关于化工企业电气仪表安装施工技术分析

赵建伏

（中国化学工程第六建设有限公司，湖北 襄阳 441100）

从化工企业的立场来看，安装电气仪表不仅是保证生产工作得以稳定开展的关键，同时还会给自身获利产生直接影响。要想使电气仪表尽快投入使用，关键是要分别针对管线、仪表等部件，拟定切实可行的安装计划，准确把握对不同部件进行安装的关键点，并对安装完毕的仪表进行系统测试，确保投入使用的仪表性能及质量均能够达到要求。由此可见，围绕安装电气仪表的工作展开讨论很有必要，相关人员应对此引起重视。

1 项目概况

化工企业计划对乙烯厂罐区进行改造，通过新增紧急切断阀的方式，最大程度提高该区域的安全性。本项目主要涉及三个车间，其中，原料罐区现有10 个罐，常压罐区现有3 个罐，销售区现有6 个罐。专业人员结合现场情况和企业诉求，最终决定安装30 台执行机构、20 个接线箱和4 个控制箱，主电缆的敷设长度为6km，分支电缆的敷设长度为3km，除此之外，还需要安装相应的电缆桥架、支架还有仪表风线管，并进行DCS调试。工作量如表1 所示。

表1 电气仪表安装工作量

2 电气仪表安装效果判断因素

2.1 完好率

完好率是指完好仪表占化工企业现有仪表数量的比值，可被用来对企业技术水平、管理成效和仪表使用情况进行评价。一般来说，完好仪表需要满足以下几个条件：首先是仪表能够正常运行，不存在振动指数超出允许范围或类似情况；其次是仪表内部元件的腐蚀以及磨损程度均在可控范围内；最后是仪表现存问题不会给日常生产造成影响。对完好率进行计算时，可使用以下公式：

仪表完好率=可正常运行的仪表数量/企业现有仪表数量×100%

2.2 利用率

仪表利用率是指每年仪表运行时长和预计运行时长之比，可以简单地理解为仪表使用率，在评估仪表运行状态、生产效率等方面，均发挥着极为重要的作用。在本项目中，有关人员既可结合生产报表对仪表利用率加以确定，同时也可以利用以下公式对该数值进行计算：

仪表利用率=每日具体运行时长/每日预计运行时长×100%

2.3 故障率

故障率是指故障仪表与全部仪表的比值。故障仪表指的是处于有效寿命内的仪表，由于操作不当或是零件磨损过于严重等问题，而无法正常运行。每个电气仪表的寿命、故障次数均有所不同，但现有电气仪表均符合以下规律：首先，设备存在早期失效区，其原因主要是在使用初期仪表等设备极易出现故障，考虑到设备出现故障的原因有两个：一是设计缺陷，二是制造及安装工艺不符合要求，因此，其故障率往往会随着运行时间的增加而有所下降。其次，中段随机失效区的特点是故障率整体偏低，此时，设备往往处于相对恒定的状态。最后，损耗失效区指的是运行时间达到一定程度后，设备将由于元件、零件损耗加剧频繁出现故障，甚至无法正常运行。

2.4 综合效率

OEE 是指仪表理论产能、实际产能之比，有关人员可以根据综合效率，准确推算出各车间、整合企业的运行效率，在安装仪表期间对该参数加以考虑，通常可取得以下效果：一是使仪表利用率得到大幅提升；二是为日常管理工作的有序开展助力；三是确保有关人员对生产情况及时且准确的了解；四是可使仪表寿命最大程度接近预期，在严格控制检修频次的前提下，使巡检工作得到高效开展。

国标明确指出，大型化工企业应将OEE 维持在85%及以上，目前，国内多数企业的OEE 仅有70%左右，其中，仪表设备和电气设备的上升空间极大。对化工企业而言，可能影响到仪表综合效率的因素较多，包括但不限于切换设备、质量缺陷还有及机器故障，对OEE 进行计算时，通常需要考虑合格率、时间利用情况还有仪表性能等因素，相关公式如下：

OEE=化工产品合格率×时间利用情况×仪表性能

图1 全年时间

即：OEE=T3/POT*T2/POT*T1/T2

在上述公式中，OEE 代表综合效率；T1 代表净产时间；T2 代表生产总用时；T3 代表设备运行市场；POT 代表预计生产用时。

由此可见，无论是对电气仪表、还是对其他化工生产所需设备而言，安装期间最应当引起重视的部分均是预防故障发生，为实现该目标，有关人员应做到以下几点：一是根据现场情况对仪表类型、规格及性能参数加以确定，保证所选用仪表与企业需求相符。二是安装结束后，尽快对仪表进行测试，根据测试情况判断是否需要对仪表进行调试，避免仪表正式投入使用后频繁出现故障。三是待仪表运行状态趋于稳定，可联合管理人员对切实可行的维护制度进行制定，企业应派专人负责仪表的维修及养护工作，尽量延长仪表使用寿命。根据仪表投入使用的时长，对其内部元件情况进行预估，在恰当时机对仪表进行更换。

2.5 故障平均间隔

MTBF 是指仪表两次故障相隔时长，另外，还要了解一个概念，即仪表修复平均用时（又称MTTR），简单来说，就是工作人员检修仪表所用时长。一般情况下，MTBF 越大代表仪表性能越理想，其可靠性和安全性也更强，MTTR 越小代表仪表可修复性越理想。对MTTR 进行计算前，先要了解工作响应时长，仪表维护、寻找构件需要的时长等参数，只有这样才能保证计算所得结果具有实际意义。

3 化工企业安装电气仪表的要点探究

3.1 预埋电气管线

化工企业预埋电气管线的难度较大，这是因为化工企业日常运行期间，通常需要用到多条不同的管线（如图2 所示）。为保证预埋管线的工作能够按照预期计划有序推进，有关人员提出了以下两点要求：一是由质检部门委派专业人员前往现场，对安装仪表的各个环节进行管理，杜绝盲目安装、随意安装等情况存在。事实证明，安装仪表的步骤往往较为复杂，任一步骤出现问题，均会增加仪表发生故障的概率，进而给化工企业造成不必要的损失，加大管理力度可从源头处避免以上情况发生。二是为施工现场提供全方位的保护，例如，在恰当位置增设警示标牌，以免由于人为因素，导致预埋管线出现破损或类似问题。

图2 电气管线预埋现场

3.2 保护箱安装

在安装现场接线时，有关人员应明确以下要求：一是现场环境温度在45℃以下，并且与震动较大的施工区域存在一定距离。二是保护箱中心和地面的距离应达到1.2m左右。三是尽量缩短保护箱和检测点间的距离。四是密封箱体，在恰当位置标出编号。

3.3 检查并安装仪表盘

3.3.1 检查。维修或更换已安装仪表的难度极高，不仅需要投入大量人力和精力，更换效果也难以得到保证。鉴于此，有关人员指出应对未安装仪表进行细致且全面的检验，保证仪表各方面性能均符合要求，将日后更换仪表的概率降至最低。

3.3.2 安装。现阶段，多数仪表盘均以预制钢槽架（如图3 所示）为基础，这样做的优点在于能够省略制作钢槽的步骤，避免安装仪表期间出现不必要的麻烦，有关人员可将更多精力放在安装仪表上。要想使钢槽架的优势得到充分发挥，关键是要做到双管齐下，一方面应提前核对现场预留孔尺寸及位置，保证所设置预留孔符合要求，另一方面是对管路进出控制室的方法引起重视，根据现场情况选择适宜的方法。

图3 仪表盘钢槽架

3.4 调试电气仪表

在测试仪表信号期间，有关人员应最大程度屏蔽电磁场所带来干扰，保证测试所得结论准确且有实际意义。要想实现该目标，关键是要对测试地点进行仔细筛选，既要保证测试场地附近不存在变频器、输电线等高磁场设施，还应加固接线端子，以免传输、接收信号时，接线箱出现信号失真或是类似问题。另外，还要对调试误差进行严格控制，由专业人员在测试现场对调试效果进行核实，确保所获得信号可靠且真实。

3.4.1 流量计。电磁流量计的测量依据是导体对磁力线运动进行切割期间，其两端会形成垂直于磁场方向的电动势。电动势大小由运动速度、感应强度决定。若测量对象为非磁性管道，管道内有大量导电液体，同时其与磁场的位置关系为互相垂直，则可根据以下公式对感应电动势进行计算：

该公式中，E 代表电动势。K代表运动速度。B代表磁感应强调。D代表管道直径。V代表电压。简单来说，就是流量计可利用电磁原理对介质流量进行检测，调试流量计期间，有关人员需要视情况更改调试方案和具体策略：

其一，虽然流量计所安装转换器能够监测介质流量，但上位机无法同步获取相关流量信号。要想解决该问题，关键是要使用万用表对接线盒内部输入信号的端子进行检查，根据要求连接信号线，保证其正负端连接方向正确。

其二，上位机所显示数据和流量计所显示数据不一致。若存在该问题，有关人员应尽快检查并调整转换器量程，保证上下量程相同。

其三，通电后转换器仍然没有显示出相应的数字，同时保护开关频繁跳闸。如果发生上述情况，有关人员应利用万用表对供电回路当前电阻进行检查，若回路状态正常，不存在短路或是短路问题，则可判断流量计内部存在故障，此时，应将转换器电源取出，仔细检查其保险是否完好无损，如果发现保险被烧断，则需要尽快将设备返厂，由专业人员对其进行维修。

3.4.2 DCS调试。有关人员结合自身经验，将DCS调试的关键点归纳如下：一是对单元、区域及其他相关组态名称进行仔细核对，对数据地址和控制站点进行检查，以免出现地址分配与实际不符的情况。二是对DCS 回路进行检查，以回路测试情况为依据，判断现有输入点还有输出点是否存在故障。三是由专业人员模拟输入信号，检查组态画面对应PV值以及颜色，若发现组态画面情况和预设情况存在出入，应尽快对其所存在问题进行解决。四是新增与超量程、信号中断等情况相关的测试，深入剖析报警数据，对调试结果进行打印。五是将控制方式由手动控制切换至手动控制，在对应页面输入SP 值，检查自控回路当前所处运行状态。六是对连锁保护等核心功能进行调试，以单回路所提出要求为依据，有序开展各项测试，保证调节器既支持手动控制模式，同时又具备自控的功能。

现阶段，得到广泛使用的DCS 分类两类，分别是功率补偿DCS、热流DCS，在本项目中，有关人员计划使用热流型DCS，该仪器内部构造如图4 所示。

图4 热流型DSC 内部构造

在本项目中，DCS 调试所得结果可构成DCS 曲线，该曲线的横纵标可以是时间或温度，纵坐标为样品放热/吸热速度，如图5 所示：

图5 DSC 曲线图

在上图中，①的基线台阶是指测试期间，样品出现了明显的热容变化情况。对热容改变量进行计算的公式如下：

在该公式中，Φ 代表热流量。ΔΦ 代表热流量变化量。△C代表热容变化。β 为常数，通常需要专业人员通过实验进行确定。②的虚线为基线。③为放热峰。有关人员可利用将基线扣除所得峰面积，对热变化焓进行计算，公式为：

在上述公式中，△H 代表热变化焓。K为量热参数。A代表峰面积。

结论：综上，对化工企业而言，安装电气仪表的环节极为重要，仪表安装质量将给企业日后能否安全且稳定的运行产生巨大影响。现阶段，多数企业均已积累了一定的安装经验，但仍然存在可能制约仪表使用的问题或是不足，针对该情况有关人员指出，在安装电气仪表期间，各企业应做到全过程管理，密切关注各道工序的细节，保证施工效果和预期相符，只有这样才能使仪表尽快投入使用。