如何做好儀表預防性檢修管理
魏劍萍 中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司
摘要:現(xiàn)階段，中國石化的主要煉化裝置要求實現(xiàn)以四年為一個周期進行檢修的目標，檢修期間改造任務重、檢修時間短及檢修隊伍分包多等因素已成為影響檢修質(zhì)量的瓶頸。在此，通過分析日常出現(xiàn)的儀表故障頻率和由此帶來的裝置運行風險，重點探討了儀表大檢修期間的預防性檢修策略的制訂。
關鍵詞：儀表故障 預防性檢修 故障頻率 運行風險 檢修策略
儀表是裝置穩(wěn)定可靠運行的保障。為了保證儀表設備可靠運行并延長其使用壽命，各煉化廠都或多或少制訂了一些與儀表設備維護保養(yǎng)有關的規(guī)定，這些規(guī)定大部分是基于經(jīng)驗，或基于一段時間內(nèi)發(fā)生的故障現(xiàn)象而采取的有針對性的預防性措施。現(xiàn)階段，中國石化的主要煉化裝置要求實現(xiàn)以四年為一個周期進行檢修的目標，檢修期間改造任務重、檢修時間短、檢修隊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用，使得儀表故障的預知性檢修多了一種技術手段，特別是DCS故障自診斷技術的普遍應用，極大減少了由于DCS故障而導致的非計劃停工事故。但現(xiàn)場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)計表明，日常不易引起注意的輔助儀表，恰恰是導致裝置跳車事故的主要因素，通過分析日常出現(xiàn)的儀表故障頻率和由此帶來的裝置運行風險，可以在裝置大檢修期間，針對各類儀表采取科學有效的預防性檢修策略。
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，通過人工統(tǒng)計企業(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)有個別大型石化企業(yè)在前幾年就已經(jīng)采用了先進的電子作業(yè)票系統(tǒng)，這使得科學系統(tǒng)地統(tǒng)計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)，如配合改造項目以及檢查無問題的作業(yè)次數(shù)）。圖1中的統(tǒng)計數(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、回路環(huán)節(jié)、分析表。圖2～5則進一步說明了圖1各部分的組成和故障比例。
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，也與操作習慣有關———有時操作工習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)對裝置的安全運行并不構(gòu)成大的威脅，但排名第二的引壓管或伴熱管的管線補焊堵漏則應引起重視，引壓管泄漏會導致煉油廠廣泛存在的H2S介質(zhì)的泄漏，嚴重時會導致人員傷亡；而伴熱管泄漏本身雖然沒有大的危險性，但由于補焊需要動火，對運行著的裝置會帶來嚴重的運行安全風險。
調(diào)節(jié)閥的運行效果，直接影響到裝置運行的平穩(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)計數(shù)據(jù)擴大到石化廠的全部裝置，特別是包含油品儲運裝置的氣缸閘閥時，這個數(shù)據(jù)就遠不止如此了，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，回訊故障對裝置的平穩(wěn)運行威脅并不大。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，各個煉化企業(yè)都會把調(diào)節(jié)閥檢修列入重點關注對象，但通過檢修來降低調(diào)節(jié)閥故障率的手段并不多，原因是對于既有閥門，除非對閥門本體進行改進或者改變工藝，否則很難保證閥門不再在下個周期再次出現(xiàn)問題。從歷年來中石化各企業(yè)通報的事故分析，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%，定位器故障往往會造成裝置波動甚至跳車；而電磁閥則是近幾年來中石化各企業(yè)裝置發(fā)生誤跳車的主要因素，電磁閥故障會直接關閉或打開聯(lián)鎖閥，從而導致誤跳車，有時電磁閥也會導致聯(lián)鎖拒動，從而帶來更大危害。定位器和電磁閥的故障除了自身的問題外，在實踐中還發(fā)現(xiàn)，它們的故障還與接線盒進水、儀表空氣不干凈等因素有關。過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元件，雖然它本身故障直接導致的跳車次數(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一部分原因是氣源過濾器發(fā)揮不了正常作用進而導致空氣不潔造成的。
DCS故障名列全部儀表故障的第三位（圖1），DCS故障的主要因素是主機及外設故障，其次是卡件問題。主機及外設故障對裝置運行的影響極小，很少會導致裝置波動或跳車，而卡件則由于冗余配置的關系，也很少發(fā)生由此造成的跳車，需要引起關注的是占比例最小的回路環(huán)節(jié)問題，雖然僅占7%，但是引起跳車的風險卻極大，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（如報警設定器、安全柵、繼電器、保險絲及按鈕等）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的主要因素是定位器、電磁閥、過濾減壓閥和回路環(huán)節(jié)。從施工安全來講，儀表管線的腐蝕治理也應是重點關注的對象。
2.預防性維修措施
煉化企業(yè)的預防性維修分為日常維護和停工期間檢修兩部分。日常預防性維修是通過定期保養(yǎng)工作計劃展開的，目前各煉化企業(yè)根據(jù)企業(yè)的特點，針對現(xiàn)場儀表或DCS系統(tǒng)，都在不同程度地開展預防性維護工作。但是對容易造成誤跳車或波動的定位器、電磁閥和過濾減壓閥，因為在日常很難開展預防性維護工作，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機柜間空氣質(zhì)量的治理
治理DCS機柜間的空氣質(zhì)量是延長回路環(huán)節(jié)元件壽命的一個重要手段?，F(xiàn)階段，很多煉化企業(yè)通過改造，把原先分散在裝置旁邊的小操作室撤并，建設成了集中中央操作室（CCＲ），同時現(xiàn)場機柜間通過兼并原先的小操作室也有所擴大。但現(xiàn)場機柜間的一個共性問題是密封效果很差，室外腐蝕性氣體很容易侵入，導致DCS配套的安全柵、繼電器及鈕子開關等附件氧化腐蝕加劇，實踐中常發(fā)現(xiàn)端子上有發(fā)黑現(xiàn)象。根據(jù)ANSI/ISA-71.04-1985關于空氣品質(zhì)等級的劃分，室內(nèi)的空氣等級可以分為4類，詳見表1室內(nèi)空氣品質(zhì)等級分類:
某煉化企業(yè)曾對其86個機柜進行過空氣腐蝕掛片檢測，其結(jié)果為：G1腐蝕等級62個，占總數(shù)的72%；G2腐蝕等級13個，占總數(shù)的15%；G3腐蝕等級11個，占總數(shù)的13%；GX腐蝕等級0個。G2和G3腐蝕等級區(qū)域的機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)儀表設備損壞的頻率也相對較高，檢測結(jié)果與實際經(jīng)驗相符。
就改善空氣質(zhì)量的措施來看，在機柜間增設空氣凈化內(nèi)循環(huán)機，對于無法做到機柜間微正壓環(huán)境的老裝置而言是一個很好的措施，與此同時要做好機柜間的密封，特別是電纜進線口、門、窗、隔墻、天花板和活動地板下方的隔離。另外，空調(diào)的運行應盡量減少新風運行模式，不然空氣凈化機的作用會大打折扣。在某企業(yè)的焦化裝置旁邊的機柜間內(nèi)，曾經(jīng)有一套緊急停車系統(tǒng)的卡件故障率很高，其機柜間內(nèi)的活動地板上經(jīng)?？梢钥吹矫芍粚颖”〉慕狗郏?jīng)查發(fā)現(xiàn)系空調(diào)新風帶入，后來改變空調(diào)的運行模式并安裝了空氣凈化機后，問題得到妥善解決。
2.2調(diào)節(jié)閥及其附件的預防性檢修策略
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，目前沒有一個煉化企業(yè)在大檢修期間會對全部閥門進行解體檢修。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，結(jié)合易損或重要部位的閥門進行的。石化廠易損和重要部位的閥門一般定義為：高溫油介質(zhì)場合、燃料氣（油）閥門、動作頻繁和易沖刷（磨損、結(jié)焦及聚合等）部位的閥門；加熱爐（再生器）等溫度較高場合的氣缸執(zhí)行機構(gòu)、罐頂N2封自力式閥門。為了解決盤根老化問題，也應該按期對調(diào)節(jié)閥的盤根進行預防性更換。
若閥門可以采用閥門診斷軟件進行故障診斷，則應根據(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。
對于電磁閥，應重點對它的端子接觸和線圈絕緣情況進行檢查。對于兩位五通電磁閥、氣路切換塊、機組停車電磁閥和電液轉(zhuǎn)換器，應考慮在每個檢修周期進行解體清洗檢查。對于部分特別重要的電磁閥，則應考慮每個檢修周期或幾個周期進行整體更換。
對采用有機玻璃罩杯的過濾減壓閥或調(diào)節(jié)手柄為塑料材質(zhì)的過濾減壓閥，應進行逐步更換，避免因過濾器罩杯或調(diào)節(jié)手柄在使用過程中的突然破裂而導致調(diào)節(jié)閥的氣源失壓，一些國產(chǎn)品牌的過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全部更換，非金屬濾芯容易粉化，對定位器造成致命影響。鑒于此，對于新采購的調(diào)節(jié)閥，應從源頭上把好過濾減壓閥的選型關。
對帶恒節(jié)流孔的機械式定位器，在檢修期間應對其恒節(jié)流孔進行疏通（如HEP定位器）或吹掃（如KOSO定位器），并對噴嘴擋板進行清潔。
2.3 電源的預防性檢修
儀表電源主要有24V（DC）開關穩(wěn)壓電源、UPS及DCS等各類系統(tǒng)設備自帶的電源卡，因為電源中存在大功率發(fā)熱元件和電解電容，其壽命相對其他儀表設備而言較短。有的穩(wěn)壓電源帶有風扇，在散熱的同時，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，在停工檢修期間應對電源進行檢修，檢修采用清灰與整體更換相結(jié)合的原則進行。為達到好的清灰效果，對24V（DC）穩(wěn)壓電源模塊和電源切換開關應開蓋清灰；而對于重要裝置的機組電源則應確定周期進行整體更換。
電源方面的另一個問題是220V（AC）單電源供電的聯(lián)鎖儀表設備，應保證在這路電源中斷后所在裝置不會跳車。雖然在石化廠中，大部分儀表設備已經(jīng)按220V（AC）雙路供電配置或直流電源進行了供電，但一些儀表設備，如就地機組控制器、分析表、射線料位計往往是單220V（AC）電源供電的，對于這些設備應進行識別，對于單電源中斷后會造成裝置跳車的，則應進行改進，為確保識別工作全面不遺漏，在大檢修期間應做電源切換試驗，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)運行正常，恢復送電；拉開UPS輸出側(cè)開關QF3，儀表控制系統(tǒng)運行正常，恢復送電；拉開GPS輸出側(cè)電源QF4，同時拉開UPS輸入側(cè)電源QF1，儀表控制系統(tǒng)運行正常，恢復送電。
2.4回路環(huán)節(jié)的檢修
對于回路環(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）觸點繼電器、保險絲、現(xiàn)場和操作室輔助操作臺上的按鈕，這些元件一般可按3個檢修周期進行更換，報警設定器和安全柵不超過4個檢修周期更換；二是對接線端子進行全面檢查，尤其不能忽視對輔助操作臺上的開關按鈕、現(xiàn)場急停按鈕、接線箱、調(diào)節(jié)閥各部件的接線端子的檢查，對于現(xiàn)場單個儀表至少要做到聯(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）的預防性檢修
一般在一個檢修周期后就要對DCS進行點檢，點檢包括通過專門軟件來檢查系統(tǒng)性能并備份軟件、查殺病毒等，以及針對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、過濾網(wǎng)、各類風扇、電源卡及保險絲等。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，當儀表的測量元件直接與腐蝕介質(zhì)接觸，會加速儀表的腐蝕性損壞。在抵御對儀表的“內(nèi)腐蝕”方面，已有很多辦法，如采取改進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，大量伴熱管的補漏極大地增加了裝置的安全運行風險，而引壓管的外泄漏有時則會對生命構(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)束時還沒有完工，保溫工的技術素質(zhì)和施工質(zhì)量很少會有人去關注，保溫保護層防不了雨水，時間不久又會發(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，通過細水長流的方式對全廠保溫進行維護，從文獻報道可知該廠的儀表保溫質(zhì)量非常優(yōu)良。
2.7其他儀表的預防性檢修
高溫場合的雙法蘭膜盒由于長期工作在高溫下，有時會發(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)，在運行期間并不能被操作工及時發(fā)現(xiàn)，所以有必要在檢修期間進行預防性拆檢。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探頭也應進行抽出清潔，探頭部位極易長苔草或結(jié)垢，影響儀表長周期的使用。
2.8儀表校驗
中石化儀表檢修按《石油化工設備維護檢修規(guī)程》的要求進行。在每個檢修周期內(nèi)，要對每臺儀表進行檢查校準。但目前沒有一家中石化企業(yè)做到這一點，這些年來，在檢修期間要不要對儀表進行全面校驗、怎么校驗，困惑著各企業(yè)的儀表專業(yè)人員。從日常故障發(fā)生的分布來看，變送器的故障只占了全部一次表故障的3%（圖2），校驗能發(fā)現(xiàn)儀表故障的機會非常有限，從所投入的人力成本與所發(fā)現(xiàn)的問題來看完全不成比例。為此，有必要制訂更為科學有效的校驗原則。
除了國家規(guī)定的強檢儀表之外，對于其他儀表的校驗應進行調(diào)整，從有效性考慮，必須校驗的儀表建議為：
1）所有調(diào)節(jié)閥的回路聯(lián)校（對檢修過的閥門還要進行帶定位器單校）；
2）機組探頭、機組殼體振動開關、沉筒、壓力開關、報警設定器應進行校驗；
3）對于能拆下且有技術手段標定的管道式流量計、機組新購的軸瓦溫度熱阻（熱偶）應進行檢定；
4）智能變送器（包括智能雙法蘭變送器）應進行參數(shù)對比，以發(fā)現(xiàn)DCS等控制系統(tǒng)與實際設置值之間的差異，而不做實際壓力校驗的要求。
3結(jié)束語
要提高儀表預防性檢維修的科學性和有效性，必須基于對儀表故障分析正確判斷的基礎上。目前，中石化各企業(yè)已經(jīng)開始應用統(tǒng)一的、技術更為先進的EAM設備管理系統(tǒng)，相信經(jīng)過幾年的故障數(shù)據(jù)積累和分析，定會更加明確故障與保養(yǎng)或更換周期之間的關系，這對于指導中國石化各企業(yè)的儀表預防性檢修工作會起到積極的作用。
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