石油化工仪表设备维护方法研究

顾 润

（山东济炼石化工程有限公司，山东济南 250000）

石油化工仪表设备主要是用于检测、测量、分析以及观察石油化工物质的成分和物性参数，是石油化工企业自动化生产过程中的核心设备，由于仪表设备对于石油化工自动化生产具有重要作用，且在实际应用过程中经常会出现故障，不仅会影响石油化工自动化生产进程，还会降低生产质量，所以必须要对仪表设备进行有效的维护管理。石油化工仪表设备维护主要包括仪表设备调试、操作系统更新和升级、故障检测、故障维修以及老旧硬件更换等，通过一系列操作、设置以及调试等维护活动，使仪表设备完好率达到97.5%，而仪表核心部位完好率达到99.5%，才能保证仪表设备能够正常运行，满足石油化工自动化生产要求。随着石油化工行业的快速发展，仪表设备维护逐渐受到行业重视，在仪表设备维护管理方面制定了规范的维护制度，组建专业团队专门负责仪表设备维护，并且也采取了一些维护方法，为石油化工生产能够提供准确可靠的数据。但是传统方法在实际应用时，维护成本较高，提高了石油化工企业生产成本，降低了企业经济效益，传统方法已经无法满足石油化工仪表设备维护需求。目前石油化工市场竞争日益激烈，生产成本增加，石油能源价格波动较大，仪表设备维护成本控制已经成为石油化工企业必须面对的难题，为此提出石油化工仪表设备维护方法研究，试图设计一个低成本的仪表设备维护方法，对石油化工仪表设备维护具有重要参考价值。

1 石油化工仪表设备维护方法设计

此次应用无线传感技术以及目标函数理论，设计了一套完整的石油化工仪表设备维护方法，该方法首先利用无线传感器采集到石油化工仪表设备运行参数，然后对数据进行处理，最后将处理后的数据带入到目标函数中，计算分析出石油化工仪表设备需要执行的维护工作。

1.1 石油化工仪表设备运行数据采集

对石油化工仪表设备各种运行参数采集是设备维护的基础工作，采集的目的是为了判断仪表设备是否处于正常运行状态，此次利用无线传感技术对仪表设备运行参数采集。在仪表设备一侧安置一个无线传感器，运用无线传感技术为每个仪表设备设计一个条形码标签，该标签相当于石油化工仪表设备的“身份证”，每个身份标签都只标识唯一一台石油化工仪表设备。当仪表设备处于运行状态时，一旦有石油化工物质触碰到仪表设备，无线传感器都会自动扫取仪表设备上的条形码标签，其过程如下：

（1）条形码标签信息初始化：处于待运行的石油化工仪表设备从上线单元开始进入运行状态，无线传感技术将石油化工仪表设备的相关信息编辑成条形码标签，并且有标识码唯一标识一台待运行状态的石油化工仪表设备，开始记录整个石油化工仪表设备的运行信息。

（2）条形码标签信息采集：石油化工仪表设备带着电子标签经过各个运行单元，当到达某个运行单元时，运行单元的工位控制器发出无线信号，该运行单元的工位及石油化工仪表设备组件参数将被写入该标签中，完成无线信号采集功能。

（3）条形码标签信息读取：石油化工仪表设备运行信息的交互集成包括写入和读出，石油化工仪表设备每个运行单元完成时，需要对设备运行信息进行识别，并且以可视化的方式标识在工控机上。

（4）条形码标签信息清除：当石油化工仪表设备完成一个测量工作任务时，需要对该条形码标签进行及时清除。该条形码标签不是一次性标签，是可以无线循环使用的，但当再次使用时，需要根据石油化工仪表设备状态进行更改，保证对石油化工仪表设备运行数据采集的精度。

利用射频信号、无线通信等技术手段读取到仪表设备运行数据，快速地对仪表设备进行状态追踪和数据采集，主要采集的数据分为两种。

①仪表基本信息，包括设备名称、编号、品牌、开机时间、当前时间、备用工件、仪表测量次数等；

②运行数据包括设备运行温度、湿度、电压、振幅、电流、负载、最大功率等。采集的信息都与石油化工仪表设备的一一对应，当一个石油化工仪表设备完成一个运行周期后，各标签中的数据信息也将被释放，传感器将会进入到下一步信息的读取工作，整个过程可实现无人化管理、自动化采集。将收集到的传感信号转化为计算机或者可视化设备可以识别的数据。由于无线传感器采集到的数据是用16位的二进制数据表示的，但是在网络传输通道中数据是以比特流形式传输的，所以需要对数据按照每6位为一个数据进行处理，使采集到的数据能够有效传输。在数据经过处理后将其储存到数据库中，为仪表设备故障诊断提供数据依据。

1.2 实现石油化工仪表设备维护

石油化工仪表设备维护过程中会涉及三种维护方法，其中包括预防维护、最小护理以及置换维护。其中预防维护是根据设备的可靠度对设备各个部件实施预防性维护工作；最小护理是当石油化工仪表设备发生失效时进行的恢复性维护工作；置换维护则是石油化工仪表设备出现较大的故障时对部分零部件进行更换维护。石油化工仪表设备维护工作的主要目的是提高设备的使用寿命，因此采集完仪表设备运行参数后，需要建立一个目标函数，通过该目标函数对以上三种设备维护方式做出合理选择与时间安排。

首先将设备运行数据带入到目标函数中，利用函数对石油化工仪表设备进行自动化维护。此次建立的数学模型以维护成本率最低为目标，对设备维护中所涉及的相关变量进行不断优化，其中包括仪表设备的可靠度和失效率，可靠度是指在规定时间和条件下仪表设备正常运行的概率，失效率是指在规定时间和条件下仪表设备非正常运行的概率，假设仪表在整个寿命周期内维护周期数为S，每个维护周期的间隔时间为h，设定一个仪表设备可靠度阈值α，当仪表设备可靠度超过事先设置的可靠度阈值α时，则说明需要立即对仪表设备进行预防维护。在第S次达到可靠度阈值K时，说明此时仪表设备出现了故障，应对仪表设备进行停机维修。如果石油化工仪表设备在维护周期内出现了失效现象，则对仪表设备采取最小护理维护方式，恢复仪表设备对石油化工物质的正常测量功能，在保证仪表设备可靠度的条件下最小化设备寿命周期内的维护成本率，建立的目标函数如下所示：

式（1）中，a为石油化工仪表设备失效率递增因子；q为石油化工仪表设备在维护周期内的失效率；b为石油化工仪表设备在第一个维护周期内的最小维护成本；w为石油化工仪表设备核心部位维护成本；a为石油化工仪表设备停机维护成本。利用以上公式对采集到的仪表设备运行参数进行分析和计算，该目标函数可以自动对仪表设备进行维护，根据设备运行参数判断石油化工仪表设备需要执行的维护措施，降低了人工成本，这样既保证了仪表设备维护质量，也降低了仪表设备维护成本，实现了石油化工仪表设备维护方法研究。

2 实验

2.1 实验设计

实验选取10个石油化工仪表设备作为研究对象，为了保证实验结果的有效性，选取的仪表设备信号不同、新旧程度不同。实验过程中应用到的算法和函数都通过软件IUBD实现，并且所有的数据和结果都托管在YFDV软件上，网址为https：//sdfhasg.com/Ldsfjargz/PHGD-Hdhfa-asfh。利用此次设计方法与传统方法对10个石油化工仪表设备进行维护，维护时间为24h，每4h记录一下仪表运行状态，利用仿真软件模拟出10个不同种类的故障，对比两种方法的维护成本。

2.2 实验结果

将此次设计的方法用方法1表示，将传统方法用方法2表示，实验结果如表1所示。

表1 两种方法维护成本（元）

从表1可以看出，此次设计方法可以与传统方法具有相同的维护质量，能够保证石油化工仪表设备正常运行，但是维护成本比传统方法低很多，实验证明此次设计的方法对石油化工仪表设备稳定运行具有重要意义。

3 结束语

此次借鉴了相关文献资料，对石油化工仪表设备维护方法进行了研究，在保证维护质量的前提下，有效降低了仪表设备维护管理成本，提高了石油化工生产经济效率，同时也提高了石油化工仪表设备维护管理自动化、专业化、科学化水平，为石油化工仪表设备维护提供了重要理论依据，促进了石油化工企业生存和发展。虽然此次研究取得了一定的成果，但是提出的方法可能还存在一些不足之处，还需要在实际应用中对其进行不断优化和完善，并且今后还会在该方面进行深入研究，促进仪表设备维护方法在石油化工行业的应用与发展。