張博昌

（中國(guó)石化 天津分公司，天津 300270）

在現(xiàn)代化工業(yè)產(chǎn)業(yè)中，自動(dòng)化水平不斷提升，儀控設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中重要性不斷提升，通過(guò)先進(jìn)控制手段，使生產(chǎn)環(huán)節(jié)得到大幅優(yōu)化，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，企業(yè)的效益得到顯著提升。在石油化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，儀表和控制系統(tǒng)提供了3 個(gè)廣泛的功能：①為生產(chǎn)和質(zhì)量控制監(jiān)測(cè)和監(jiān)控工藝參數(shù)；②在傳感器和操作輸入的基礎(chǔ)上，主動(dòng)控制對(duì)過(guò)程操作進(jìn)行排序，以在預(yù)期的過(guò)程限制中運(yùn)行；③按需提供安全功能[1]。因此，確保儀控設(shè)備的完好性是當(dāng)前設(shè)備維護(hù)的重點(diǎn)任務(wù)。

1 預(yù)防性工作概述

目前大部分化工企業(yè)儀控專(zhuān)業(yè)采用事后維修管理理念，待設(shè)備故障后進(jìn)行檢修或更換。但一些重要的設(shè)備，如聯(lián)鎖儀表、關(guān)鍵閥門(mén)故障會(huì)導(dǎo)致裝置波動(dòng)、停車(chē)甚至發(fā)生更重要的事故。某企業(yè)乙二醇裝置發(fā)生聯(lián)鎖停車(chē)事件，經(jīng)排查是裝置壓縮機(jī)入口氣液分離罐浮筒液位開(kāi)關(guān)中微動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)誤動(dòng)觸發(fā)聯(lián)鎖，停氧氣進(jìn)料。而其故障根本原因?yàn)槎啻螜z修期間，對(duì)浮筒液位開(kāi)關(guān)檢查深度不夠，僅對(duì)浮筒開(kāi)關(guān)進(jìn)行校驗(yàn)，未對(duì)微動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)進(jìn)行檢查，并且浮筒液位開(kāi)關(guān)自1995 年投用未進(jìn)行過(guò)更換，已經(jīng)超出推薦使用壽命。因此，需要工作人員轉(zhuǎn)變管理理念，不斷開(kāi)展預(yù)防性維護(hù)工作，將設(shè)備故障后維修改為預(yù)防性維修，提升儀控設(shè)備的可靠性及完好性，減少因儀表原因?qū)е碌慕?jīng)濟(jì)損失。

預(yù)防性工作是指按照預(yù)定計(jì)劃或相關(guān)準(zhǔn)則進(jìn)行測(cè)試、維護(hù)保養(yǎng)、維修、改造等工作，以防止設(shè)備損壞，保證設(shè)備安全運(yùn)行，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，包含定期性維護(hù)、季節(jié)性維護(hù)、預(yù)知性維修和專(zhuān)項(xiàng)維護(hù)。目前，企業(yè)廣泛采用設(shè)備全生命周期管理，將設(shè)備全生命周期劃分為前期管理、使用維護(hù)、設(shè)備檢修、更新改造和設(shè)備處置5 個(gè)環(huán)節(jié)。儀表設(shè)備預(yù)防性工作集中在使用維護(hù)及設(shè)備檢修階段[2]。

2 如何開(kāi)展預(yù)防性工作

2.1 制定完善的預(yù)防性維護(hù)策略及制度

加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，在管理制度上進(jìn)行創(chuàng)新，改變?cè)芯S護(hù)理念，將預(yù)防性工作落實(shí)到企業(yè)儀控專(zhuān)業(yè)管理制度中，對(duì)企業(yè)的現(xiàn)狀制定合適的制度以支持預(yù)防性維護(hù)工作。組建企業(yè)專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)根據(jù)設(shè)備類(lèi)型制定不同的維護(hù)策略，并根據(jù)設(shè)備分級(jí)的結(jié)果來(lái)進(jìn)行分級(jí)管控，根據(jù)設(shè)備類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，每一類(lèi)設(shè)備根據(jù)預(yù)防性策略制定相應(yīng)的維護(hù)任務(wù)的頻次。每年年度制定下一年度預(yù)防性工作計(jì)劃，將原有的故障維修策略轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)防性維護(hù)策略，降低因儀表原因?qū)е卵b置波動(dòng)甚至停車(chē)的次數(shù)，提升儀控設(shè)備可靠性。

2.2 開(kāi)展預(yù)防性維護(hù)工作

按照相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、儀表及控制系統(tǒng)檢修規(guī)程等要求，定期開(kāi)展儀表及控制系統(tǒng)維護(hù)工作。定期性維護(hù)主要包括日常巡檢、定期檢驗(yàn)、定期試驗(yàn)，以及根據(jù)企業(yè)所在地理位置制定的季節(jié)性維護(hù)。

在裝置生產(chǎn)運(yùn)行期間，為提高儀表及控制系統(tǒng)可靠性，減少突發(fā)故障，應(yīng)創(chuàng)造條件有計(jì)劃地開(kāi)展定期性維護(hù)工作。依據(jù)設(shè)備狀態(tài)、地域環(huán)境等特點(diǎn)，在石油化工行業(yè)設(shè)備維護(hù)檢修規(guī)程規(guī)定的基準(zhǔn)周期上，確定定期性維護(hù)周期。

2.3 定期檢驗(yàn)

定期檢驗(yàn)（固定式可燃及有毒氣體報(bào)警器每年應(yīng)檢定一次，國(guó)（省）控污染源在線環(huán)保監(jiān)測(cè)儀表（CEMS、COD、VOCs、氨氮）按國(guó)家規(guī)范等每月進(jìn)行檢定）貿(mào)易結(jié)算計(jì)量?jī)x表、能源及物料計(jì)量?jī)x表等設(shè)備按國(guó)家規(guī)范要求周期進(jìn)行檢定[3]。

2.4 定期比對(duì)

在裝置運(yùn)行期間無(wú)法進(jìn)行校驗(yàn)的，或確實(shí)沒(méi)有技術(shù)手段校驗(yàn)的儀表，如有就地測(cè)量點(diǎn)位，可以定期開(kāi)展遠(yuǎn)傳儀表及就地儀表比對(duì)工作，確定準(zhǔn)確度等級(jí)的測(cè)量?jī)x表或測(cè)量方法進(jìn)行在線比對(duì)，包括調(diào)節(jié)閥的閥位與標(biāo)尺、浮筒，及雙法蘭液位計(jì)與玻璃板液位計(jì)、溫度測(cè)量表、壓力表，以確保測(cè)量設(shè)備的準(zhǔn)確性[4]。

2.5 定期檢查

每月為保證固定式可燃及有毒氣體報(bào)警器正常運(yùn)行，每月需對(duì)其零點(diǎn)檢查，可以確保報(bào)警器完好率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障儀表及現(xiàn)場(chǎng)泄漏情況，保證裝置現(xiàn)場(chǎng)安全。

對(duì)SIS 系統(tǒng)的SOE 記錄進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容包括頻繁報(bào)警、開(kāi)路/短路報(bào)警、SOE 記錄功能是否正常等，每月至少進(jìn)行兩次，以確保高頻報(bào)警設(shè)備，及早發(fā)現(xiàn)聯(lián)鎖儀表故障及異常報(bào)警，確保不發(fā)生因設(shè)備故障導(dǎo)致裝置聯(lián)鎖的情況

2.6 定期試驗(yàn)

DCS 服務(wù)器熱備切換。一般DCS 系統(tǒng)都設(shè)置為冗余系統(tǒng)，當(dāng)一臺(tái)控制器發(fā)生故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)切換到另一臺(tái)設(shè)備，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行及控制。因此，需要在DCS 系統(tǒng)運(yùn)行期間，主動(dòng)進(jìn)行熱備切換，確保切換功能正常，避免在控制器故障進(jìn)行冗余切換時(shí)發(fā)生故障，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。

部分切斷閥，由于長(zhǎng)期處于同一閥位，僅僅在發(fā)生緊急情況時(shí)動(dòng)作，因而出現(xiàn)過(guò)切斷閥該動(dòng)作時(shí)卻無(wú)法動(dòng)作的情況，特別是大口徑的切斷蝶閥、長(zhǎng)期不動(dòng)作的防空閥門(mén)尤為常見(jiàn)。因此，需要對(duì)工藝具備試驗(yàn)條件的切斷閥進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作試驗(yàn)，動(dòng)作試驗(yàn)每年至少一次。對(duì)不具備切出或手動(dòng)大幅調(diào)整閥位的切斷閥及緊急放空閥，待停工或消缺機(jī)會(huì)時(shí)進(jìn)行動(dòng)作測(cè)試，以確保切斷閥遇到緊急情況時(shí)正確動(dòng)作。

2.7 定期清掃

每年至少進(jìn)行1 次對(duì)工程師站、服務(wù)器、操作站等上位機(jī)主機(jī)及光學(xué)測(cè)量?jī)x表鏡片進(jìn)行清掃，防止由于積灰導(dǎo)致電子元件異常升溫或性能下降，尤其是參與聯(lián)鎖的加熱爐火焰檢測(cè)器，各種光學(xué)在線分析儀表均應(yīng)該開(kāi)展此項(xiàng)工作。

每年至少進(jìn)行1 次對(duì)易積灰、結(jié)焦、堵塞的傳感器進(jìn)行下線清理或在線手動(dòng)強(qiáng)制反吹。主要介質(zhì)易堵塞點(diǎn)位包括焦化裝置、煤廠附近、灰塵較大、介質(zhì)粘度較高，同樣工藝條件多次堵塞的變送器導(dǎo)壓管，防塵工作重點(diǎn)部位為處于沙塵天氣較多的地區(qū)，環(huán)境中存在粉塵的熱電、焦化及煤化工等裝置。

2.8 防雨防潮

防雨防潮也是儀表專(zhuān)業(yè)預(yù)防性維護(hù)工作的重點(diǎn)之一，企業(yè)經(jīng)常發(fā)生因進(jìn)雨導(dǎo)致儀表接線箱或設(shè)備內(nèi)存水導(dǎo)致裝置發(fā)生異常的情況。因此，需要維護(hù)人員加強(qiáng)雨季防水管理，重點(diǎn)檢查機(jī)柜間及現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備。在檢修期間對(duì)設(shè)備電磁閥進(jìn)行開(kāi)蓋檢查，確保內(nèi)部干燥，防止發(fā)生因進(jìn)水腐蝕導(dǎo)致電磁閥異常動(dòng)作。

2.9 防高溫

1）對(duì)電源柜、系統(tǒng)柜、端子柜、安全柵柜、網(wǎng)絡(luò)柜等機(jī)柜內(nèi)的電子設(shè)備，每月至少開(kāi)展一次紅外成像檢測(cè)。使用紅外成像儀對(duì)機(jī)柜間內(nèi)部進(jìn)行檢查，當(dāng)檢測(cè)溫度高于室溫30℃時(shí)，需采取措施，解決控制柜內(nèi)部元件異常情況，必要時(shí)進(jìn)行更換，確?？刂葡到y(tǒng)正常運(yùn)行。

對(duì)電磁閥每季度至少開(kāi)展一次紅外溫度檢測(cè)。對(duì)電磁閥表面溫度進(jìn)行測(cè)量，由于電磁閥密封圈較多采用橡膠材質(zhì)，因而當(dāng)測(cè)量溫度超過(guò)65℃時(shí)，需采取措施來(lái)保護(hù)電磁閥設(shè)備本體；當(dāng)溫度超過(guò)80℃時(shí)，需更換電磁閥。

2）由于分析小屋內(nèi)溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果存在較大影響，特別是部分國(guó)控源設(shè)備具有高溫自動(dòng)停機(jī)的設(shè)置，因而需在高溫季節(jié)前對(duì)機(jī)柜間、分析小屋空調(diào)進(jìn)行全面的檢查、維護(hù)保養(yǎng)。

3 預(yù)知性維修

對(duì)儀表及控制系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)包括在線監(jiān)測(cè)、使用壽命管理等方式的結(jié)果進(jìn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確定最合適的修理時(shí)機(jī)及更合理的修理方法，達(dá)到運(yùn)行安全可靠，檢修成本合理的一種檢修策略，優(yōu)化儀表及控制系統(tǒng)運(yùn)維方式，減少其停工檢修的工作量。

3.1 在線監(jiān)測(cè)

管設(shè)備就要管設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，因此在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中需要對(duì)狀態(tài)參數(shù)及環(huán)境參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)：通過(guò)對(duì)儀表及控制系統(tǒng)的各項(xiàng)健康狀態(tài)及運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，主要包括控制系統(tǒng)自診斷報(bào)警監(jiān)測(cè)、聯(lián)鎖投用，及報(bào)警狀態(tài)監(jiān)測(cè)、控制閥動(dòng)作時(shí)間監(jiān)測(cè)、儀表伴熱監(jiān)測(cè)。

3.1.1 控制系統(tǒng)自診斷報(bào)警監(jiān)測(cè)

將DCS、SIS、CCS、PLC 等控制系統(tǒng)自診斷數(shù)據(jù)中的控制器報(bào)警、卡件，及通道狀態(tài)報(bào)警、通訊報(bào)警、接地報(bào)警、電源模塊報(bào)警、風(fēng)扇報(bào)警等系統(tǒng)報(bào)警事件自動(dòng)采集到檢測(cè)平臺(tái)，并通過(guò)手機(jī)短信形式分級(jí)推送到管理人員、維護(hù)人員。通過(guò)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的設(shè)置，平臺(tái)的電子巡檢，精準(zhǔn)定位故障點(diǎn)，依托平臺(tái)由公司專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)進(jìn)行診斷分析，使故障和缺陷及時(shí)處理，提高維護(hù)效率，極大地提升了控制系統(tǒng)的可靠性。

3.1.2 聯(lián)鎖投用及儀表報(bào)警監(jiān)測(cè)

將聯(lián)鎖回路的投用狀態(tài)信號(hào)引入儀控狀態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖回路投用狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)管，并可通過(guò)手機(jī)短信形式分級(jí)推送到管理人員。

在安全儀表系統(tǒng)里設(shè)置冗余聯(lián)鎖儀表的偏差報(bào)警，例如對(duì)三取二設(shè)置的3 個(gè)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行偏差報(bào)警設(shè)置，若相互之間差距大于量程5%就會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，并設(shè)置開(kāi)路及短路報(bào)警判斷邏輯，及時(shí)報(bào)警。

3.1.3 控制閥動(dòng)作時(shí)間監(jiān)測(cè)

對(duì)有動(dòng)作時(shí)間要求并配備閥門(mén)回訊器的控制閥，在控制系統(tǒng)里對(duì)控制閥動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行監(jiān)控并設(shè)置超時(shí)報(bào)警，宜將超時(shí)報(bào)警傳送到儀控狀態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)。通過(guò)控制閥動(dòng)作時(shí)間監(jiān)控，可以有效在閥門(mén)卡塞前及時(shí)進(jìn)行預(yù)防性維修，避免閥門(mén)卡死后對(duì)裝置正常運(yùn)行的影響。

3.1.4 儀表伴熱監(jiān)測(cè)

通過(guò)HART、現(xiàn)場(chǎng)總線等協(xié)議采集變送器膜盒溫度，或者增加熱電阻、夾管式溫度傳感器等對(duì)儀表伴熱情況進(jìn)行監(jiān)控并設(shè)置報(bào)警。在同一伴熱系統(tǒng)可采一個(gè)溫度點(diǎn)，當(dāng)溫度點(diǎn)測(cè)量值降低時(shí)，可及時(shí)通知維保人員進(jìn)行處置，避免伴熱溫度降低導(dǎo)致儀表及導(dǎo)壓管凍凝。通過(guò)伴熱溫度趨勢(shì)可以避免伴熱管線全部?jī)瞿筇幚碣M(fèi)時(shí)費(fèi)力的情況，并通過(guò)設(shè)置報(bào)警值及短信推送的方式達(dá)到預(yù)防性維護(hù)的目的。

3.2 狀態(tài)評(píng)估

通過(guò)在線監(jiān)測(cè)及離線檢測(cè)等方式采集儀表及控制系統(tǒng)狀態(tài)信息，包括強(qiáng)度、量值大小以及變化趨勢(shì)等，采用多種分析方法進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估和分析；并結(jié)合與同類(lèi)設(shè)備的比較，做出綜合判斷，發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常并納入缺陷管理；通過(guò)在線監(jiān)測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，在故障發(fā)生前進(jìn)行干預(yù)，避免發(fā)生嚴(yán)重后果[5]。

3.3 儀控設(shè)備壽命管理

建立儀表及控制系統(tǒng)壽命動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)機(jī)制，參照推薦使用壽命，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行工況、運(yùn)行環(huán)境、狀態(tài)檢測(cè)、歷史故障統(tǒng)計(jì)等要素，評(píng)估儀表及控制系統(tǒng)性能，作為提前更新或超期服役的依據(jù)，并指導(dǎo)開(kāi)展儀表及控制系統(tǒng)預(yù)防性維修工作。

3.3.1 編制設(shè)備推薦使用年限表

參照儀控設(shè)備選型及說(shuō)明書(shū)，結(jié)合設(shè)備分級(jí)管理，設(shè)備品牌平均無(wú)故障時(shí)間，平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF）、技術(shù)附件要求的使用壽命、設(shè)備可靠性評(píng)估結(jié)果等要素，確保設(shè)備可靠性兼顧經(jīng)濟(jì)性，確定不同類(lèi)型設(shè)備的推薦使用壽命。

關(guān)鍵設(shè)備推薦使用壽命=（設(shè)備使用說(shuō)明書(shū)推薦壽命×70%+平均無(wú)故障時(shí)間×30%）×75%

重要設(shè)備推薦使用壽命=（設(shè)備使用說(shuō)明書(shū)推薦壽命×70%+平均無(wú)故障時(shí)間×30%）

3.3.2 建立壽命管理臺(tái)賬

按照儀表及控制系統(tǒng)失效后的影響范圍，確定關(guān)鍵回路、重要回路的儀表及控制系統(tǒng)兩類(lèi)設(shè)備[6]。其中，關(guān)鍵回路為會(huì)導(dǎo)致裝置非計(jì)劃停工，或發(fā)生安全、環(huán)保、質(zhì)量事故的聯(lián)鎖回路和重要控制回路，大機(jī)組停機(jī)電磁閥、電液轉(zhuǎn)換器、喘振閥等影響裝置切斷進(jìn)料或緊急放空的閥門(mén)等關(guān)鍵儀表且非冗余配置。重要回路為會(huì)導(dǎo)致單元非計(jì)劃停工的聯(lián)鎖回路和主要控制回路，主要為無(wú)副線的控制閥、聯(lián)鎖冗余設(shè)置的測(cè)量?jī)x表。對(duì)比設(shè)備使用年限、推薦使用年限，將其作為設(shè)備預(yù)防性維修的依據(jù)。

4 預(yù)防性工作開(kāi)展成效

4.1 預(yù)防性維護(hù)開(kāi)展效果

圖1 報(bào)警器零點(diǎn)檢查情況Fig.1 Alarm zero check situation

圖3 儀表原因引起生產(chǎn)波動(dòng)次數(shù)Fig.3 The number of production fluctuations caused by the instrument

企業(yè)開(kāi)展預(yù)防性維護(hù)工作，對(duì)設(shè)備的有關(guān)性能進(jìn)行符合性評(píng)價(jià)，大幅提升儀控設(shè)備可靠性。以開(kāi)展固定式可燃及有毒氣體報(bào)警器零點(diǎn)檢查為例，能夠起到以下3 個(gè)作用：①發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)存在泄漏點(diǎn)位，雖然沒(méi)有達(dá)到報(bào)警值，但是能發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)輕微泄漏點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)泄漏治理起到輔助作用；②報(bào)警器傳感器發(fā)生零點(diǎn)漂移情況，能夠及早提醒維保人員，及時(shí)使用標(biāo)氣對(duì)報(bào)警器零點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)，確保報(bào)警器顯示正常；③能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警器傳感器失效點(diǎn)位。圖1 為天津某石化企業(yè)2021 年下半年6 月至12 月檢查結(jié)果。

4.2 預(yù)防性維修

4.2.1 在線監(jiān)測(cè)開(kāi)展成效

通過(guò)DCS 系統(tǒng)自診斷數(shù)據(jù)中報(bào)警事件自動(dòng)采集到狀態(tài)檢測(cè)平臺(tái)，可通過(guò)手機(jī)短信形式分級(jí)推送到管理人員、維護(hù)人員，及時(shí)處理控制系統(tǒng)異常。天津地區(qū)某石化企業(yè)本年度第一季度共計(jì)通過(guò)在線監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題18 項(xiàng)，均及時(shí)由運(yùn)維人員進(jìn)行處置，未發(fā)生由于控制系統(tǒng)故障導(dǎo)致裝置異常的情況。

4.2.2 預(yù)防性維修開(kāi)展成效

圖2 控制系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)成果Fig.2 Online monitoring results of the control system

圖4 預(yù)防性維修比例Fig.4 Proportion of preventive maintenance

通過(guò)預(yù)防性維修策略的執(zhí)行，企業(yè)大幅減少了因儀表專(zhuān)業(yè)導(dǎo)致的裝置波動(dòng)[7]。以華北某石化及山東某石化為例，2017 年及2018 年兩家企業(yè)因儀表原因?qū)е卵b置波動(dòng)接近20 起，但在2018 年開(kāi)展完整性體系建設(shè)后，預(yù)防性維修的比例大幅提升，改變了原有儀控專(zhuān)業(yè)事后維修的固有思想，將檢維修重點(diǎn)放在預(yù)防性維修上，特別針對(duì)A、B 類(lèi)關(guān)鍵控制系統(tǒng)及控制閥采取有效的事前維修，使因儀表原因?qū)е律a(chǎn)波動(dòng)次數(shù)大幅度降低。目前企業(yè)儀控專(zhuān)業(yè)預(yù)防性策略2.0 均有效開(kāi)展，執(zhí)行效果顯著，設(shè)備管理水平得到有效提升。