HART信号采集在伴热系统优化应用分析

刘宇

摘要：日常仪表维护中稍有疏忽大意或巡检不到位，就可能造成冻凝或泄漏，不但大大增加了劳动强度，也给安全生产带来隐患。本文集中要改变的是如何把系统的伴热效果与实际膜盒温度设定报警值，提供监控手段，只有把温度调到适度，能耗与实际需求完美匹配，从量化上做到实时预警、定制化实施伴热策略，才能真正实现节能。

关键词：化工仪表伴热；HART信号采集；节能优化

前言

针对单位地处北方，昼夜温差大，冬季长达5个月，最低温度零下30度.1月平均温度-19度。因此，伴热系统的优化有着可观的经济效益，并且仪表的稳定性，对装置的平稳运行至关重要，良好的保温伴热是顺利过冬的先决条件。为此公司投人了很大的人力和物力在装置的防冻保温上。由于仪表引压管子细，介质静止不流动，伴热点分布广，大多数伴热仪表都参与联锁和控制。当伴热不到位时，仪表显示会出现偏差，从而有可能引起控制失灵和联锁误动作，极有可能会引起装置停车。所以预防性处理就显得格外重要。要做好预防性处理必须时刻淸楚伴热的运行情况和发展趋势，这样才会做到及时有效。

现代化工企业仪表系统的智能化管理已经成为发展趋势，针对智能仪表及智能阀门定位器等设备实行在线组态、诊断、校验和历史事件记录管理的一体化方案，使现场仪表的维护更加方便可靠。中国石油哈尔滨石化分公司多套系统采用Honeywell系统，在采购中就选用了支持HART协议的卡件，可以将现场各种智能仪表设备的信息数据采集，并可通过管理机对现场数据采集归档。装置仪表也正逐步用HART智能仪表更替完毕，已具备了HART整体资产管理的硬件准备。

1.HART协议在装置中的作用

HART（Highway Addressable Remote Trans-ducer）协议是一种现场总线技术，被称为可寻址远程传感器高速通道开放通信协议，采用标准 Bell202频移键控信号以1 200bit通信，以低电平 加载于4?20mA模拟信号上。允许模拟信号和 数字信号同时在4?20mA—对导线上传送，从而增加了远传数字通信的功能。HART智能变送器 既可以接人DCS，又可以通过总线通信组成完整的现场总线控制系统（FCS），同时还可以通过手操器在线调整变送器参数。每一个HART仪表的数字信号中平均能提供 35?40项信息。要充分利用这些信息，唯一的条件就是要与HART仪表建立连续的、长期的通信联系。

利用HART协议实现仪表伴热状态监测。充分利用HART信号采集功能实现现场智能仪 表表体温度采集，实现对仪表伴热系统的监测与报警。

2 HART信号的采集

3.1 DCS中的HART信号采集

哈尔滨石化采用的基本是Honeywell DCS，卡件木身支持HART信号采集功能。DCS中的 HART信号采集在DCS中完成I/O通道组态的基础上，只需要组态HART采集的通道和HART采集参数，所以DCS的HART信号采集比SIS的 HART信号采集更为简单。组态如下：

利用现有的工作站就是在已有现场智能仪表设备和DCS系统的基础上，同时在不影响原有 DCS正常工作的悄况下，对安装在现场的HART 智能仪表进行在线诊断、监测、统计、管理和调校. 构成与已有DCS控制系统同时运行的企业智能仪 表的在线诊断和管理系统HART协议采用于Bell202 通讯标准的移频键控（FSK）技术，通过在4～20mA标准模拟信号上迭加頻率信号来完成数字通讯。模拟信号传输过程信号，数字信号则提供了校准、组态、诊断、维修和其他包含仪表状态的很多信 息。因此，这些现场仪表的维护方式由以往被动性维护转变为预期性维护，减少由于现场仪表的故 障而引起的停炉停产事故，减少对仪表的全面维护次数，同时，减少仪表的备件数，能为企业带来巨大的经济和社会效益。

HART管理站，除了对现场变送器的位号、量程、单位等参数的修改可以远程进行修改之外，还可以采集并显示变送器的第二变量（SV）、第三变 童（TV）、第四变量（FV）。EJA变送器的第一变量（PV）测最的是压力或者差压，而SV采集的是变送器的表体温度，TV采集的是变送器的静压，FV没有涉及。

仪表防冻保温工作质量的好坏直接关系着装置冬季能否平稳运行。这是一项需要细心、耐心和责任心，长期完善的工作。平常工作中要査漏补缺，根据现场和气温的不同，不断改变工作思路。尤其是从技术上不断完善仪表伴热系统。因为从技术角度上讲还有很大的潜力可以挖掘。比如电伴热的远程监控和HART工作站的进一步开发。目前HART站只涵盖了一部分进人DCS部分的智能仪表，而ESD、ITCC的仪表表体温度由于系统卡件功能的限制目前条件还不能实现远程监控。这一些都滿要我们继续在仪表伴热上多下功夫，减轻仪表伴热的风险和日常维护工作要有技术与数据库，才能确保整个装置平稳运行。下一步，主要还是针对一些装置，没有HART协议的系统，如何转换，例如甲乙酮的加卡，SIS，ITCC的一入两出安全栅，都需要仪表人一直致力于这个标准，才能真正做好关键仪表的预防性工作。现有的协议支持已在浙大中控的系统上采集到仪表的表体温度及仪表所处的环境温度，

针对于伴热的优化，主要是针对我单位的伴热运行特点，第三换热站的采暖发气主要用户集中在气分装置，沿途经过二、三联合装置，而不断新建的装置中，有很多的配置与管线通径不同，容易产生争抢热源的问题。

通常情况下，每一个装置都不是独立的，往往要划分几个专区进行设计，而采用的设计依据，是通过现有的冬季伴热系统问题来解决，冬季仪表伴热系统及其应用优化

严寒地区的仪表伴热问题是一个比较麻烦的事情，如果处理的不好，会给生产装置造成很大的影响，本文着重探讨了仪表各种伴热技术的应用，分析了电伴热的好处。

在我国东北地区，冬季寒冷，气温达-30多度。给该地区的生产生活带来很大不便，也严重影响着石油化工生产，特别是现场自动控制仪表，对天气温度的依赖较大，如果温度环境温度过低时就会发生冻结、凝固、析出结晶等现象，为此，为避免此类事故发生，必须对室外仪表和仪表测量管线进行防冻处理，即有伴热系统跟随。

需要伴热保温的对象主要有露天安装的液位，压力，差压，成分，流量等仪表的一次阀、引压管和变送器等。如果没有伴热系统，整个仪表取压检测部分就会发生冻凝，轻则直接影响到仪表测量显示的准确性，重则损坏仪表，影响生产，造成停工。

3.给室外仪表加伴热系统，需要考虑的因素：

①温度控制问题：伴热温度要控制在仪表规定的温度范围内；

②泄漏问题：仪表伴热线弯曲的部分较多，而且安装施工时焊口较多，加上常年腐蚀，极易发生泄漏；

③循环问题：实践证明，仪表伴热系统工作的好坏，与当初设计有很大关系。设计的恰当、科学，系统用起来就可靠，循环就通畅，如果设计的有缺陷，那么在实际应用中就很难运行正常；

④能耗问题：用蒸汽伴热，能耗大，成本就高，不但浪费资源，也容易损坏仪表。

⑤保温管路通畅性：冬季保温送汽之前要检查一下蒸汽保温管路是否畅通或堵塞。要根据天气温度变化来调整供保温汽量，既不要太热又不能太凉，以防止温度太高使变送器引压管内冷凝液汽化影响变送器工作，或因温度太低使变送器引压管内冷凝液冷冻影响变送器工作畅通。

以上种种因素制约着现场仪表伴热系统。在日常仪表维护中稍有疏忽大意或巡检不到位，就可能造成冻凝或泄漏，不但大大增加了劳动强度，也给安全生产带来隐患。本文集中要改变的是如何把系统的伴热效果与实际膜盒温度设定报警值，例如苯抽提的加剂28度就会凝结，只有把温度调到适度，能耗与实际需求完美匹配，从量化上做到实时预警、夠用就好，定制化实施伴热策略，才能真正实现节能

（作者单位：中国石油天然气股份有限公司哈尔滨石化分公司仪电车间）