增加冗余DP通訊接口(取決于壓縮機隨機PLC的系列是否滿足)，同時增加DCS副CPU的DP通訊接口。

解決方案：將一期DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與二期DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連通(已經(jīng)在二期施工時敷設(shè)好了光纖)，DCS系統(tǒng)上位組態(tài)軟件合并成一套，利用二期DCS系統(tǒng)服務(wù)器硬件。在原二期DCS系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加四個客戶端，用于一期的畫面監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4。

圖3 密度計沖洗水管安裝流量計Fig.3 Installation of flowmeter for flushing water pipe of densimeter

圖4 DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖及配置情況Fig.4 DCS network structure diagram and configuration

通過優(yōu)化，實現(xiàn)了一期和二期 DCS 系統(tǒng)的軟件融合，提高了一期 DCS 系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié)語

通過以蒸發(fā)結(jié)晶項目儀表安裝和調(diào)試期間所發(fā)生的問題為實例，講述如何解決MVR蒸發(fā)結(jié)晶儀表工程期間所發(fā)生的安裝、設(shè)計及調(diào)試問題，在蒸發(fā)結(jié)晶裝置安裝調(diào)試階段重點需要解決蒸發(fā)罐介質(zhì)密度檢測，壓縮機出口壓力、溫度控制問題，蒸發(fā)罐液位控制問題，壓縮機防喘振檢測及控制問題以及各種設(shè)備連鎖保護問題和各種測點檢測準確問題，并通過解決所遇到的難題，供從事蒸發(fā)結(jié)晶項目儀表工程管理人員參考和借鑒。