仪表自控率低原因及提升措施

王毅 李江华(兰州石化公司建设公司电仪安装公司，甘肃 兰州 730060)

0 引言

近年来，逐渐形成企业精细化生产理念，部分石化企业采用DCS控制系统提高管理水平，其中仪表自控率是重要指标，大概98%自控回路是通过自动控制功能完成。然而，由于诸多因素影响，导致大量控制回路不能自动运行，对企业的发展产生严重影响，因此，如何提高仪表装置的平稳率与自控率成为当下的研究课题。

1 仪表自控率低原因

1.1 分析自动控制回路的投控评估报告

控制仪表是现代化工企业生产过程中常见的设备仪器，它是由相对独立的单元结构组成，各组成部分之间采用的是统一化标准的电信号或气压信号进行联络。根据化工生产的不同要求，可把单元以任意数量组成各种简单的或复杂的控制系统，常用的有电动单元组合式和气动单元组合式控制仪表。它可以将需要控制的被控变量的测量值与原有设定值进行比较，根据对比结果分析其存在的函数关系，再利用控制阀或其它设备进行生产过程控制。

在实际情况中，部分企业的仪表自控率始终处于较低水平，限制了仪表控制系统的功能，增加了工作人员的劳动强度，以及增加了人工操作失误的风险，由于装置的参数产生变化，因此，影响了企业的产品质量与效率。从仪表角度分析，主要有以下因素：阀门定位器的稳定性和精度较差，调节阀开度偏大或偏小，阀门的控制效果较差，阀自身的运行条件无法满足阀前后差压等。从工艺角度分析，主要有以下因素：仪表装置经常超负荷或低负荷运行，具有较大的负荷偏差，PID的参数不符合规范，控制回路之间相互干扰，组分变化与设计偏差较大，工艺装置经常出现变化波动等[1]。

1.2 分析实际投用情况

目前，由于技术等多方面条件限制，大多数企业化工装置仪表自控率较低，操作人员自身水平不足，无法发挥其自动化控制的优势，增加了操作失误的风险，而装置各参数的波动也影响了产品质量和效益。根据对中石化部分企业仪表控制管理情况进行调研分析，以及对行业内管理人员的咨询请教，得出企业仪表自控率的安全标准应该在95%左右，但实际工作中各企业化工装置仪表的实际自控率一般不会超过90%。

从装置的使用情况分析，影响仪表自控率的原因主要有以下几点：第一，控制方案不符合实际需求，无法明显体现出控制效果，例如闪蒸塔液位没有控制回路，不能进行自动控制，需要手动操作；第二，仪表时常出现失误，减压塔C004液位控制，波动变化较大，以及常压炉氧表时常失灵，需要攻关，而瓦斯进料压力控制阀需要换阀；第三，仪表调节阀的稳定性较差，其中出现调节阀内漏超标的情况。由于长期磨损，导致热电运行部9台调节阀的泄露量较大，部分焦化装置使用年限较长，定位器的精准度逐渐降低，影响了设备的稳定性与灵活性。定位器的迟缓影响了自动投用；第四，不管控制阀门的调节开度大于80%，还是小于10%，控制阀门的选型不符合实际需求，设备设计参数与实际运行的需要具有一定差异性，通过调查分析，3#催化裂化装置有9台调节阀，而2#常减压装置有28台调节阀，运行开度不符合实际需求，需要进行改进；第五，PID参数在部分调节回路中设计不合理，由于参数设计难度较大，在自动控制时波动范围较大，难以控制波动情况，因此，工作人员经常采用手动方式，降低了自控率。当连续重整装置时，其中预加氢加热炉温度TIC10201的参数设定不合理，对扰动的抵抗能力较差，无法使温度达到设定的数值，长期以往就会出现较大的偏差；第六，控制回路之间经常会出现互相干扰的现象，例如渣油加氢装置、2#常减压装置、蜡油加氢装置，需要采用手动控制，确保下游装置的稳定性；第七，由于工艺原因，部分较为复杂的回路或滞后回路，偶尔会出现全关的情况，工作人员通常选择手动控制，减少对风险的担忧；第八，通过检查结果发现，部分工作人员无法掌握工艺需求，对仪表设备缺乏主动权，存在管理方面的问题，长期以来，缺乏提高自控率的方法，习惯于使用手动操作，企业缺乏有效的管理模式与流程，在职能管理与监督上明显体现出不足之处。

2 仪表自控率低的提升措施

某石化企业拥有苯乙烯装置、联合装置、MTBE装置三大主要装置，其中共有仪表控制回路296个，而企业的自控投用率只有62.46%，物耗与产能等指标较高，根据调查分析，主要因素是系统与人为因素，对尚未投用的仪表采取有效措施，使仪表的自控率达到了84%，极大程度提高了产能，降低了物耗与能耗的需求，以下列举出提高仪表自动率的有效措施。

2.1 建立完善的自控率监控系统与攻关团队

企业需要建立自控率监控系统，实时查询各个设备的自控率变化，对工作人员起到监督的作用，科学合理的完成自控率系统指标，为工作人员提供自控率考核的基础。同时，企业需要建立专门的攻关团队，专门负责提高仪表的自控率，其中人员组成包括生产管理人员、机动仪表管理人员、运行部工艺技术人员、电仪维护人员等，对各个设备进行控制分析，并且采取有效地解决措施，定期调查已经投用的自动控制回路，以及效果较差的回路，优化攻关团队的自动化控制，完善实施方案，从而实现提升自控率的目标[2]。

2.2 选择合理的控制阀门

由于仪表受工艺因素生产条件的影响，偏离了原本的设计指标，因此，工作人员需要选择适合的控制阀门，不管控制阀门的调节开度大于80%，还是小于10%，都要重新核算控制回路投自动的调节阀，及时进行更新或改造，同时，改造2#常减压装置28调节阀，确保装置的灵活性与可靠性。

2.3 解决影响仪表装置平稳的因素

工作人员需要解决影响回路自控的因素，优化仪表设备改造计划，提高仪表设备的安全性与可靠性，使其达到“灵、准、稳”三个要素，例如，工作人员需要及时更换9台调节阀，提高仪表调节阀控制效果的稳定性，确保热电运行部减少设备的磨损泄露量。同时，工作人员需要及时更新定位器精度较低和使用年限较久的5台调节阀。分析影响仪表设备的因素，研究人员共同攻关，优化控制方案，提高控制回路的自动化控制，及时更新渣油加氢装置和2#常减压装置。

2.4 深入研究DCS系统的功能

研究人员需要研发DCS系统的功能，通过更多的辅助措施，提高生产过程中的自动化控制，从而提高仪表的自控率。DCS系统可以优化装置参数，提高装置的稳定性。同时，具有高效的PID评估性能，可以快速完成PID参数优化工作，以及PID回路性能的批量评估工作，降低了维护工作量。若是在20万吨/年聚丙烯装置，以及260吨/年柴油加氢装置中使用PID性能评估，将会提高两套装置的自控率[3]。

此外，实现DCS自控率的自动统计，也能提高仪表自控率。控制仪表最初的统计是由人工进行来统计，这样的统计方式需要大量的人力资源，为企业现代化发展带来极大不便，并且容易造成自控率数据的不准确。所以，利用现有DCS的内部功能，实现DCS自控率的自动统计，能够有效解决这一问题。通过与厂家工程师的对接，实现了DCS自动统计投用自控回路的个数统计，对因为装置停用、备用设备等原因没有投用的回路进行自动化管理，不将其计入回路总数中，并自动计算出实时的仪表自控率。通过DCS画面链接到流程图画面，工作人员能够实时看到自控率的变化，并通过对相关数据变化情况的分析，判断仪器使用情况，提高生产质量。

2.5 强化回路控制

在进行仪表自控率提升措施研讨过程中，部分仪表自控效率低下的原因，就是控制回路正常工作需要全开或者全关，而这种工艺需要操作人员进行人工作业，过分依赖于操作人员的反应能力及技术技巧。若由于工作人员的疏忽，造成某个仪器的开关状态错误，则有可能造成生产事故。所以，管理人员需要与技术人员进行充分交流，适当调整设定值，保证参数在自控状态下不会频繁开关，确保稳定运行的情况下将这部分控制回路投用自控。另外，通过调整控制参数优化控制性能，也可以提高仪器自控效率。有些控制回路在装置运行期间，由于参数设置不当容易产生波动较大情况，若没有相关维护工作的及时，将会影响仪器自控效果。在进行回路自控时，应控制阀位变化幅度，降低阀位变化造成设备波动或联锁停机的可能性，增加输出限幅控制，保证调节阀开度变化程度。

2.6 优化检测单元

检测单元是控制系统的源头，其主要功能是将被控参数进行实时检测并且变送，之后与设定的数值对比，在控制器里输入产生的偏差，进行运算处理，一旦收集的数据错误，将会导致被控参数失去控制，运算过程与运算结果错误，容易出现事故。另外，由于检测单元与控制的对象具有重大的联系，受多种因素影响，其中包括温度、振动、电磁等外界环境影响，以及气化、结晶、组分变化、液化等工艺环境影响，因此，需要从温度检测仪表、压力检测仪表、液位检测仪表、流量检测仪表四大因素分析。

首先，温度检测元件存在介质中，对于热电阻可以采用三线制，而对于热电偶可以采用冷端补偿，从而消除环境因素的影响。由于温度检测仪的装置过于简单，因此，只需要合理安装位置即可，严格规范施工流程，确保控制系统的稳定性。在工艺方面，还需要防止温度套管上结晶，影响温度检测仪表的灵敏度和导热性；其次，通常在传感元件与被测介质之间，设计取压阀门和导压引线，为外界提供了干扰通道，因此，需要采用保温和伴热措施，避免介质气化，对压力检测仪表产生影响。在工艺方面，还需要避免介质之间互相冲突，使介质密度与设计规格保持一致，并且需要防止结晶，确保压力检测仪表的稳定性；再次，工作人员需要加强对液位计的维护工作，根据季节的变化，及时调整填充隔离液仪表的周期。选择抗干扰能力较强的仪表，清除外界对液位检测仪表的干扰。在工艺方面，按照设计参数进行差压式和应力式的调校；最后，工作人员需要确保工况参数恒定，根据温度、介质密度、压力等运行条件，进行相应的计算与加工。同时，确保正、负压引线具有相同的介质密度。还需要及时与工艺进行沟通，确保运行条件与设置保持一致，若是出现偏差，则进行调整[4]。

3 结语

综上所述，企业需要详细分析与攻关仪表自控率较低的原因，提高仪表自控率，解决装置的生产波动变化，使仪表装置达到“稳、优、长、满”四点要素。同时，防止出现人工操作失误的现象，降低安全事故发生的概率，优化装置的生产经营，促进企业的长远发展。