浅谈仪控专业预防性工作

张博昌

（中国石化 天津分公司，天津 300270）

在现代化工业产业中，自动化水平不断提升，仪控设备在生产过程中重要性不断提升，通过先进控制手段，使生产环节得到大幅优化，提升了产品质量，企业的效益得到显著提升。在石油化工企业生产过程中，仪表和控制系统提供了3 个广泛的功能：①为生产和质量控制监测和监控工艺参数；②在传感器和操作输入的基础上，主动控制对过程操作进行排序，以在预期的过程限制中运行；③按需提供安全功能[1]。因此，确保仪控设备的完好性是当前设备维护的重点任务。

1 预防性工作概述

目前大部分化工企业仪控专业采用事后维修管理理念，待设备故障后进行检修或更换。但一些重要的设备，如联锁仪表、关键阀门故障会导致装置波动、停车甚至发生更重要的事故。某企业乙二醇装置发生联锁停车事件，经排查是装置压缩机入口气液分离罐浮筒液位开关中微动开关触点误动触发联锁，停氧气进料。而其故障根本原因为多次检修期间，对浮筒液位开关检查深度不够，仅对浮筒开关进行校验，未对微动开关触点进行检查，并且浮筒液位开关自1995 年投用未进行过更换，已经超出推荐使用寿命。因此，需要工作人员转变管理理念，不断开展预防性维护工作，将设备故障后维修改为预防性维修，提升仪控设备的可靠性及完好性，减少因仪表原因导致的经济损失。

预防性工作是指按照预定计划或相关准则进行测试、维护保养、维修、改造等工作，以防止设备损坏，保证设备安全运行，提高设备运行可靠性，包含定期性维护、季节性维护、预知性维修和专项维护。目前，企业广泛采用设备全生命周期管理，将设备全生命周期划分为前期管理、使用维护、设备检修、更新改造和设备处置5 个环节。仪表设备预防性工作集中在使用维护及设备检修阶段[2]。

2 如何开展预防性工作

2.1 制定完善的预防性维护策略及制度

加强顶层设计，在管理制度上进行创新，改变原有维护理念，将预防性工作落实到企业仪控专业管理制度中，对企业的现状制定合适的制度以支持预防性维护工作。组建企业专家团队根据设备类型制定不同的维护策略，并根据设备分级的结果来进行分级管控，根据设备类型进行分类，每一类设备根据预防性策略制定相应的维护任务的频次。每年年度制定下一年度预防性工作计划，将原有的故障维修策略转变为预防性维护策略，降低因仪表原因导致装置波动甚至停车的次数，提升仪控设备可靠性。

2.2 开展预防性维护工作

按照相关法规标准、仪表及控制系统检修规程等要求，定期开展仪表及控制系统维护工作。定期性维护主要包括日常巡检、定期检验、定期试验，以及根据企业所在地理位置制定的季节性维护。

在装置生产运行期间，为提高仪表及控制系统可靠性，减少突发故障，应创造条件有计划地开展定期性维护工作。依据设备状态、地域环境等特点，在石油化工行业设备维护检修规程规定的基准周期上，确定定期性维护周期。

2.3 定期检验

定期检验（固定式可燃及有毒气体报警器每年应检定一次，国（省）控污染源在线环保监测仪表（CEMS、COD、VOCs、氨氮）按国家规范等每月进行检定）贸易结算计量仪表、能源及物料计量仪表等设备按国家规范要求周期进行检定[3]。

2.4 定期比对

在装置运行期间无法进行校验的，或确实没有技术手段校验的仪表，如有就地测量点位，可以定期开展远传仪表及就地仪表比对工作，确定准确度等级的测量仪表或测量方法进行在线比对，包括调节阀的阀位与标尺、浮筒，及双法兰液位计与玻璃板液位计、温度测量表、压力表，以确保测量设备的准确性[4]。

2.5 定期检查

每月为保证固定式可燃及有毒气体报警器正常运行，每月需对其零点检查，可以确保报警器完好率，及时发现故障仪表及现场泄漏情况，保证装置现场安全。

对SIS 系统的SOE 记录进行检查，检查内容包括频繁报警、开路/短路报警、SOE 记录功能是否正常等，每月至少进行两次，以确保高频报警设备，及早发现联锁仪表故障及异常报警，确保不发生因设备故障导致装置联锁的情况

2.6 定期试验

DCS 服务器热备切换。一般DCS 系统都设置为冗余系统，当一台控制器发生故障时，会自动切换到另一台设备，不影响系统的正常运行及控制。因此，需要在DCS 系统运行期间，主动进行热备切换，确保切换功能正常，避免在控制器故障进行冗余切换时发生故障，导致系统无法正常运行。

部分切断阀，由于长期处于同一阀位，仅仅在发生紧急情况时动作，因而出现过切断阀该动作时却无法动作的情况，特别是大口径的切断蝶阀、长期不动作的防空阀门尤为常见。因此，需要对工艺具备试验条件的切断阀进行开关动作试验，动作试验每年至少一次。对不具备切出或手动大幅调整阀位的切断阀及紧急放空阀，待停工或消缺机会时进行动作测试，以确保切断阀遇到紧急情况时正确动作。

2.7 定期清扫

每年至少进行1 次对工程师站、服务器、操作站等上位机主机及光学测量仪表镜片进行清扫，防止由于积灰导致电子元件异常升温或性能下降，尤其是参与联锁的加热炉火焰检测器，各种光学在线分析仪表均应该开展此项工作。

每年至少进行1 次对易积灰、结焦、堵塞的传感器进行下线清理或在线手动强制反吹。主要介质易堵塞点位包括焦化装置、煤厂附近、灰尘较大、介质粘度较高，同样工艺条件多次堵塞的变送器导压管，防尘工作重点部位为处于沙尘天气较多的地区，环境中存在粉尘的热电、焦化及煤化工等装置。

2.8 防雨防潮

防雨防潮也是仪表专业预防性维护工作的重点之一，企业经常发生因进雨导致仪表接线箱或设备内存水导致装置发生异常的情况。因此，需要维护人员加强雨季防水管理，重点检查机柜间及现场仪表设备。在检修期间对设备电磁阀进行开盖检查，确保内部干燥，防止发生因进水腐蚀导致电磁阀异常动作。

2.9 防高温

1）对电源柜、系统柜、端子柜、安全栅柜、网络柜等机柜内的电子设备，每月至少开展一次红外成像检测。使用红外成像仪对机柜间内部进行检查，当检测温度高于室温30℃时，需采取措施，解决控制柜内部元件异常情况，必要时进行更换，确保控制系统正常运行。

对电磁阀每季度至少开展一次红外温度检测。对电磁阀表面温度进行测量，由于电磁阀密封圈较多采用橡胶材质，因而当测量温度超过65℃时，需采取措施来保护电磁阀设备本体；当温度超过80℃时，需更换电磁阀。

2）由于分析小屋内温度对测量结果存在较大影响，特别是部分国控源设备具有高温自动停机的设置，因而需在高温季节前对机柜间、分析小屋空调进行全面的检查、维护保养。

3 预知性维修

对仪表及控制系统状态检测包括在线监测、使用寿命管理等方式的结果进行状态评价、风险评估，确定最合适的修理时机及更合理的修理方法，达到运行安全可靠，检修成本合理的一种检修策略，优化仪表及控制系统运维方式，减少其停工检修的工作量。

3.1 在线监测

管设备就要管设备运行环境，因此在设备运行过程中需要对状态参数及环境参数进行在线监测：通过对仪表及控制系统的各项健康状态及运行环境数据进行连续实时监测，主要包括控制系统自诊断报警监测、联锁投用，及报警状态监测、控制阀动作时间监测、仪表伴热监测。

3.1.1 控制系统自诊断报警监测

将DCS、SIS、CCS、PLC 等控制系统自诊断数据中的控制器报警、卡件，及通道状态报警、通讯报警、接地报警、电源模块报警、风扇报警等系统报警事件自动采集到检测平台，并通过手机短信形式分级推送到管理人员、维护人员。通过控制系统监控功能的设置，平台的电子巡检，精准定位故障点，依托平台由公司专家团队进行诊断分析，使故障和缺陷及时处理，提高维护效率，极大地提升了控制系统的可靠性。

3.1.2 联锁投用及仪表报警监测

将联锁回路的投用状态信号引入仪控状态监测平台，实现联锁回路投用状态的实时监管，并可通过手机短信形式分级推送到管理人员。

在安全仪表系统里设置冗余联锁仪表的偏差报警，例如对三取二设置的3 个测量仪表进行偏差报警设置，若相互之间差距大于量程5%就会发出报警信息，并设置开路及短路报警判断逻辑，及时报警。

3.1.3 控制阀动作时间监测

对有动作时间要求并配备阀门回讯器的控制阀，在控制系统里对控制阀动作时间进行监控并设置超时报警，宜将超时报警传送到仪控状态监测平台。通过控制阀动作时间监控，可以有效在阀门卡塞前及时进行预防性维修，避免阀门卡死后对装置正常运行的影响。

3.1.4 仪表伴热监测

通过HART、现场总线等协议采集变送器膜盒温度，或者增加热电阻、夹管式温度传感器等对仪表伴热情况进行监控并设置报警。在同一伴热系统可采一个温度点，当温度点测量值降低时，可及时通知维保人员进行处置，避免伴热温度降低导致仪表及导压管冻凝。通过伴热温度趋势可以避免伴热管线全部冻凝后处理费时费力的情况，并通过设置报警值及短信推送的方式达到预防性维护的目的。

3.2 状态评估

通过在线监测及离线检测等方式采集仪表及控制系统状态信息，包括强度、量值大小以及变化趋势等，采用多种分析方法进行状态评估和分析；并结合与同类设备的比较，做出综合判断，发现设备异常并纳入缺陷管理；通过在线监测及时发现缺陷，在故障发生前进行干预，避免发生严重后果[5]。

3.3 仪控设备寿命管理

建立仪表及控制系统寿命动态评价机制，参照推荐使用寿命，结合设备运行工况、运行环境、状态检测、历史故障统计等要素，评估仪表及控制系统性能，作为提前更新或超期服役的依据，并指导开展仪表及控制系统预防性维修工作。

3.3.1 编制设备推荐使用年限表

参照仪控设备选型及说明书，结合设备分级管理，设备品牌平均无故障时间，平均无故障时间(MTBF）、技术附件要求的使用寿命、设备可靠性评估结果等要素，确保设备可靠性兼顾经济性，确定不同类型设备的推荐使用寿命。

关键设备推荐使用寿命=（设备使用说明书推荐寿命×70%+平均无故障时间×30%）×75%

重要设备推荐使用寿命=（设备使用说明书推荐寿命×70%+平均无故障时间×30%）

3.3.2 建立寿命管理台账

按照仪表及控制系统失效后的影响范围，确定关键回路、重要回路的仪表及控制系统两类设备[6]。其中，关键回路为会导致装置非计划停工，或发生安全、环保、质量事故的联锁回路和重要控制回路，大机组停机电磁阀、电液转换器、喘振阀等影响装置切断进料或紧急放空的阀门等关键仪表且非冗余配置。重要回路为会导致单元非计划停工的联锁回路和主要控制回路，主要为无副线的控制阀、联锁冗余设置的测量仪表。对比设备使用年限、推荐使用年限，将其作为设备预防性维修的依据。

4 预防性工作开展成效

4.1 预防性维护开展效果

图1 报警器零点检查情况Fig.1 Alarm zero check situation

图3 仪表原因引起生产波动次数Fig.3 The number of production fluctuations caused by the instrument

企业开展预防性维护工作，对设备的有关性能进行符合性评价，大幅提升仪控设备可靠性。以开展固定式可燃及有毒气体报警器零点检查为例，能够起到以下3 个作用：①发现现场存在泄漏点位，虽然没有达到报警值，但是能发现现场轻微泄漏点，对现场泄漏治理起到辅助作用；②报警器传感器发生零点漂移情况，能够及早提醒维保人员，及时使用标气对报警器零点进行校验，确保报警器显示正常；③能够发现现场报警器传感器失效点位。图1 为天津某石化企业2021 年下半年6 月至12 月检查结果。

4.2 预防性维修

4.2.1 在线监测开展成效

通过DCS 系统自诊断数据中报警事件自动采集到状态检测平台，可通过手机短信形式分级推送到管理人员、维护人员，及时处理控制系统异常。天津地区某石化企业本年度第一季度共计通过在线监测发现问题18 项，均及时由运维人员进行处置，未发生由于控制系统故障导致装置异常的情况。

4.2.2 预防性维修开展成效

图2 控制系统在线监测成果Fig.2 Online monitoring results of the control system

图4 预防性维修比例Fig.4 Proportion of preventive maintenance

通过预防性维修策略的执行，企业大幅减少了因仪表专业导致的装置波动[7]。以华北某石化及山东某石化为例，2017 年及2018 年两家企业因仪表原因导致装置波动接近20 起，但在2018 年开展完整性体系建设后，预防性维修的比例大幅提升，改变了原有仪控专业事后维修的固有思想，将检维修重点放在预防性维修上，特别针对A、B 类关键控制系统及控制阀采取有效的事前维修，使因仪表原因导致生产波动次数大幅度降低。目前企业仪控专业预防性策略2.0 均有效开展，执行效果显著，设备管理水平得到有效提升。