试论自动化仪表故障在石油化工行业中的分析和处理

张思扬

【摘要】石化生产中，常规仪表主要分为四大类，即流量检测仪表、物位检测仪表、温度检测仪表及压力检测仪表，日常维护中，需要工作人员掌握这些仪表的工作原理、构造、性能指标等，同时，还要注重控制系统各个环节的特点、衔接及易发故障节点等，并熟悉相应的工艺流程及介质。本文从一、石油化工行业检测执行仪表概述，重点的讲述了自动化仪表故障分析思路及常规处理措施和方法。

【关键词】石油化工 自动化 仪表故障 分析处理

前言

在石油化工行业中，常规自动化仪表主要包括温度检测仪表、流量检测仪表、压力检测仪表、物位检测仪表等。工作人员在对这些仪表进行日常维护时，必须掌握好仪表的内部构造、工作原理、工作指标和性能等事项，与此同时要加强控制仪表中易发生故障的节点。由于工艺因素和仪表因素均可能是引起自动化仪表故障的因素，所以工作人员要熟悉仪表的工艺流程，及时、准确判断仪表故障出现的根源，在最为有效地时间内处理故障，确保正常生产，减少故障对生产造成的影响。

一、石油化工行业自动化工业仪表的特点

石油化工行业自动化控制仪表主要特点是采用先进的微电脑芯片及技术减小了体积，并提高了可靠性及抗干扰性能。概括起来主要包括以下几点：

1.自动化工艺仪表的可编程功能

在控制电路的过程中，硬件软化可以通过一些接口芯片来进行一个比较复杂的功能控制，它的软件编程就是以储存控制程序代替往常的顺序控制。如果在这个过程中用硬件代替，则需要一个完备的定时和控制电路。所以，总的来说，如果可以利用软件置入仪器仪表来代替常规的逻辑电路，则可以极大地简化了硬件的结构。

2.自动化工业仪表的记忆功能

往常，仪表采用的形式一般都是时序电路和组合逻辑电路，它们只可以在一定的时刻里记忆一些简单的状态，但是当下一状态到来之后，前面记忆到的状态就完全消失掉了。但自从把微机引入到仪表的应用之后，它的随机存储器本来就可以记忆前一状态中的信息，所以只要一充上电，这些记忆便可以一直被保护存下来，同时还可以记忆其它状态的信息，再进行信息的重现和处理。

3.自动化工业仪表的计算功能

由于微型计算机是自动配置在自动化仪表中的，因此可以实现高精度的多种复杂计算。在自动化仪表的计算中，我们还可以进行确定极大和极小、被测量的给定先检测和乘除一个常数等各方面的比较和运算。

4.自动化工业仪表的数据处理功能

在测量中，我们往往会遇到很多问题，例如自检自校、线性化处理、抗干扰和测量值和工程值的轉换等等。但是因为有了微处理器和软件，我们都可以很方便地用软件来处理这些问题。第一，可以极大地减轻软件的负担，第二，丰富了处理功能。除此之外，自动化仪表在检索和优化等方面也是存在极大的功能的。

二、石油化工行业检测执行仪表概述

1.温度仪表

石油化工企业的管道内介质温度和现场生产设备温度均应在温度监控的状态下进行安全生产，一般温度控制的范围为-200℃～1800℃，大部分温度测量均采取接触式测量方式。在现场温度仪表中，常规使用的品种包括热电阻、顺贵金属温度计、热电偶等。其中，热电偶信号和热电阻往往可以直接与DCS或温度采集仪器相接入，在现场总线技术日益成熟的情况下，一体化温度变动器的应用具有较大的发展空间。

2.压力仪表

在石油化工生产中，压力控制与安全生产的联系十分紧密，所以压力控制一直被企业视为生产管理的重中之重。压力仪表在生产中可控制的压力范围为300MPa左右，对于变动器、压力传感器、特种压力仪表等设备，可以根据生产需要运用多种工作原理，如脉动介质、粉状、高温介质、粘稠状、易结晶介质等压力测量等，能够确保较高的测量精确度，现阶段，石油化工生产主要使用的压力仪表包括弹性式、液柱式、活塞式三种类型。

3.物位仪表

通常情况下，石油化工生产采用液位测量的方式，以提高测量的精确度，准确了解被浮力式仪表。物位仪表根据压力和压差的不同，其测量放肆也有所不同，主要包括静电式、雷达式、直读式、电容式、点接触式、浮力式、雷达式、辐射式、超声波式、重锤式、激光式、矩阵涡流式、磁致伸缩式等。在这些测量方式，具备较高测量精确度的方式为磁致伸缩式、雷达式和矩阵涡流式，并且已经在石油化工生产中得到了良好应用。

4.流量仪表

流量参数与温度、液位、压力参数共同构成了石油化工行业生产的重要信息数据基础，所以同样也必须确保流量参数测量的精确度。在流量考核中要遵循优化和稳定的原则，确保流量仪表能够准确获取单位时间内物体有效截面的流体体积、温度和压力补偿数值，为正常生产提供可靠数据。

三、石油化工行业自动化工业仪表的控制技术

1.常规控制

其实，石化工业自动化的顺序控制、批量控制和连续控制等这些基本控制策略是依然不变的，这些我们都可以从电动单元组合仪表、气动单元组合仪表、常规DCS和新一代DCS的变化中观察出来。这些控制主要包括很多方面的内容，例如比率调节、均有调节、前馈调节、自动选择调节、分成调节、串级调节、单回路控制、连续控制、分成调节、非线性调节和自动选择调节等。但是，PID调节依然是最基础的。具体来说，就是控制算法和功能块基本没有什么变化，而组态能力和控制方案的变化则是最大的。

2.先进控制和优化

在现代化的控制论推动之下，各种各样的智能化算法呈多样化。其实除了只能PID控制器之外的其他多变量控制都已经在石化行业和炼油行业实现了生产实践阶段的运用。虽然它的基础是DCS，但是它既可以是一个软件包，也是一个独立的个体。多变量动态过程软测量技术和模型辨识技术都是和它有着极大的联系的，多数都是采用PID串级控制和测控相结合的方式。单一油源在炼油厂中的成功率最高，尤其是在卡边控制上，它的平稳操作基础的增效效果是最明显的。

3.人机界面

目前，石化企业的形势已经不再是一对一的装置和控制室，二是发展到多个装置对应一个控制室的形式，并且他们的最终表现是以LCD和CRT显示屏为主的，偶尔辅以一些显示仪表和指示灯。鼠标和键盘操作为主，触摸屏和少数旋钮与按钮则是辅助工具。工业电视的摄像头画面也实现了以DCS代替专用屏的目标。

在DCS的组态过程中，人机界面的操作策略是和控制策略紧紧相伴的。在工位号操作的过程中，细目画面、趋势画面和分组画面等这类典型的“仪表棒图”都是可以相伴的，可以快速实现“组态”。但是模拟图的制作则需要比较谨慎，需要我们按照工艺要求来实现，这些都是关系到报警、优化操作、事故判断和信息处理能力等人机界面是否能够取得友好相处的问题。一方面，我们需要提高DCS和HMI等软件产品的性能，另一方面，我们除了需要控制方案等指标的实现之外，还需要注意控制在系统集成过程中的硬指标的实现，在人机界面这些软指标方面也需要尽到百分之一的努力，更加需要工作人员树立无私的服务思想，和工艺操作人员之间进行密切的配合，从而在工艺装置中实现最完美的操作。

4.安全仪表系统

石化装置的安全性要求如今越来越备受各方面的关注，主要都是由于连续化和大型化以及工艺过程中易燃易爆等原因引起的。以往的单纯又DCS设备来实现安全连锁保护的方法如今已经不能再满足企业的需求，所以紧急停车系统的加入显得尤其重要。自动化仪表基于IEC61508和IEC6151的安全仪表系统（SIS），正极大地满足了企业的安全需求。

四、自动化仪表故障分析思路及常规处理

石化生产中，常规仪表主要分为四大类，即流量检测仪表、物位检测仪表、温度检测仪表及压力检测仪表，日常维护中，需要工作人员掌握这些仪表的工作原理、构造、性能指标等，同时，还要注重控制系统各个环节的特点、衔接及易发故障节点等，并熟悉相应的工艺流程及介质。因为，通常仪表的异常现象，可能是由工艺因素、仪表因素或者二者共同引起的。当故障发生时，仪表维护人员需要与工艺人员确认后及时判断故障发生的根源，以在最短的时间内排出故障，保证生产安全平稳。

1.流量检查仪表故障分析及处理

流量指示经常会不正常，比如指示偏高、偏低等。

（1）流量控制仪表系统指示到最小时，首先检查现场检测仪表指示也最小，则检查调节阀开度，若调节阀开度为零，则常为调节阀到调节器之间故障。當现场检测仪表指示最小，调节阀开度正常，故障原因很可能是系统压力不够、系统管路堵塞、泵不上量、介质结晶、操作不当等原因造成。若是仪表方面的故障，原因有：孔板差压流量计可能是正压引压导管堵；差压变送器正压室漏；机械式流量计时齿轮卡死或过滤网堵等。

（2）流量控制仪表系统指示值达到最大时，则检测仪表也常常会指示最大。此时可手动遥控调节阀开大或关小，如果流量能降下来则一般为工艺操作原因造成。若流量值降不下来，则是仪表系统的原因造成，检查流量控制仪表系统的阀门是否动作；检查仪表测量引压系统是否正常；检查仪表信号传送系统是否正常。

（3）流量控制仪表系统指示值波动较频繁，可将控制改到手动，如果波动减小，则是仪表方面的原因或是仪表控制参数PID不合适，如果波动仍频繁，则是工艺操作方便原因造成。

在此我以电动差压变送器为例（ROSEMOUNT 1151 系列）。仪表保运人员在处理故障时应先向工艺人员了解故障情况，了解工艺情况。

2. 物位检查仪表故障分析及处理

（1）液位控制仪表系统指示值变化到最大或是最小时，可以先检查检测仪表看是否正常，如指示正常，将液位控制改为手动遥控液位，看液位变化情况。如液位可以稳定在一定的范围，则故障在液位控制系统；如稳不住液位，一般为工艺系统造成的故障，要从工艺方面查找原因。

（2）差压式液位控制仪表指示和现场直读式指示仪表指示对不上时，首先检查现场直读式指示仪表是否正常，如指示正常，检查差压式液位仪表的负压导压管封液是否有渗漏；若有渗漏，重新灌封液，调零点；无渗漏，可能是仪表的负迁移量不对了，冲洗调整迁移量使仪表指示正常。

（3）液位控制仪表系统指示值变化波动频繁时，首先要分析页面控制对象的容量大小，来分析故障的原因，容量大一般是仪表故障造成。容量小的首先要分析工艺操作情况是否有变化，如有变化很可能是工艺造成的波动频繁。如没有变化可能是仪表故障造成的。

以电动浮筒液位变送器为例，当液位指示不正常，偏高或偏低时，首先要了解工艺状况、工艺介质，搞清楚被测对象是精馏塔、反应釜，还是储罐、反应器、用浮筒液位计测量液位，往往同时配置玻璃液位计。工艺人员以现存玻璃液位计为参照，判断电动浮筒液位变送器指示偏高或偏低，因为玻璃液位计比较直观。

3. 压力检查仪表故障分析及处理

当容器压力指示偏低、偏高或者不变化时，首先要了解被测介质是气体、液体还是蒸汽，了解简单的工艺流程。

（1）压力控制系统仪表指示出现快速振荡波动时，首先检查工艺操作有无变化，这种变化多半是工艺操作和调节器PID参数整定不好造成。

（2）压力控制系统仪表指示出现死线，工艺操作变化了，压力指示还是不变化，一般故障出现在压力测量系统中，首先检查测量引压导管系统是否有堵的现象，不堵，检查压力变送器输出系统有无变化，有变化，故障初处在控制器测量指示系统。

4. 温度检查仪表故障分析及处理

温度指示不正常通常指指示偏高、偏低或者变化缓慢甚至不变化等。

分析温度控制仪表系统故障时，首先要注意两点：该系统仪表多采用电动仪表测量、指示、控制；该系统仪表的测量往往滞后较大。

（1）温度仪表系统的指示值突然变到最大或最小，一般为仪表系统故障。因为温度仪表系统测量滞后较大，不会发生突然变化。此时的故障原因多事热电偶、热电阻、不畅导线断线或变送器放大器失灵造成。

（2）温度控制仪表系统指示出现快速振荡现象，多为控制参数PID调整不当造成。

（3）温度控制仪表系统指示出现大幅华南的波动，很可能是由于工艺操作变化引起的，如当时工艺操作诶有变化，则很可能是仪表控制系统本身的故障。

（4）温度控制系统本身的故障分析步骤：检查调节阀输入信号是否变化，输入信号不变化，调节阀动作，调节阀膜头膜片漏了；检查调节阀门定位器输入信号是否变化，输入信号不变化，输出信号变化，定位器有故障；检查定位器输入信号有变化，再查调调节器输出有无变化，如果调节器输入不变化，输出变化，此时是调节器本身的故障。

在此以热电偶为测量元件进行说明。

首先应了解工艺状况、被测介质的情况以及仪表安装位置，在气相还是液相等，可以通过询问工艺人员来了解。因为是正常生产过程中的故，而非新安装的电热偶，所以可以排出热电偶和补偿导线极性接反、热电偶或补偿导线不配套等因素。

5. 简单控制系统故障分析及处理

在实际生产中，控制系统经常会出现不稳定、输入信号波动大等现象，为了不影响生产及产品质量，我们必须对此作出及时的判断和处理。在处理这类故障时，作为仪表保运人员，必须很清楚控制系统的组成情况，在此我以流量on告知系统为例。简单的流量控制系统由电动差压变送器、单回路调节器和带电气阀门定位器的气动薄膜调节阀组成；此外，还要了解工艺情况，诸如工艺介质、简单工艺流程、流量类型以及介质的存在状态等。

参考文献：

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