石油化工企业自动化仪表控制技术与故障预防

王强(中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086)

0 引言

近年来社会各行业与石化产品之间的供求关系愈发密切，石油化工产品需求缺口大量产生的同时，对石化企业的高标准生产要求随之放大，我国石油化工企业在此过程中实现了高速发展。作为石油化工行业自动化生产的基础保障，仪表控制与故障预防是实现石油化工行业自动化生产的坚实基础，有必要加强相关研究，以进一步促进石化产业高质量发展。

1 石油化工企业自动化仪表分类

在石油化工企业中，用于生产装置的仪表种类呈多元化、综合性以及智能化[1]。如，现场仪表主要是用以检测压力、温度、物位、流量等各种工艺参数的检测仪表；用以分析成分的氧含量分析仪表、硫含量分析仪表；用以检测可燃气体、氧含量、毒性的安全检测仪表；用以实时监控的炉膛燃烧高温监测探头、闭路监视摄像头等视频监控仪表；用以控制工艺流程所必备的烟道挡板、切断阀、快开风门、调节阀等执行仪表。按照功能和性质，可将自动化仪表划分为五类。一是根据性质，可将自动化仪表划分为电动、液动、气动三种；二是根据结构，划分为基地式仪表、单兀组合式仪表、综合控制式仪表；三是根据安装方式，划分为现场型仪表、架装型仪表、盘装型仪表。多种划分方式也能证明石油化工企业中，自动化仪表的种类繁多，并充分反映出其应用的重要意义。

2 石油化工中自动化仪表控制技术

2.1 DCS自动化控制技术

该项技术属于自动化控制系统中的常规自控技术，基于DCS系统以及相关技术，主要运用电动单元组合仪表灯，以动态控制生产过程，实现对石油化工生产的全过程管理和监督，批量控制石化产品，保障所采用的生产方法和措施具有安全性、稳定性、均衡性。从技术优势角度上分析DCS自动化控制技术，可以发现其应用充分借助了大数据、网络通讯技术、计算机自控及显示技术等，不仅能够深入挖掘并对数据进行处理，根据实际生产要求调节运行参数，且有效扩大了生产监督覆盖面。DCS自动化控制技术不断升级，现已具备高可靠性，依靠系统冗余容错的配置，有效降低因恶劣环境导致的系统模块损害事件发生概率，并做到及时便捷处理。

2.2 PID控制技术

运用PID控制技术，需要通过仪器测量石化生产动态。作为一种更先进且具备更高灵敏度的自动化控制技术，PID多项变量控制技术中的比例控制发挥主导作用，可以识别仪表与生产系统中存在的偏差并有效减少偏差，强化石油化工仪表模糊辨识能力。PID的控制作用与比例函数存在正相关关系，仪表设备将会随着积分作用的引入，同步系统波动，使得石油化工仪表与相关管设备动态效应减缓，但在余差消除方面，起到良好的辅助作用，即提高仪表控制精度。微分输出通过减少波动、调节时间、超调抑制等方式，提高石油化工系统的稳定性。

2.3 人机界面技术

现阶段，我国石油化工行业市场中，对石油化工产品需求量不断增加，对石油化工企业的生产提出更高要求，对于石化成品以及半成品的分离，要求更为精确。新型分散控制系统日益成熟，人机界面技术与之共同发展，通过应用新型分散控制系统，可以充分满足市场需求，实现了自动化控制仪表设备的良好人机互动形式，显著提升自动化监控与控制仪表的灵活性，做到对仪表的远程操控。正因如此，较之从前节约了大量人力资源。国内大型石油化工企业诸多系统内部的分站中，在数量上，有关人机界面服务项目不断增加，对仪表系统的管理逐渐升级，更能突显仪表的控制以及服务作用，石油化工企业的生产运营形成监督新格局。

3 石油化工企业自动化仪表常见故障判断与维修

石油化工企业自动化仪表具有本身独特的特点，具备可编程功能、记忆功能、数据处理功能等，设备精密度较高，一旦处于复杂的石化装置生产环境中，易出现故障问题[2]。仪表故障判断思路一方面是工艺因素，另一方面为仪表因素。结合实际，以某石油化工企业某炼油装置全年仪表故障统计表为依据，总结易出现故障的仪表问题如下：

3.1 物位仪表

故障表现通常为物位仪表始终处于最大或最小值、存在较大偏差或波动等。发现故障的第一时间应运用工艺手段或借助第三方设备，确认实际物位参数，判断是否属于液位仪表本体故障，若排除这一故障原因，可利用仪表通讯手操器检查仪表变送器参数设置，逐步开展故障点的排查工作，必要情况下，检查物位仪表取压部件内部导压液封，判断是否存在导压油膜片破损泄漏等情况。

3.2 流量仪表

流量仪表故障占据现阶段石油化工装置生产过程中，仪表设备故障发生较高比例。故障发生时，首先确定是否为工艺操作波动或工艺配置因素。基于此，石化企业生产过程中，常见的流量仪表故障处理通常分为以下三种：一是流量指示值最小。检测有无元件损坏、线路短路或断路、调节阀及电磁阀、系统压力低、调节器参数等；二是流量指示值最大。变送器调校原因可能性较小，通常为负压室引压系统堵或漏问题；三是流量波动大。如若流量参数不参与调节，此时可判断为工艺原因，如若其参与调节，需要检查带隔离罐的参数、引压管内部情况、调节器的PID参数、正负压引压管内液体高度等。以该装置为例，污水(出装置)流量仪表示值多次出现波动，故障原因为工艺管道内部存在气液两相流动情况，导致流量波动增大，可确认为工艺操作方面故障。在经过工艺调整处理后，流量仪表仍存在故障现象，则需要考虑是否存在内部故障。此时应按照检修规范程序，进行拆检或返厂维修。

3.3 压力仪表

故障表现为出现异常波动情况。需要及时排查是否为引压管连接问题，检查内部有无连接件破损、堵塞等情况。常见的压力仪表故障处理通常分为以下两种：一是压力突然变化至最大或最小，但指示曲线无变化。需要检查变送器引压系统，是否存在根部阀、引压管堵塞情况。一般情况下，变送器发生故障的可能性较小。因此应重点观察引压管内部是否存在异常介质或出现排污丝堵或排污阀泄漏情况。如炉膛负压变送器发生过故障，通过检查发现，因环境温度变化，加热炉根部阀出现冷凝积液，导致引压管局部堵塞，引起示值波动。针对此压力仪表故障，将引压管根部短管改造成斜向上取压，同时对根部阀采取保温隔热处理，以促进冷凝汇流，可有效排除故障。

3.4 温度仪表

故障主要表现为温度指示不正常，出现误差、变化缓慢甚至不变化情况。针对此种情况，应了解工艺状况，明确介质情况以及仪表安装位置是否真确，是否存在气相或液相等其他工艺问题。排除这一原因后，需要考虑正常生产故障。在非新安装热电阻的情况下，可以排除热阻线极性接反这一故障情况[3]。对于温度仪表的故障处理，通常分为以下三种：一是温度突然增高。此种情况多为接线端子松动、热电阻短路、温度失灵、补偿导线断等原因，需要在掌握温度所处位置与接线布局的基础上，可以利用万用表的电阻(毫伏)档，分别在不同位置测量，得出几组不同数据后，可快速找到故障原因；二是温度骤减。此种情况多为热电阻短路、温度失灵、导线短路、热电偶短路等，此时需要找准故障薄弱点，如接线口处、导线拐弯处等进行故障排查，如若发现现场温度升高但总控指示无变化，即可证明在测量元件位置，出现沸点较低液体影响温度非正常变化；三是温度大幅波动或震荡。此种多为工艺情况，应主要检查参与调解的检查调节系统以排除故障。

4 石油化工企业自动化仪表故障预防

4.1 规范日常生产细节

需要重视日常工作细节的管理，以减低各种事故的发生几率。严格按照国家标准以及生产实际选择合适的仪表型号以及可以提高生产效率的高性价比生产设备，通过日常检查，及时淘汰或更新老旧设备[4]。建议设备仪表选择同系列产品，并配备专业技术人员对自动化仪表设备进行科学管理，结合生产实际，从细节入手，优化监督检查规章制度。为加强制度落实，可以与绩效挂钩。需要跟随仪表发展，制定或调整安全应急预案，保证一旦自动化仪表发生故障，可有效降低人员伤亡以及经济损失。

4.2 加强监督控制力度

实行自动化仪表故障分级管理方法，有序处理仪表故障。组建自动化仪表设备检察小组，定期对自动化仪表进行检测和维护，降低故障发生概率。管理人员需要详细记录历次检查和维护的各项数据，后期发生仪表故障时，可通过记录查找故障发生原因，明确相关人员责任。客观评估仪表安全性，准确分析仪表整体零部件。逐渐完善并形成健全的监管检查与维护系统，最大程度降低自动化仪表故障率，使其始终处于正常运行状态，保证石油化工企业生产工作不受影响。专业技术人员可以通过分析历年自动化仪表检测与维护的记录数据，分析出仪表可能出现的故障，规划维护检测周期，制定策略有效预防。因此，需要对投产的仪表进行系统化的故障预防，做到及时更换超期服役的仪表，避免安全事故发生影响石化企业稳定生产运行，从根源处排除自动化仪表安全隐患。可以采用DCS系统辅助仪表管理，可对仪表使用寿命进行准确推算，建立更为科学的仪表管理制度。

4.3 加强人员专业素质

自动化仪表属于精密的仪器设备，在其安装、运营与维护管理的过程中，需要管理人员具备良好的专业知识以及责任意识，并具备丰富的经验，由此才能胜任这一管理工作。相关工作正式开展前，可根据实际，针对性开展技术培训，以思想教育与理论结合的方式，有效提高管理人员的素质与专业技术水平。石油化工企业可以安排人员定期参加教育培训活动，内容需要包括自动化仪表故障检测与维护方式、智能化、自动化发展前沿信息等。通过一系列激励措施鼓励人员继续学习深造，还可以有效提高其综合素质，提升思想意识，为自动化仪表的安全稳定运转提供有力的技术支持。同时聘请高资质专家、学者开办讲座，分析自动化仪表故障典型案例并开展模拟实训，提高人员个人能力。

5 结语

石油化工企业需要明确认识到自动化仪表对石化生产的重要性，顺应科技发展趋势，掌握自动化控制技术最新发展动态，适时引进先进自控技术，对现有技术进行升级优化。同时，对于仪表管理人员而言，还需要立足于仪表自动化发展形式，重视对自动化仪表的故障排除与设备维护工作与深入探索研究，有效提升个人综合能力与素质，为石油化工企业的发展奠定坚实基础。