儀表是裝置穩(wěn)定可靠運(yùn)行的保障。為了保證儀表設(shè)備可靠運(yùn)行并延長(zhǎng)其使用壽命，各煉化廠都或多或少制訂了一些與儀表設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)有關(guān)的規(guī)定，這些規(guī)定大部分是基于經(jīng)驗(yàn)，或基于一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的故障現(xiàn)象而采取的有針對(duì)性的預(yù)防性措施?，F(xiàn)階段，中國(guó)石化的主要煉化裝置要求實(shí)現(xiàn)以四年為一個(gè)周期進(jìn)行檢修的目標(biāo)，檢修期間改造任務(wù)重、檢修時(shí)間短、檢修隊(duì)伍分包多等因素已成為影響檢修質(zhì)量的瓶頸。
隨著帶有故障自診斷功能的智能儀表的逐步應(yīng)用，使得儀表故障的預(yù)知性檢修多了一種技術(shù)手段，特別是DCS故障自診斷技術(shù)的普遍應(yīng)用，極大減少了由于DCS故障而導(dǎo)致的非計(jì)劃停工事故。但現(xiàn)場(chǎng)儀表或回路的中間回路環(huán)節(jié)大部分不具備這種故障自診斷功能，統(tǒng)計(jì)表明，日常不易引起注意的輔助儀表，恰恰是導(dǎo)致裝置跳車事故的主要因素，通過(guò)分析日常出現(xiàn)的儀表故障頻率和由此帶來(lái)的裝置運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，可以在裝置大檢修期間，采取科學(xué)有效的儀表預(yù)防性維護(hù)和檢修策略。
1、儀表故障類型
目前，中石化各企業(yè)普遍使用的是書面作業(yè)票，通過(guò)人工統(tǒng)計(jì)企業(yè)幾十甚至上百套裝置的各類大大小小的儀表故障幾乎不可能。值得推廣的是，已經(jīng)有個(gè)別大型石化企業(yè)在前幾年就已經(jīng)采用了先進(jìn)的電子作業(yè)票系統(tǒng)，這使得科學(xué)系統(tǒng)地統(tǒng)計(jì)并分析儀表故障的種類和頻率成為可能。圖1～5是利用電子作業(yè)票系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的某大型企業(yè)從2014年1月到2015年7月期間的儀表故障數(shù)據(jù)(注：數(shù)據(jù)已剔除了非故障的作業(yè)次數(shù)，如配合改造項(xiàng)目以及檢查無(wú)問題的作業(yè)次數(shù))。圖1中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，儀表故障排名依次為：一次表及其附件、調(diào)節(jié)閥、操作站、儀表回路環(huán)節(jié)、分析表。圖2-圖5則進(jìn)一步說(shuō)明了圖1各部分的組成和故障比例。
圖1 儀表故障類型分布
圖2 一次表及其附件故障分布
圖3 調(diào)節(jié)閥各部分故障類型分布
圖4 DCS各部分故障分布
圖5 儀表回路環(huán)節(jié)故障分布
由圖2可見，一次表的檢查調(diào)整是日常儀表故障處理的主要工作，占全部故障處理作業(yè)的56%。在石化企業(yè)，該作業(yè)的頻率受工況影響較大，也與操作習(xí)慣有關(guān)-有時(shí)操作工習(xí)慣于依賴儀表工的檢查結(jié)果以做出正確判斷。檢查調(diào)整作業(yè)的主要內(nèi)容是變送器回零檢查、打沖洗油及排放等，這種作業(yè)對(duì)裝置的安全運(yùn)行并不構(gòu)成大的威脅，但排名第二的引壓管或伴熱管的管線補(bǔ)焊堵漏則應(yīng)引起重視，引壓管泄漏會(huì)導(dǎo)致煉油廠廣泛存在的H2S介質(zhì)的泄漏，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致人員傷亡；而伴熱管泄漏本身雖然沒有大的危險(xiǎn)性，但由于補(bǔ)焊需要?jiǎng)踊?，?duì)運(yùn)行著的裝置會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)。
調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行效果，直接影響到裝置運(yùn)行的平穩(wěn)。由圖1可以看出，調(diào)節(jié)閥的故障占總儀表故障率的約1/5，而調(diào)節(jié)閥附件的故障又在其中占了大部分比例，有文獻(xiàn)指出煉油廠加氫裂化裝置的調(diào)節(jié)閥附件故障占了該裝置調(diào)節(jié)閥總故障的33.6%。若統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)擴(kuò)大到石化廠的全部裝置，特別是包含油品儲(chǔ)運(yùn)裝置的氣缸閘閥時(shí)，這個(gè)數(shù)據(jù)就遠(yuǎn)不止如此了，從圖3可以發(fā)現(xiàn)，回訊故障能占到調(diào)節(jié)閥總故障量的45%。由于多數(shù)回訊并不參與聯(lián)鎖，回訊故障對(duì)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行威脅并不大。閥體組件故障是構(gòu)成調(diào)節(jié)閥故障的第二大因素，在大檢修時(shí)，各個(gè)煉化企業(yè)都會(huì)把調(diào)節(jié)閥檢修列入重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，但通過(guò)檢修來(lái)降低調(diào)節(jié)閥故障率的手段并不多，原因是對(duì)于既有閥門，除非對(duì)閥門本體進(jìn)行改進(jìn)或者改變工藝，否則很難保證閥門不再在下個(gè)周期再次出現(xiàn)問題。從歷年來(lái)中石化各企業(yè)通報(bào)的事故分析，閥門本體問題造成跳車的次數(shù)也鮮有發(fā)生。需要引起注意的是閥門附件問題，定位器和電磁閥故障占了調(diào)節(jié)閥故障總數(shù)的25%，定位器故障往往會(huì)造成裝置波動(dòng)甚至跳車；而電磁閥則是近幾年來(lái)中石化各企業(yè)裝置發(fā)生誤跳車的主要因素，電磁閥故障會(huì)直接關(guān)閉或打開聯(lián)鎖閥，從而導(dǎo)致誤跳車，有時(shí)電磁閥也會(huì)導(dǎo)致聯(lián)鎖拒動(dòng)，從而帶來(lái)更大危害。定位器和電磁閥的故障除了自身的問題外，在實(shí)踐中還發(fā)現(xiàn)，它們的故障還與接線盒進(jìn)水、儀表空氣不干凈等因素有關(guān)。過(guò)濾減壓閥可能是目前大部分煉化企業(yè)尚未引起高度重視的一個(gè)元件，雖然它本身故障直接導(dǎo)致的跳車次數(shù)比定位器或電磁閥的少得多，但可以肯定的是：定位器和電磁閥的故障相當(dāng)一部分原因是氣源過(guò)濾器發(fā)揮不了正常作用進(jìn)而導(dǎo)致空氣不潔造成的。
DCS故障名列全部?jī)x表故障的第三位(圖1)，DCS故障的主要因素是主機(jī)及外設(shè)故障，其次是卡件問題。主機(jī)及外設(shè)故障對(duì)裝置運(yùn)行的影響極小，很少會(huì)導(dǎo)致裝置波動(dòng)或跳車，而卡件則由于冗余配置的關(guān)系，也很少發(fā)生由此造成的跳車，需要引起關(guān)注的是占比例最小的回路環(huán)節(jié)問題，雖然僅占7%，但是引起跳車的風(fēng)險(xiǎn)卻極大，從圖3可以看出，回路環(huán)節(jié)故障的三大因素分別是端子和線路問題、電源問題和中間元件(如報(bào)警設(shè)定器、安全柵、繼電器、保險(xiǎn)絲及按鈕等)問題，這些都是容易忽略的“次要”儀表或附件。
綜上可見，造成裝置跳車或波動(dòng)的主要因素是定位器、電磁閥、過(guò)濾減壓閥和儀表回路環(huán)節(jié)。從施工安全來(lái)講，儀表管線的腐蝕治理也應(yīng)是重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。
2、儀表預(yù)防性維護(hù)維修措施
煉化企業(yè)的儀表預(yù)防性維修分為日常維護(hù)和停工期間檢修兩部分。日常預(yù)防性維修是通過(guò)定期保養(yǎng)工作計(jì)劃展開的，目前各煉化企業(yè)根據(jù)企業(yè)的特點(diǎn)，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表或DCS系統(tǒng)，都在不同程度地開展預(yù)防性維護(hù)工作。但是對(duì)容易造成誤跳車或波動(dòng)的定位器、電磁閥和過(guò)濾減壓閥，因?yàn)樵谌粘：茈y開展預(yù)防性維護(hù)工作，所以需要在大檢修期間予以安排，而在減少回路環(huán)節(jié)儀表故障方面則也可以在日常做一些間接改善工作。
2.1 DCS機(jī)柜間空氣質(zhì)量的治理
治理DCS機(jī)柜間的空氣質(zhì)量是延長(zhǎng)回路環(huán)節(jié)元件壽命的一個(gè)重要手段。現(xiàn)階段，很多煉化企業(yè)通過(guò)改造，把原先分散在裝置旁邊的小操作室撤并，建設(shè)成了集中中央操作室(CCR)，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間通過(guò)兼并原先的小操作室也有所擴(kuò)大。但現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間的一個(gè)共性問題是密封效果很差，室外腐蝕性氣體很容易侵入，導(dǎo)致DCS配套的安全柵、繼電器及鈕子開關(guān)等附件氧化腐蝕加劇，實(shí)踐中常發(fā)現(xiàn)端子上有發(fā)黑現(xiàn)象。根據(jù)ANSI/ISA-71.04-1985關(guān)于空氣品質(zhì)等級(jí)的劃分，室內(nèi)的空氣等級(jí)可以分為4類，詳見表1室內(nèi)空氣品質(zhì)等級(jí)分類:
某煉化企業(yè)曾對(duì)其86個(gè)機(jī)柜進(jìn)行過(guò)空氣腐蝕掛片檢測(cè)，其結(jié)果為：G1腐蝕等級(jí)62個(gè)，占總數(shù)的72%；G2腐蝕等級(jí)13個(gè)，占總數(shù)的15%；G3腐蝕等級(jí)11個(gè)，占總數(shù)的13%；GX腐蝕等級(jí)0個(gè)。G2和G3腐蝕等級(jí)區(qū)域的機(jī)柜間基本上是硫磺裝置、污水裝置、焦化裝置、電站裝置、火炬單元及循環(huán)水裝置等，這些裝置周圍空氣中腐蝕性成分或灰塵較多，室內(nèi)儀表設(shè)備損壞的頻率也相對(duì)較高，檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相符。
就改善空氣質(zhì)量的措施來(lái)看，在機(jī)柜間增設(shè)空氣凈化內(nèi)循環(huán)機(jī)，對(duì)于無(wú)法做到機(jī)柜間微正壓環(huán)境的老裝置而言是一個(gè)很好的措施，與此同時(shí)要做好機(jī)柜間的密封，特別是電纜進(jìn)線口、門、窗、隔墻、天花板和活動(dòng)地板下方的隔離。另外，空調(diào)的運(yùn)行應(yīng)盡量減少新風(fēng)運(yùn)行模式，不然空氣凈化機(jī)的作用會(huì)大打折扣。在某企業(yè)的焦化裝置旁邊的機(jī)柜間內(nèi)，曾經(jīng)有一套緊急停車系統(tǒng)的卡件故障率很高，其機(jī)柜間內(nèi)的活動(dòng)地板上經(jīng)常可以看到蒙著一層薄薄的焦粉，經(jīng)查發(fā)現(xiàn)系空調(diào)新風(fēng)帶入，后來(lái)改變空調(diào)的運(yùn)行模式并安裝了空氣凈化機(jī)后，問題得到妥善解決。
2.2 調(diào)節(jié)閥及其附件的預(yù)防性檢修策略
調(diào)節(jié)閥的閥體組件位于調(diào)節(jié)閥故障排列的第二，雖然如此，目前沒有一個(gè)煉化企業(yè)在大檢修期間會(huì)對(duì)全部閥門進(jìn)行解體檢修。閥門檢修的依據(jù)通常是以已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的缺陷為基礎(chǔ)，結(jié)合易損或重要部位的閥門進(jìn)行的。石化廠易損和重要部位的閥門一般定義為：高溫油介質(zhì)場(chǎng)合、燃料氣(油)閥門、動(dòng)作頻繁和易沖刷(磨損、結(jié)焦及聚合等)部位的閥門；加熱爐(再生器)等溫度較高場(chǎng)合的氣缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)、罐頂N2封自力式閥門。為了解決盤根老化問題，也應(yīng)該按期對(duì)調(diào)節(jié)閥的盤根進(jìn)行預(yù)防性更換。
若閥門可以采用閥門診斷軟件進(jìn)行故障診斷，則應(yīng)根據(jù)診斷結(jié)果確定檢修范圍。閥門診斷能全面檢查閥門的狀況，包括閥內(nèi)件和盤根卡澀問題，目前部分國(guó)外廠家的帶智能定位器的閥門已可以開展在線故障診斷。
對(duì)于電磁閥，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)它的端子接觸和線圈絕緣情況進(jìn)行檢查。對(duì)于兩位五通電磁閥、氣路切換塊、機(jī)組停車電磁閥和電液轉(zhuǎn)換器，應(yīng)考慮在每個(gè)檢修周期進(jìn)行解體清洗檢查。對(duì)于部分特別重要的電磁閥，則應(yīng)考慮每個(gè)檢修周期或幾個(gè)周期進(jìn)行整體更換。
對(duì)采用有機(jī)玻璃罩杯的過(guò)濾減壓閥或調(diào)節(jié)手柄為塑料材質(zhì)的過(guò)濾減壓閥，應(yīng)進(jìn)行逐步更換，避免因過(guò)濾器罩杯或調(diào)節(jié)手柄在使用過(guò)程中的突然破裂而導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥的氣源失壓，一些國(guó)產(chǎn)品牌的過(guò)濾減壓閥還要特別注意濾芯的檢查，若發(fā)現(xiàn)有非金屬濾芯的則應(yīng)全部更換，非金屬濾芯容易粉化，對(duì)定位器造成致命影響。鑒于此，對(duì)于新采購(gòu)的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)從源頭上把好過(guò)濾減壓閥的選型關(guān)。
對(duì)帶恒節(jié)流孔的機(jī)械式定位器，在檢修期間應(yīng)對(duì)其恒節(jié)流孔進(jìn)行疏通(如HEP定位器)或吹掃(如KOSO定位器)，并對(duì)噴嘴擋板進(jìn)行清潔。
2.3 電源的預(yù)防性檢修
儀表電源主要有24V(DC)開關(guān)穩(wěn)壓電源、UPS及DCS等各類系統(tǒng)設(shè)備自帶的電源卡，因?yàn)殡娫粗写嬖诖蠊β拾l(fā)熱元件和電解電容，其壽命相對(duì)其他儀表設(shè)備而言較短。有的穩(wěn)壓電源帶有風(fēng)扇，在散熱的同時(shí)，也容易吸入灰塵，加劇內(nèi)部元器件的發(fā)熱從而使壽命縮短。為此，在停工檢修期間應(yīng)對(duì)電源進(jìn)行檢修，檢修采用清灰與整體更換相結(jié)合的原則進(jìn)行。為達(dá)到好的清灰效果，對(duì)24V(DC)穩(wěn)壓電源模塊和電源切換開關(guān)應(yīng)開蓋清灰；而對(duì)于重要裝置的機(jī)組電源則應(yīng)確定周期進(jìn)行整體更換。
電源方面的另一個(gè)問題是220V(AC)單電源供電的聯(lián)鎖儀表設(shè)備，應(yīng)保證在這路電源中斷后所在裝置不會(huì)跳車。雖然在石化廠中，大部分儀表設(shè)備已經(jīng)按220V(AC)雙路供電配置或直流電源進(jìn)行了供電，但一些儀表設(shè)備，如就地機(jī)組控制器、分析表、射線料位計(jì)往往是單220V(AC)電源供電的，對(duì)于這些設(shè)備應(yīng)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)于單電源中斷后會(huì)造成裝置跳車的，則應(yīng)進(jìn)行改進(jìn)，為確保識(shí)別工作全面不遺漏，在大檢修期間應(yīng)做電源切換試驗(yàn)，如圖6所示。首先拉開電氣側(cè)GPS輸出電源QF4，儀表控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，恢復(fù)送電；拉開UPS輸出側(cè)開關(guān)QF3，儀表控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，恢復(fù)送電；拉開GPS輸出側(cè)電源QF4，同時(shí)拉開UPS輸入側(cè)電源QF1，儀表控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，恢復(fù)送電。
2.4 回路環(huán)節(jié)的檢修
對(duì)于回路環(huán)節(jié)的檢修，一是建議定期更換老化元件，如與電氣隔離用的220V(AC)觸點(diǎn)繼電器、保險(xiǎn)絲、現(xiàn)場(chǎng)和操作室輔助操作臺(tái)上的按鈕，這些元件一般可按3個(gè)檢修周期進(jìn)行更換，報(bào)警設(shè)定器和安全柵不超過(guò)4個(gè)檢修周期更換；二是對(duì)接線端子進(jìn)行全面檢查，尤其不能忽視對(duì)輔助操作臺(tái)上的開關(guān)按鈕、現(xiàn)場(chǎng)急停按鈕、接線箱、調(diào)節(jié)閥各部件的接線端子的檢查，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)單個(gè)儀表至少要做到聯(lián)鎖儀表端子的檢查。另外，電氣和儀表專業(yè)交界面的端子是易被疏忽之處，若電氣和儀表專業(yè)的分工不明確，該處端子的檢查容易被遺忘，從而留下隱患。
2.5 DCS(SIS、CCS等)的預(yù)防性檢修
一般在一個(gè)檢修周期后就要對(duì)DCS進(jìn)行點(diǎn)檢，點(diǎn)檢包括通過(guò)專門軟件來(lái)檢查系統(tǒng)性能并備份軟件、查殺病毒等，以及針對(duì)卡件除塵和從壽命考慮的硬件更換，硬件主要有：CPU后備電池、過(guò)濾網(wǎng)、各類風(fēng)扇、電源卡及保險(xiǎn)絲等。表2列出了部分主要系統(tǒng)廠商硬件的建議更換年限。
2.6 保溫層下引壓管和伴熱管的腐蝕檢修
在煉油化工裝置上，當(dāng)儀表的測(cè)量元件直接與腐蝕介質(zhì)接觸，會(huì)加速儀表的腐蝕性損壞。在抵御對(duì)儀表的“內(nèi)腐蝕”方面，已有很多辦法，如采取改進(jìn)儀表材料或灌隔離介質(zhì)的方式。但是，儀表引壓管或伴熱管保溫層下的腐蝕問題還沒有被引起足夠重視，特別在冬季，大量伴熱管的補(bǔ)漏極大地增加了裝置的安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，而引壓管的外泄漏有時(shí)則會(huì)對(duì)生命構(gòu)成威脅。
保持儀表引壓管管線不被腐蝕的辦法是防腐后做好保溫層的保護(hù)層，防止雨水侵入保溫層。保溫是施工的最后一道工序，往往在裝置檢修結(jié)束時(shí)還沒有完工，保溫工的技術(shù)素質(zhì)和施工質(zhì)量很少會(huì)有人去關(guān)注，保溫保護(hù)層防不了雨水，時(shí)間不久又會(huì)發(fā)生腐蝕。在這方面，可以借鑒日本出光煉油廠的做法，該廠全年的保溫人員是固定的，通過(guò)細(xì)水長(zhǎng)流的方式對(duì)全廠保溫進(jìn)行維護(hù)，從文獻(xiàn)報(bào)道可知該廠的儀表保溫質(zhì)量非常優(yōu)良。
2.7 其他儀表的預(yù)防性檢修
高溫場(chǎng)合的雙法蘭膜盒由于長(zhǎng)期工作在高溫下，有時(shí)會(huì)發(fā)生鼓包等現(xiàn)象，膜盒鼓起變送器處于損壞的臨界狀態(tài)，在運(yùn)行期間并不能被操作工及時(shí)發(fā)現(xiàn)，所以有必要在檢修期間進(jìn)行預(yù)防性拆檢。另外，煉化廠內(nèi)的新鮮水、污水和循環(huán)水管線上的插入式流量計(jì)探頭也應(yīng)進(jìn)行抽出清潔，探頭部位極易長(zhǎng)苔草或結(jié)垢，影響儀表長(zhǎng)周期的使用。
2.8儀表校驗(yàn)
中石化儀表檢修按《石油化工設(shè)備維護(hù)檢修規(guī)程》的要求進(jìn)行。在每個(gè)檢修周期內(nèi)，要對(duì)每臺(tái)儀表進(jìn)行檢查校準(zhǔn)。但目前沒有一家中石化企業(yè)做到這一點(diǎn)，這些年來(lái)，在檢修期間要不要對(duì)儀表進(jìn)行全面校驗(yàn)、怎么校驗(yàn)，困惑著各企業(yè)的儀表專業(yè)人員。從日常故障發(fā)生的分布來(lái)看，變送器的故障只占了全部一次表故障的3%(圖2)，校驗(yàn)?zāi)馨l(fā)現(xiàn)儀表故障的機(jī)會(huì)非常有限，從所投入的人力成本與所發(fā)現(xiàn)的問題來(lái)看完全不成比例。為此，有必要制訂更為科學(xué)有效的校驗(yàn)原則。
除了國(guó)家規(guī)定的強(qiáng)檢儀表之外，對(duì)于其他儀表的校驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，從有效性考慮，必須校驗(yàn)的儀表建議為：
①所有調(diào)節(jié)閥的回路聯(lián)校(對(duì)檢修過(guò)的閥門還要進(jìn)行帶定位器單校)；
②機(jī)組探頭、機(jī)組殼體振動(dòng)開關(guān)、沉筒、壓力開關(guān)、報(bào)警設(shè)定器應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn)；
③對(duì)于能拆下且有技術(shù)手段標(biāo)定的管道式流量計(jì)、機(jī)組新購(gòu)的軸瓦溫度熱阻(熱偶)應(yīng)進(jìn)行檢定；
④智能變送器(包括智能雙法蘭變送器)應(yīng)進(jìn)行參數(shù)對(duì)比，以發(fā)現(xiàn)DCS等控制系統(tǒng)與實(shí)際設(shè)置值之間的差異，而不做實(shí)際壓力校驗(yàn)的要求。
3、結(jié)束語(yǔ)
要提高儀表預(yù)防性維護(hù)和檢修的科學(xué)性和有效性，必須基于對(duì)儀表故障分析正確判斷的基礎(chǔ)上。目前，中石化各企業(yè)已經(jīng)開始應(yīng)用統(tǒng)一的、技術(shù)更為先進(jìn)的EAM設(shè)備管理系統(tǒng)，相信經(jīng)過(guò)幾年的故障數(shù)據(jù)積累和分析，定會(huì)更加明確故障與保養(yǎng)或更換周期之間的關(guān)系，這對(duì)于指導(dǎo)中國(guó)石化各企業(yè)的儀表預(yù)防性維護(hù)工作會(huì)起到積極的作用。
作者：魏劍萍(中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化分公司)
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