聚酯装置现场仪表调试综述

2014-09-10项飞中国昆仑工程公司北京100037

自动化博览 2014年10期

项飞（中国昆仑工程公司，北京 100037）

1 前言

近些年，聚酯工业飞速发展，每年都有数条甚至数十条生产线投入运营，由此带来了聚酯行业空前压力。利润的快速下滑，生产压力的逐年递增，迫使每家企业都在降低成本、提高产品质量、避免非计划停车上投入了大量的工作。做为装置检测、控制及报警的重要手段，仪表的健康运行是保证装置运转良好的重要因素之一。除却装置正常投产之后仪表的正常维护维修，在装置的建设、开车调试及试运转期间，仪表的安装和调试工作亦对日后的投运产生至关重要的影响。甚至因为重要仪表调试工作的不充分，影响到装置开车、运转、增产等全生命周期，由此引发的非计划停车更是造成了巨大的损失。

仪表调试的主要目的是使DCS的显示、控制和报警与现场测量装置的测量值以及现场的执行装置的动作一致，并且真实的反映了实际的工艺参数，以及满足工艺操作的要求。聚酯装置使用了大量的温度、压力、流量、液位测量仪表以及控制阀、开关阀等设备作为检测和控制手段，虽然每个装置的仪表选用的厂家、型号、版本等不尽相同，但是其调试内容、调试方法等基本上是一致的。

当装置进入调试阶段时，首先要确保调试所需的必要工具准备充分，这些工具主要包括：数字万用表、Hart手操器、信号发生器、电阻箱以及必要的安装工具等。本文结合笔者参与现场调试的多条聚酯生产线的经验，仅就聚酯装置各类型仪表的调试内容、方法，以及常见的问题和解决的办法予以归纳总结并加以详细阐述，以供同类项目借鉴参考。

2 温度测量仪表调试

聚酯装置使用的温度测量仪表主要有用于现场指示的双金属温度计和信号远传的铂热电阻。铂热电阻信号的接线通常有两种方式，一种是信号直接引入至DCS输入卡件上，另一种是信号经信号隔离器将RTD信号变换为4～20mA信号后再送入至DCS输入卡件上，信号隔离器亦需要经相关套件组态后方可投用。这些温度测量仪表的调试内容详见表1。

表1 温度测量仪表调试概述

3 压力测量仪表调试

聚酯装置使用的压力测量仪表主要有用于现场指示的压力表以及耐震压力表，用于报警的电接点压力表，以及信号远传的压力变送器、绝压变送器和高温膜片压力变送器。这些压力测量仪表的调试内容详见表2。

表2 压力测量仪表调试概述

聚酯装置中用于报警的数字量信号仪表采用的开关形式主要有两种，一类是无源的干接点信号，另一类是接近开关形式即Namur信号。其中干接点信号直接引入至DCS输入卡件，Namur信号经隔离栅转换后引入DCS输入卡件。无论采用何种开关形式，通常从现场开关的触点状态选择、隔离栅的开关输出设置、再到DCS的组态，项目应尽量采用统一的设置如下：

（1）现场的开关形式无论是干接点形式还是接近开关（Namur）形式，均宜选择“断开报警”的工作状态。

（2）若开关信号经隔离栅转换后引入DCS，隔离栅的设置应确保当信号报警时（即现场开关断开状态下），隔离栅送至DCS的信号为断开状态，此时隔离栅内部继电器宜设置为非励磁状态。

（3）若开关信号经继电器隔离后引入DCS，继电器的接线应确保当信号报警时（即现场开关断开状态下），继电器送至DCS的触点信号为断开状态，此时继电器的接线宜设置为非励磁状态。

（4）DCS组态应一致，通常设定高电平“1”表示正常状态，低电平“0”表示报警状态。

当开关信号采用隔离栅转换后引入DCS，隔离栅可以作为调试过程中的有利工具。通过隔离栅上的信号灯可以判断接线的正确与否；通过其拨动开关还可以模拟现场报警，尤其对于在调试阶段现场仪表无法模拟报警的情况下，隔离栅的合理利用对仪表的调试起到了事半功倍的效果。

某些成套装置或设备随机配带的数字量信号仪表在进行调试时，DCS的报警状态可能会与现场实际情况相反，这种情况往往都是随机仪表的开关形式可能与上述设置不一致造成的。当遇到此种情况时，首先判断随机仪表的开关形式是否为“断开报警”的工作状态，若非如此，应集中修改DCS组态或改动隔离栅的设置，通常优先选择修改组态的解决方案。

以上关于数字量信号仪表的调试说明不仅适用于本章节所包含的电接点压力表，亦适用于其它数字量信号的测量仪表，例如下文将要涉及的带限位开关的转子流量计、带限位开关的磁翻转液位计、浮球液位开关等仪表，以下章节中的相关内容将不再赘述。

4 流量测量仪表调试

聚酯装置使用的流量测量仪表主要有用于现场指示的转子流量计，用于报警的带限位开关的转子流量计，以及信号远传的涡街流量计、电磁流量计和质量流量计等。这些流量测量仪表调试内容详见表3。

聚酯装置采用的流量测量仪表的种类较多，每种流量计的调试内容亦较多，影响测量的因素也是多方面的。当调试出现问题时，往往要结合安装情况、流量计测量原理、流量计结构形式以及其参数设置等多方面因素综合考虑方可排查问题及故障。

5 液位测量仪表调试

聚酯装置使用的液位测量仪表主要有用于现场指示的磁翻转液位计，用于报警的带限位开关的磁翻转液位计、音叉料位开关和浮球液位开关，以及信号远传的电浮筒液位计、放射性液位计以及法兰液位变送器等。这些液位测量仪表调试内容详见表4。

6 阀门类现场执行装置调试

聚酯装置使用的现场执行装置主要是指控制阀和开关阀等流量调解或切断装置。按阀体分类主要有柱塞阀、套筒阀、球阀、蝶阀、偏心旋转阀、夹套阀等；按执行机构形式有直行程执行机构和角行程执行机构；按执行机构作用方式有气开阀、气关阀以及故障保位控制阀；若按调试方案的不同分类主要分为配备智能电气阀门定位器的控制阀和配备机械式电气阀门定位器的控制阀，以及配带电磁阀及阀位开关的开关阀。

表3 流量测量仪表调试概述

6.1 控制阀调试内容

无论配备的电气阀门定位器是智能型的还是机械式的，控制阀的调试内容基本都是一致的，仅仅是调试的方式方法的不同。按步骤控制阀的调试内容主要有以下几个方面：

（1）过滤减压阀后气源压力设定值：通常要根据最终订货的阀门的计算书来设定，气源压力值偏低会导致控制阀不能完全打开，偏高会影响阀门定位器以及执行机构膜片的使用寿命，甚至损坏。一般为了避免人为因素造成的设定值错误，通常聚酯装置的控制阀气源压力设定值统一设定为400kPa(G)，开关阀气源压力设定值统一设定为450kPa(G)，再根据特殊阀门的要求，个别调整气源压力设定值。

（2）阀门流向检查：确认管道施工时阀门安装是否正确。

（3）阀位确认及调试：零点、25%、50%、75%、100%再到75%、50%、25%、零点开度检查。对于控制阀的调试工作主要内容就在此步骤，最常出现的问题亦在此，下文将对常见问题及处理方法有详细阐述。

由于运输、安装等因素，现场大部分控制阀的零点及满开度都可能发生偏移，需要重新调整。配备智能定位器的和机械式定位器的控制阀整定方式有所差异，但其整定后的状态是一致的。以一台气开式控制阀配备正作用电气阀门定位器为例，通常定位器气信号输出管路上均安装有压力表用于显示送给执行机构的气源压力，当定位器接收到4mA信号时，此压力表的指针读数应正好为0kPa，信号稍微增加指针读数即刻上升；如若非此种情况，即需要调整阀门定位器的零点。当定位器接收到20mA信号时，此压力表的指针读数应正好为过滤减压阀后的气源压力，即全部气源压力均作用于执行机构膜头上；如若非此种情况，即需要调整阀门定位器的满量程刻度。也有个别项目，根据用户要求，为了保证控制阀完全关闭以及完全打开，把阀门零点位置定在接收信号为4.2mA处，满开度位置定在接收信号为19.8mA处的情况。

（4）阀门回复性能：在步骤（3）的操作中，阀门全行程的动作将会体现出控制阀回复性能的好坏。

（5）阀门动作性能：控制阀的动作性能应保证动作迅速而又不引起阀门震荡。

此外，在控制阀的调试过程中，还需注意控制阀是否配带了手轮机构，调试时手轮位置应位于“AUTO”状态。

6.2 开关阀调试内容

聚酯装置开关阀通常配带一个24V DC驱动的电磁阀用于打开及切断气路，另外部分阀门根据工艺要求还配带了阀位开关用于在DCS上显示实际的开关状态。开关阀的调试内容主要有以下几个方面：

表4 液位测量仪表调试概述

（1）过滤减压阀后气源压力设定值。

（2）开关动作以及DCS阀位指示是否正确。

（3）阀门动作性能：开关阀的动作性能区别于控制阀，主要是指切断时间，调试时需注意是否满足技术要求。

另外需要特殊说明的是关于阀位开关信号的调试需要格外引起重视，不能仅仅依据DCS显示的状态跟现场实际的阀门开关状态一致，就判断阀位开关信号的调试没有问题。由于DCS的状态显示与DCS组态、信号隔离栅的设置、现场阀位开关的选择均有关联，有可能由于几个因素的错误导致DCS状态显示反而没有异常，但是如果阀位状态参与了一些逻辑联锁，将会导致逻辑的失效甚至错误动作，引起严重后果。所以阀位开关信号的调试要确保以下几点均准确无误：

（1）现场阀位开关无论是干接点形式还是接近开关（Namur）形式，均宜选择“到位闭合”的工作状态。

（2）若阀位开关信号经隔离栅转换后引入DCS，隔离栅的设置应确保阀位触发，隔离栅送至DCS的信号为闭合状态，此时隔离栅内部继电器宜设置为励磁状态。

（3）DCS组态应一致，通常设定高电平“1”表示对应阀位触发，对于阀位中间状态的表示，DCS组态亦应考虑。

聚酯装置根据工艺流程需要还设置有三通阀，其调试过程与开关阀调试过程基本一致，但需额外关注的一点是调试时要检查及确认阀门流向，这项工作最好在阀门安装时就予以检查确认，若阀门已经安装并且管道连接完毕，在流程试运行或物料循环时务必检查三通阀工作与非工作两种状态下的介质流向。根据目前聚酯装置常用选型信息，三通阀的选型通常选用旋塞式阀芯结构，亦有项目先用球型T-type或L-type式阀芯结构。当三通阀流向安装错误时，若三通阀拆卸不方便，旋塞式阀芯结构形式的三通阀可以拆掉执行机构，调整旋塞阀芯方向，旋转180°即可，但是对于球型阀芯结构形式的三通阀只能重新调整三通阀安装方向。

6.3 其它类型执行装置调试内容

除控制阀、开关阀这类执行装置外，聚酯装置还安装了诸如自力式压力调节阀、电磁阀、电动执行机构等执行装置。

自力式压力调节阀的调试内容主要有：

（1）阀门安装是否正确：阀前、阀后取压是否正确，取压口方向是否满足要求；阀门膜头的上下方向是否满足供货商的要求及建议；蒸汽介质的阀门是否安装冷凝罐，投用前是否已加注液相介质。

（2）压力设定值调节。

电磁阀、电动执行机构等调试内容主要是确认阀门动作以及阀位指示的正确与否。

6.4 常见问题及解决方案

结合本章节上述执行装置的调试内容及调试步骤，本节归纳整理了这些执行装置在调试过程中常见的一些问题，以及其解决方案及故障判断方法，详见表5。

7 结束语

本文详细介绍了聚酯装置中温度、压力、流量、液位四大类常规测量仪表以及阀门类执行装置的调试内容、常见问题以及解决方案，除了这些常规仪表外，聚酯装置还安装使用了一批非常规测量仪表，如粘度计、称重装置，以及上文已经提及的放射性液位计等。这一类仪表的现场安装检查、上电调试、生产投用等工作要求较高，通常均有供货厂商或生产厂商提供专业的现场安装调试服务，不建议用户方或施工方调试人员在未经专业培训的情况下擅自操作。此外，当文中所罗列的故障排查及解决方法都不起作用的时候，需要将仪表自身故障的因素纳入到考虑的范畴中，这时应考虑由供货厂商或生产厂商做最终判断。

任何一套装置的调试工作都不仅仅局限于现场测量仪表的调试，还包括了诸如控制系统与电气MCC及变频器间的联调、控制系统与随机设备以及随机系统间的联调、不同装置间控制系统间的调试，以及装置设置的逻辑联锁和复杂控制回路的调试等等很多内容。由于这些内容不在本文所要阐述的主题之内，限于篇幅本文将不做过多赘述。总之，一套装置的调试工作是复杂和繁琐的，涉及的内容也是的多方面的，但是无论如何，调试工作的内容和深度都不能轻视或忽略，因为这个过程既能弥补设计阶段的不足，又能发现施工阶段的错误，为装置日后的良好运转提供了坚实保障。