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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(zhèn)海煉化分公司

摘要:現(xiàn)階段,中國石化的主要煉化裝置要求實現(xiàn)以四年為一個周期進行檢修的目標,檢修期間改造任務重、檢修時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,通過分析日常出現(xiàn)的儀表故障頻率和由此帶來的裝置運行風險,重點探討了儀表大檢修期間的預防性檢修策略的制訂。
關鍵詞:儀表故障 預防性檢修 故障頻率 運行風險 檢修策略
    儀表是裝置穩(wěn)定可靠運行的保障。為了保證儀表設備可靠運行并延長其使用壽命,各煉化廠都或多或少制訂了一些與儀表設備維護保養(yǎng)有關的規(guī)定,這些規(guī)定大部分是基于經(jīng)驗,或基于一段時間內(nèi)發(fā)生的故障現(xiàn)象而采取的有針對性的預防性措施。現(xiàn)階段,中國石化的主要煉化裝置要求實現(xiàn)以四年為一個周期進行檢修的目標,檢修期間改造任務重、檢修時間短、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手段,特別是DCS故障自診斷技術的普遍應用,極大減少了由于DCS故障而導致的非計劃停工事故。但現(xiàn)場儀表或回路的中間回路環(huán)節(jié)大部分不具備這種故障自診斷功能,統(tǒng)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事故的主要因素,通過分析日常出現(xiàn)的儀表故障頻率和由此帶來的裝置運行風險,可以在裝置大檢修期間,針對各類儀表采取科學有效的預防性檢修策略。

1.儀表故障類型
    目前,中石化各企業(yè)普遍使用的是書面作業(yè)票,通過人工統(tǒng)計企業(yè)幾十甚至上百套裝置的各類大大小小的儀表故障幾乎不可能。值得推廣的是,已經(jīng)有個別大型石化企業(yè)在前幾年就已經(jīng)采用了先進的
電子作業(yè)票系統(tǒng),這使得科學系統(tǒng)地統(tǒng)計并分析儀表故障的種類和頻率成為可能。圖1~5是利用電子作業(yè)票系統(tǒng)統(tǒng)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(shù)據(jù)(注:數(shù)據(jù)已剔除了非故障的作業(yè)次數(shù),如配合改造項目以及檢查無問題的作業(yè)次數(shù))。圖1中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,儀表故障排名依次為:一次表及其附件、調(diào)節(jié)閥、操作站、回路環(huán)節(jié)、分析表。圖2~5則進一步說明了圖1各部分的組成和故障比例。
 





    由圖2可見,一次表的檢查調(diào)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———有時操作工習慣于依賴儀表工的檢查結(jié)果以做出正確判斷。檢查調(diào)整作業(yè)的主要內(nèi)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(gòu)成大的威脅,但排名第二的引壓管或伴熱管的管線補焊堵漏則應引起重視,引壓管泄漏會導致煉油廠廣泛存在的H2S介質(zhì)的泄漏,嚴重時會導致人員傷亡;而伴熱管泄漏本身雖然沒有大的危險性,但由于補焊需要動火,對運行著的裝置會帶來嚴重的運行安全風險。
     調(diào)節(jié)閥的運行效果,直接影響到裝置運行的平穩(wěn)。由圖1可以看出,調(diào)節(jié)閥的故障占總儀表故障率的約1/5,而調(diào)節(jié)閥附件的故障又在其中占了大部分比例,有文獻指出煉油廠加氫裂化裝置的調(diào)節(jié)閥附件故障占了該裝置調(diào)節(jié)閥總故障的33.6%。若統(tǒng)計數(shù)據(jù)擴大到石化廠的全部裝置,特別是包含油品儲運裝置的氣缸閘閥時,這個數(shù)據(jù)就遠不止如此了,從圖3可以發(fā)現(xiàn),回訊故障能占到調(diào)節(jié)閥總故障量的45%。由于多數(shù)回訊并不參與聯(lián)鎖,回訊故障對裝置的平穩(wěn)運行威脅并不大。閥體組件故障是構(gòu)成調(diào)節(jié)閥故障的第二大因素,在大檢修時,各個煉化企業(yè)都會把調(diào)節(jié)閥檢修列入重點關注對象,但通過檢修來降低調(diào)節(jié)閥故障率的手段并不多,原因是對于既有閥門,除非對閥門本體進行改進或者改變工藝,否則很難保證閥門不再在下個周期再次出現(xiàn)問題。從歷年來中石化各企業(yè)通報的事故分析,閥門本體問題造成跳車的次數(shù)也鮮有發(fā)生。
需要引起注意的是閥門附件問題,定位器和電磁閥故障占了調(diào)節(jié)閥故障總數(shù)的25%,定位器故障往往會造成裝置波動甚至跳車;而電磁閥則是近幾年來中石化各企業(yè)裝置發(fā)生誤跳車的主要因素,電磁閥故障會直接關閉或打開聯(lián)鎖閥,從而導致誤跳車,有時電磁閥也會導致聯(lián)鎖拒動,從而帶來更大危害。定位器和電磁閥的故障除了自身的問題外,在實踐中還發(fā)現(xiàn),它們的故障還與接線盒進水、儀表空氣不干凈等因素有關。過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元件,雖然它本身故障直接導致的跳車次數(shù)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濾器發(fā)揮不了正常作用進而導致空氣不潔造成的。
    DCS故障名列全部儀表故障的第三位(圖1),DCS故障的主要因素是主機及外設故障,其次是卡件問題。主機及外設故障對裝置運行的影響極小,很少會導致裝置波動或跳車,而卡件則由于冗余配置的關系,也很少發(fā)生由此造成的跳車,需要引起關注的是占比例最小的回路環(huán)節(jié)問題,雖然僅占7%,但是引起跳車的風險卻極大,從圖3可以看出,回路環(huán)節(jié)故障的三大因素分別是端子和線路問題、電源問題和中間元件(如報警設定器、安全柵、繼電器、保險絲及按鈕等)問題,這些都是容易忽略的“次要”儀表或附件。
綜上可見,
造成裝置跳車或波動的主要因素是定位器、電磁閥、過濾減壓閥和回路環(huán)節(jié)。從施工安全來講,儀表管線的腐蝕治理也應是重點關注的對象。

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定期保養(yǎng)工作計劃展開的,目前各煉化企業(yè)根據(jù)企業(yè)的特點,針對現(xiàn)場儀表或DCS系統(tǒng),都在不同程度地開展預防性維護工作。但是對容易造成誤跳車或波動的定位器、電磁閥和過濾減壓閥,因為在日常很難開展預防性維護工作,所以需要在大檢修期間予以安排,而在減少回路環(huán)節(jié)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)量是延長回路環(huán)節(jié)元件壽命的一個重要手段?,F(xiàn)階段,很多煉化企業(yè)通過改造,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),同時現(xiàn)場機柜間通過兼并原先的小操作室也有所擴大。但現(xiàn)場機柜間的一個共性問題是密封效果很差,室外腐蝕性氣體很容易侵入,導致DCS配套的安全柵、繼電器及鈕子開關等附件氧化腐蝕加劇,實踐中常發(fā)現(xiàn)端子上有發(fā)黑現(xiàn)象。根據(jù)ANSI/ISA-71.04-1985關于空氣品質(zhì)等級的劃分,室內(nèi)的空氣等級可以分為4類,詳見表1室內(nèi)空氣品質(zhì)等級分類:
 

    某煉化企業(yè)曾對其86個機柜進行過空氣腐蝕掛片檢測,其結(jié)果為:G1腐蝕等級62個,占總數(shù)的72%;G2腐蝕等級13個,占總數(shù)的15%;G3腐蝕等級11個,占總數(shù)的13%;GX腐蝕等級0個。G2和G3腐蝕等級區(qū)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,這些裝置周圍空氣中腐蝕性成分或灰塵較多,室內(nèi)儀表設備損壞的頻率也相對較高,檢測結(jié)果與實際經(jīng)驗相符。
    就改善空氣質(zhì)量的措施來看,
在機柜間增設空氣凈化內(nèi)循環(huán)機,對于無法做到機柜間微正壓環(huán)境的老裝置而言是一個很好的措施,與此同時要做好機柜間的密封,特別是電纜進線口、門、窗、隔墻、天花板和活動地板下方的隔離。另外,空調(diào)的運行應盡量減少新風運行模式,不然空氣凈化機的作用會大打折扣。在某企業(yè)的焦化裝置旁邊的機柜間內(nèi),曾經(jīng)有一套緊急停車系統(tǒng)的卡件故障率很高,其機柜間內(nèi)的活動地板上經(jīng)??梢钥吹矫芍粚颖”〉慕狗郏?jīng)查發(fā)現(xiàn)系空調(diào)新風帶入,后來改變空調(diào)的運行模式并安裝了空氣凈化機后,問題得到妥善解決。
 
2.2調(diào)節(jié)閥及其附件的預防性檢修策略

    調(diào)節(jié)閥的閥體組件位于調(diào)節(jié)閥故障排列的第二,雖然如此,目前沒有一個煉化企業(yè)在大檢修期間會對全部閥門進行解體檢修。閥門檢修的依據(jù)通常是以已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的缺陷為基礎,結(jié)合易損或重要部位的閥門進行的。石化廠易損和重要部位的閥門一般定義為:高溫油介質(zhì)場合、燃料氣(油)閥門、動作頻繁和易沖刷(磨損、結(jié)焦及聚合等)部位的閥門;加熱爐(再生器)等溫度較高場合的氣缸執(zhí)行機構(gòu)、罐頂N2封自力式閥門。為了解決盤根老化問題,也
應該按期對調(diào)節(jié)閥的盤根進行預防性更換。
    若閥門可以采用
閥門診斷軟件進行故障診斷,則應根據(jù)診斷結(jié)果確定檢修范圍。閥門診斷能全面檢查閥門的狀況,包括閥內(nèi)件和盤根卡澀問題,目前部分國外廠家的帶智能定位器的閥門已可以開展在線故障診斷
    對于
電磁閥,應重點對它的端子接觸和線圈絕緣情況進行檢查。對于兩位五通電磁閥、氣路切換塊、機組停車電磁閥和電液轉(zhuǎn)換器,應考慮在每個檢修周期進行解體清洗檢查。對于部分特別重要的電磁閥,則應考慮每個檢修周期或幾個周期進行整體更換。
對采用有機玻璃罩杯的過濾減壓閥或調(diào)節(jié)手柄為塑料材質(zhì)的過濾減壓閥,應進行逐步更換,避免因過濾器罩杯或調(diào)節(jié)手柄在使用過程中的突然破裂而導致調(diào)節(jié)閥的氣源失壓,一些國產(chǎn)品牌的過濾減壓閥還要特別注意濾芯的檢查,若發(fā)現(xiàn)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(diào)節(jié)閥,應從源頭上把好過濾減壓閥的選型關。
    對帶恒節(jié)流孔的機械式定位器,在檢修期間應對其恒節(jié)流孔進行疏通(如HEP定位器)或吹掃(如KOSO定位器),并對
噴嘴擋板進行清潔。

2.3 電源的預防性檢修
    儀表電源主要有24V(DC)開關穩(wěn)壓電源、UPS及DCS等各類系統(tǒng)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(wěn)壓電源帶有風扇,在散熱的同時,也容易吸入灰塵,加劇內(nèi)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行檢修,
檢修采用清灰與整體更換相結(jié)合的原則進行。為達到好的清灰效果,對24V(DC)穩(wěn)壓電源模塊和電源切換開關應開蓋清灰;而對于重要裝置的機組電源則應確定周期進行整體更換。
    電源方面的另一個問題是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跳車。雖然在石化廠中,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行了供電,但一些儀表設備,如就地機組控制器、分析表、射線料位計往往是單220V(AC)電源供電的,對于這些設備應進行識別,對于單電源中斷后會造成裝置跳車的,則應進行改進,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。首先拉開電氣側(cè)GPS輸出電源QF4,儀表控制系統(tǒng)運行正常,恢復送電;拉開UPS輸出側(cè)開關QF3,儀表控制系統(tǒng)運行正常,恢復送電;拉開GPS輸出側(cè)電源QF4,同時拉開UPS輸入側(cè)電源QF1,儀表控制系統(tǒng)運行正常,恢復送電。
 


2.4回路環(huán)節(jié)的檢修
    對于回路環(huán)節(jié)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)觸點繼電器、保險絲、現(xiàn)場和操作室輔助操作臺上的按鈕,這些元件一般可按3個檢修周期進行更換,報警設定器和安全柵不超過4個檢修周期更換;二是對接線端子進行全面檢查,尤其不能忽視對輔助操作臺上的開關按鈕、現(xiàn)場急停按鈕、接線箱、調(diào)節(jié)閥各部件的接線端子的檢查,對于現(xiàn)場單個儀表至少要做到聯(lián)鎖儀表端子的檢查。另外,電氣和儀表專業(yè)交界面的端子是易被疏忽之處,若電氣和儀表專業(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
    一般在一個檢修周期后就要對DCS進行點檢,點檢包括通過專門軟件來檢查系統(tǒng)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、過濾網(wǎng)、各類風扇、電源卡及保險絲等。表2列出了部分主要系統(tǒng)廠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,會加速儀表的腐蝕性損壞。在抵御對儀表的“內(nèi)腐蝕”方面,已有很多辦法,如
采取改進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題還沒有被引起足夠重視,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險,而引壓管的外泄漏有時則會對生命構(gòu)成威脅。
    保持儀表引壓管管線不被腐蝕的辦法是
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(jié)束時還沒有完工,保溫工的技術素質(zhì)和施工質(zhì)量很少會有人去關注,保溫保護層防不了雨水,時間不久又會發(fā)生腐蝕。在這方面,可以借鑒日本出光煉油廠的做法,該廠全年的保溫人員是固定的,通過細水長流的方式對全廠保溫進行維護,從文獻報道可知該廠的儀表保溫質(zhì)量非常優(yōu)良。

2.7其他儀表的預防性檢修
    高溫場合的雙法蘭膜盒由于長期工作在高溫下,有時會發(fā)生鼓包等現(xiàn)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發(fā)現(xiàn),所以
有必要在檢修期間進行預防性拆檢。另外,煉化廠內(nèi)的新鮮水、污水和循環(huán)水管線上的插入式流量計探頭也應進行抽出清潔,探頭部位極易長苔草或結(jié)垢,影響儀表長周期的使用。

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(guī)程》的要求進行。在每個檢修周期內(nèi),要對每臺儀表進行檢查校準。但目前沒有一家中石化企業(yè)做到這一點,這些年來,在檢修期間要不要對儀表進行全面校驗、怎么校驗,困惑著各企業(yè)的儀表專業(yè)人員。從日常故障發(fā)生的分布來看,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(xiàn)儀表故障的機會非常有限,從所投入的人力成本與所發(fā)現(xiàn)的問題來看完全不成比例。為此,有必要制訂更為科學有效的校驗原則。
   
除了國家規(guī)定的強檢儀表之外,對于其他儀表的校驗應進行調(diào)整,從有效性考慮,必須校驗的儀表建議為:
 
   1)所有調(diào)節(jié)閥的回路聯(lián)校(對檢修過的閥門還要進行帶定位器單校);
    2)機組探頭、機組殼體振動開關、沉筒、壓力開關、報警設定器應進行校驗;
    3)對于能拆下且有技術手段標定的管道式流量計、機組新購的軸瓦溫度熱阻(熱偶)應進行檢定;
    4)智能變送器(包括智能雙法蘭變送器)應進行參數(shù)對比,以發(fā)現(xiàn)DCS等控制系統(tǒng)與實際設置值之間的差異,而不做實際壓力校驗的要求。


3結(jié)束語
    要提高儀表預防性檢維修的科學性和有效性,
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)開始應用統(tǒng)一的、技術更為先進的EAM設備管理系統(tǒng),相信經(jīng)過幾年的故障數(shù)據(jù)積累和分析,定會更加明確故障與保養(yǎng)或更換周期之間的關系,這對于指導中國石化各企業(yè)的儀表預防性檢修工作會起到積極的作用。

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