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如何做好儀表預防性檢修管理
魏劍萍 中國石化鎮海煉化分公司

摘要:現階段,中國石化的主要煉化裝置要求實(shí)現以四年為一個(gè)周期進(jìn)行檢修的目標,檢修期間改造任務(wù)重、檢修時(shí)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(guò)分析日常出現的儀表故障頻率和由此帶來(lái)的裝置運行風(fēng)險,重點(diǎn)探討了儀表大檢修期間的預防性檢修策略的制訂。
關(guān)鍵詞:儀表故障 預防性檢修 故障頻率 運行風(fēng)險 檢修策略
    儀表是裝置穩定可靠運行的保障。為了保證儀表設備可靠運行并延長(cháng)其使用壽命,各煉化廠(chǎng)都或多或少制訂了一些與儀表設備維護保養有關(guān)的規定,這些規定大部分是基于經(jīng)驗,或基于一段時(shí)間內發(fā)生的故障現象而采取的有針對性的預防性措施?,F階段,中國石化的主要煉化裝置要求實(shí)現以四年為一個(gè)周期進(jìn)行檢修的目標,檢修期間改造任務(wù)重、檢修時(shí)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(zhù)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(shù)手段,特別是DCS故障自診斷技術(shù)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。但現場(chǎng)儀表或回路的中間回路環(huán)節大部分不具備這種故障自診斷功能,統計表明,日常不易引起注意的輔助儀表,恰恰是導致裝置跳車(chē)事故的主要因素,通過(guò)分析日常出現的儀表故障頻率和由此帶來(lái)的裝置運行風(fēng)險,可以在裝置大檢修期間,針對各類(lèi)儀表采取科學(xué)有效的預防性檢修策略。

1.儀表故障類(lèi)型
    目前,中石化各企業(yè)普遍使用的是書(shū)面作業(yè)票,通過(guò)人工統計企業(yè)幾十甚至上百套裝置的各類(lèi)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(gè)別大型石化企業(yè)在前幾年就已經(jīng)采用了先進(jìn)的
電子作業(yè)票系統,這使得科學(xué)系統地統計并分析儀表故障的種類(lèi)和頻率成為可能。圖1~5是利用電子作業(yè)票系統統計的某大型企業(yè)從2014年1月到2015年7月期間的儀表故障數據(注:數據已剔除了非故障的作業(yè)次數,如配合改造項目以及檢查無(wú)問(wèn)題的作業(yè)次數)。圖1中的統計數據表明,儀表故障排名依次為:一次表及其附件、調節閥、操作站、回路環(huán)節、分析表。圖2~5則進(jìn)一步說(shuō)明了圖1各部分的組成和故障比例。
 





    由圖2可見(jiàn),一次表的檢查調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(guān)———有時(shí)操作工習慣于依賴(lài)儀表工的檢查結果以做出正確判斷。檢查調整作業(yè)的主要內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成大的威脅,但排名第二的引壓管或伴熱管的管線(xiàn)補焊堵漏則應引起重視,引壓管泄漏會(huì )導致煉油廠(chǎng)廣泛存在的H2S介質(zhì)的泄漏,嚴重時(shí)會(huì )導致人員傷亡;而伴熱管泄漏本身雖然沒(méi)有大的危險性,但由于補焊需要動(dòng)火,對運行著(zhù)的裝置會(huì )帶來(lái)嚴重的運行安全風(fēng)險。
     調節閥的運行效果,直接影響到裝置運行的平穩。由圖1可以看出,調節閥的故障占總儀表故障率的約1/5,而調節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(chǎng)加氫裂化裝置的調節閥附件故障占了該裝置調節閥總故障的33.6%。若統計數據擴大到石化廠(chǎng)的全部裝置,特別是包含油品儲運裝置的氣缸閘閥時(shí),這個(gè)數據就遠不止如此了,從圖3可以發(fā)現,回訊故障能占到調節閥總故障量的45%。由于多數回訊并不參與聯(lián)鎖,回訊故障對裝置的平穩運行威脅并不大。閥體組件故障是構成調節閥故障的第二大因素,在大檢修時(shí),各個(gè)煉化企業(yè)都會(huì )把調節閥檢修列入重點(diǎn)關(guān)注對象,但通過(guò)檢修來(lái)降低調節閥故障率的手段并不多,原因是對于既有閥門(mén),除非對閥門(mén)本體進(jìn)行改進(jìn)或者改變工藝,否則很難保證閥門(mén)不再在下個(gè)周期再次出現問(wèn)題。從歷年來(lái)中石化各企業(yè)通報的事故分析,閥門(mén)本體問(wèn)題造成跳車(chē)的次數也鮮有發(fā)生。
需要引起注意的是閥門(mén)附件問(wèn)題,定位器和電磁閥故障占了調節閥故障總數的25%,定位器故障往往會(huì )造成裝置波動(dòng)甚至跳車(chē);而電磁閥則是近幾年來(lái)中石化各企業(yè)裝置發(fā)生誤跳車(chē)的主要因素,電磁閥故障會(huì )直接關(guān)閉或打開(kāi)聯(lián)鎖閥,從而導致誤跳車(chē),有時(shí)電磁閥也會(huì )導致聯(lián)鎖拒動(dòng),從而帶來(lái)更大危害。定位器和電磁閥的故障除了自身的問(wèn)題外,在實(shí)踐中還發(fā)現,它們的故障還與接線(xiàn)盒進(jìn)水、儀表空氣不干凈等因素有關(guān)。過(guò)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(gè)元件,雖然它本身故障直接導致的跳車(chē)次數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(guò)濾器發(fā)揮不了正常作用進(jìn)而導致空氣不潔造成的。
    DCS故障名列全部?jì)x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(wèn)題。主機及外設故障對裝置運行的影響極小,很少會(huì )導致裝置波動(dòng)或跳車(chē),而卡件則由于冗余配置的關(guān)系,也很少發(fā)生由此造成的跳車(chē),需要引起關(guān)注的是占比例最小的回路環(huán)節問(wèn)題,雖然僅占7%,但是引起跳車(chē)的風(fēng)險卻極大,從圖3可以看出,回路環(huán)節故障的三大因素分別是端子和線(xiàn)路問(wèn)題、電源問(wèn)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(wèn)題,這些都是容易忽略的“次要”儀表或附件。
綜上可見(jiàn),
造成裝置跳車(chē)或波動(dòng)的主要因素是定位器、電磁閥、過(guò)濾減壓閥和回路環(huán)節。從施工安全來(lái)講,儀表管線(xiàn)的腐蝕治理也應是重點(diǎn)關(guān)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(guò)定期保養工作計劃展開(kāi)的,目前各煉化企業(yè)根據企業(yè)的特點(diǎn),針對現場(chǎng)儀表或DCS系統,都在不同程度地開(kāi)展預防性維護工作。但是對容易造成誤跳車(chē)或波動(dòng)的定位器、電磁閥和過(guò)濾減壓閥,因為在日常很難開(kāi)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(cháng)回路環(huán)節元件壽命的一個(gè)重要手段?,F階段,很多煉化企業(yè)通過(guò)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(shí)現場(chǎng)機柜間通過(guò)兼并原先的小操作室也有所擴大。但現場(chǎng)機柜間的一個(gè)共性問(wèn)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(kāi)關(guān)等附件氧化腐蝕加劇,實(shí)踐中常發(fā)現端子上有發(fā)黑現象。根據ANSI/ISA-71.04-1985關(guān)于空氣品質(zhì)等級的劃分,室內的空氣等級可以分為4類(lèi),詳見(jiàn)表1室內空氣品質(zhì)等級分類(lèi):
 

    某煉化企業(yè)曾對其86個(gè)機柜進(jìn)行過(guò)空氣腐蝕掛片檢測,其結果為:G1腐蝕等級62個(gè),占總數的72%;G2腐蝕等級13個(gè),占總數的15%;G3腐蝕等級11個(gè),占總數的13%;GX腐蝕等級0個(gè)。G2和G3腐蝕等級區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?chē)諝庵懈g性成分或灰塵較多,室內儀表設備損壞的頻率也相對較高,檢測結果與實(shí)際經(jīng)驗相符。
    就改善空氣質(zhì)量的措施來(lái)看,
在機柜間增設空氣凈化內循環(huán)機,對于無(wú)法做到機柜間微正壓環(huán)境的老裝置而言是一個(gè)很好的措施,與此同時(shí)要做好機柜間的密封,特別是電纜進(jìn)線(xiàn)口、門(mén)、窗、隔墻、天花板和活動(dòng)地板下方的隔離。另外,空調的運行應盡量減少新風(fēng)運行模式,不然空氣凈化機的作用會(huì )大打折扣。在某企業(yè)的焦化裝置旁邊的機柜間內,曾經(jīng)有一套緊急停車(chē)系統的卡件故障率很高,其機柜間內的活動(dòng)地板上經(jīng)??梢钥吹矫芍?zhù)一層薄薄的焦粉,經(jīng)查發(fā)現系空調新風(fēng)帶入,后來(lái)改變空調的運行模式并安裝了空氣凈化機后,問(wèn)題得到妥善解決。
 
2.2調節閥及其附件的預防性檢修策略

    調節閥的閥體組件位于調節閥故障排列的第二,雖然如此,目前沒(méi)有一個(gè)煉化企業(yè)在大檢修期間會(huì )對全部閥門(mén)進(jìn)行解體檢修。閥門(mén)檢修的依據通常是以已經(jīng)發(fā)現的缺陷為基礎,結合易損或重要部位的閥門(mén)進(jìn)行的。石化廠(chǎng)易損和重要部位的閥門(mén)一般定義為:高溫油介質(zhì)場(chǎng)合、燃料氣(油)閥門(mén)、動(dòng)作頻繁和易沖刷(磨損、結焦及聚合等)部位的閥門(mén);加熱爐(再生器)等溫度較高場(chǎng)合的氣缸執行機構、罐頂N2封自力式閥門(mén)。為了解決盤(pán)根老化問(wèn)題,也
應該按期對調節閥的盤(pán)根進(jìn)行預防性更換。
    若閥門(mén)可以采用
閥門(mén)診斷軟件進(jìn)行故障診斷,則應根據診斷結果確定檢修范圍。閥門(mén)診斷能全面檢查閥門(mén)的狀況,包括閥內件和盤(pán)根卡澀問(wèn)題,目前部分國外廠(chǎng)家的帶智能定位器的閥門(mén)已可以開(kāi)展在線(xiàn)故障診斷。
    對于
電磁閥,應重點(diǎn)對它的端子接觸和線(xiàn)圈絕緣情況進(jìn)行檢查。對于兩位五通電磁閥、氣路切換塊、機組停車(chē)電磁閥和電液轉換器,應考慮在每個(gè)檢修周期進(jìn)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(gè)檢修周期或幾個(gè)周期進(jìn)行整體更換。
對采用有機玻璃罩杯的過(guò)濾減壓閥或調節手柄為塑料材質(zhì)的過(guò)濾減壓閥,應進(jìn)行逐步更換,避免因過(guò)濾器罩杯或調節手柄在使用過(guò)程中的突然破裂而導致調節閥的氣源失壓,一些國產(chǎn)品牌的過(guò)濾減壓閥還要特別注意濾芯的檢查,若發(fā)現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,對于新采購的調節閥,應從源頭上把好過(guò)濾減壓閥的選型關(guān)。
    對帶恒節流孔的機械式定位器,在檢修期間應對其恒節流孔進(jìn)行疏通(如HEP定位器)或吹掃(如KOSO定位器),并對
噴嘴擋板進(jìn)行清潔。

2.3 電源的預防性檢修
    儀表電源主要有24V(DC)開(kāi)關(guān)穩壓電源、UPS及DCS等各類(lèi)系統設備自帶的電源卡,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。有的穩壓電源帶有風(fēng)扇,在散熱的同時(shí),也容易吸入灰塵,加劇內部元器件的發(fā)熱從而使壽命縮短。為此,在停工檢修期間應對電源進(jìn)行檢修,
檢修采用清灰與整體更換相結合的原則進(jìn)行。為達到好的清灰效果,對24V(DC)穩壓電源模塊和電源切換開(kāi)關(guān)應開(kāi)蓋清灰;而對于重要裝置的機組電源則應確定周期進(jìn)行整體更換。
    電源方面的另一個(gè)問(wèn)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(huì )跳車(chē)。雖然在石化廠(chǎng)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(jìn)行了供電,但一些儀表設備,如就地機組控制器、分析表、射線(xiàn)料位計往往是單220V(AC)電源供電的,對于這些設備應進(jìn)行識別,對于單電源中斷后會(huì )造成裝置跳車(chē)的,則應進(jìn)行改進(jìn),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(kāi)電氣側GPS輸出電源QF4,儀表控制系統運行正常,恢復送電;拉開(kāi)UPS輸出側開(kāi)關(guān)QF3,儀表控制系統運行正常,恢復送電;拉開(kāi)GPS輸出側電源QF4,同時(shí)拉開(kāi)UPS輸入側電源QF1,儀表控制系統運行正常,恢復送電。
 


2.4回路環(huán)節的檢修
    對于回路環(huán)節的檢修,
一是建議定期更換老化元件,如與電氣隔離用的220V(AC)觸點(diǎn)繼電器、保險絲、現場(chǎng)和操作室輔助操作臺上的按鈕,這些元件一般可按3個(gè)檢修周期進(jìn)行更換,報警設定器和安全柵不超過(guò)4個(gè)檢修周期更換;二是對接線(xiàn)端子進(jìn)行全面檢查,尤其不能忽視對輔助操作臺上的開(kāi)關(guān)按鈕、現場(chǎng)急停按鈕、接線(xiàn)箱、調節閥各部件的接線(xiàn)端子的檢查,對于現場(chǎng)單個(gè)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(zhuān)業(yè)交界面的端子是易被疏忽之處,若電氣和儀表專(zhuān)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(gè)檢修周期后就要對DCS進(jìn)行點(diǎn)檢,點(diǎn)檢包括通過(guò)專(zhuān)門(mén)軟件來(lái)檢查系統性能并備份軟件、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(guò)濾網(wǎng)、各類(lèi)風(fēng)扇、電源卡及保險絲等。表2列出了部分主要系統廠(chǎng)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(huì )加速儀表的腐蝕性損壞。在抵御對儀表的“內腐蝕”方面,已有很多辦法,如
采取改進(jìn)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(wèn)題還沒(méi)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(fēng)險,而引壓管的外泄漏有時(shí)則會(huì )對生命構成威脅。
    保持儀表引壓管管線(xiàn)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,往往在裝置檢修結束時(shí)還沒(méi)有完工,保溫工的技術(shù)素質(zhì)和施工質(zhì)量很少會(huì )有人去關(guān)注,保溫保護層防不了雨水,時(shí)間不久又會(huì )發(fā)生腐蝕。在這方面,可以借鑒日本出光煉油廠(chǎng)的做法,該廠(chǎng)全年的保溫人員是固定的,通過(guò)細水長(cháng)流的方式對全廠(chǎng)保溫進(jìn)行維護,從文獻報道可知該廠(chǎng)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(chǎng)合的雙法蘭膜盒由于長(cháng)期工作在高溫下,有時(shí)會(huì )發(fā)生鼓包等現象,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(shí)發(fā)現,所以
有必要在檢修期間進(jìn)行預防性拆檢。另外,煉化廠(chǎng)內的新鮮水、污水和循環(huán)水管線(xiàn)上的插入式流量計探頭也應進(jìn)行抽出清潔,探頭部位極易長(cháng)苔草或結垢,影響儀表長(cháng)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程》的要求進(jìn)行。在每個(gè)檢修周期內,要對每臺儀表進(jìn)行檢查校準。但目前沒(méi)有一家中石化企業(yè)做到這一點(diǎn),這些年來(lái),在檢修期間要不要對儀表進(jìn)行全面校驗、怎么校驗,困惑著(zhù)各企業(yè)的儀表專(zhuān)業(yè)人員。從日常故障發(fā)生的分布來(lái)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)現儀表故障的機會(huì )非常有限,從所投入的人力成本與所發(fā)現的問(wèn)題來(lái)看完全不成比例。為此,有必要制訂更為科學(xué)有效的校驗原則。
   
除了國家規定的強檢儀表之外,對于其他儀表的校驗應進(jìn)行調整,從有效性考慮,必須校驗的儀表建議為:
 
   1)所有調節閥的回路聯(lián)校(對檢修過(guò)的閥門(mén)還要進(jìn)行帶定位器單校);
    2)機組探頭、機組殼體振動(dòng)開(kāi)關(guān)、沉筒、壓力開(kāi)關(guān)、報警設定器應進(jìn)行校驗;
    3)對于能拆下且有技術(shù)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(jìn)行檢定;
    4)智能變送器(包括智能雙法蘭變送器)應進(jìn)行參數對比,以發(fā)現DCS等控制系統與實(shí)際設置值之間的差異,而不做實(shí)際壓力校驗的要求。


3結束語(yǔ)
    要提高儀表預防性檢維修的科學(xué)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(kāi)始應用統一的、技術(shù)更為先進(jìn)的EAM設備管理系統,相信經(jīng)過(guò)幾年的故障數據積累和分析,定會(huì )更加明確故障與保養或更換周期之間的關(guān)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(huì )起到積極的作用。

參考文獻(略)


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