降低现场仪表重复故障率、提高系统稳定运行水平策略研究

降低现场仪表重复故障率、提高系统稳定运行水平策略研究

张秀强 彭云江 刘丹

抚顺石化工程建设有限公司  辽宁省抚顺市  113000

摘要：在化工生产装置中，如果把DCS和PLC控制系统比作人的大脑，那么现场的各种仪表和阀门就是人的眼睛和手，它们把现场检测到的温度、压力、流量等各种工业参数转化成标准信号传输到控制系统，控制系统对这些信号进行分析、处理并输出，控制现场的执行机构，把工业参数控制在人们想要的数值上。现场仪表由于处于各类高温、高压、高频振动、易结晶、易凝析、易淤堵、易冻凝等复杂恶劣的工业环境中，如何使其稳定运行，对化工装置的稳定生产以及安全运行有着十分重要的意义。

关键词：化工装置；仪表维护；现场仪表。

仪表在工业生产中扮演着十分重要的角色，以某大型石化公司35万吨/年高密度聚乙烯（以下简称HDPE）装置为例，其采用德国Basell公司的Hostalen低压淤浆法生产工艺，生产过程主要分为催化剂制备、聚合、分离、挤出和造粒、己烷回收和丁烯回收等主要单元，现场仪表以智能型电子式仪表为主。由于地处东北严寒地区，对冬季保温伴热要求较高，根据现场实际应用环境以及气候条件，结合历年仪表检维修故障数量统计，从仪表的选型、维护、技术改造等几方面进行针对性的分析并提出解决方案，可以大幅减少仪表的故障频率和维护工作量，对装置的安、稳、长、满、优运行有着至关重要的作用。

一、由于仪表选型不当对测量造成影响

HDPE车间有三台废水池液位计，均采用SIEMENS一体式缆式导波雷达液位计。该型液位计是一种基于时间行程原理的测量仪表，探头发出高频脉冲并沿缆式探头传播，当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器接收，并将距离信号转化为物位信号。实际使用过程中，一直存在着虚假回波信号导致雷达液位计出现测量错误导致污水处理泵联锁停泵的现象，尤其是冬季故障频发，严重时候可能导致污水从池中溢出，给岗位操作人员带来很大不便，严重影响生产。

经过长时间的维护分析，发现导波雷达液位计出现经常性失灵，尤其是冬季的故障频发现象，主要是由于：

(1)冬季气温太低，为了防止结冰，对池内污水采取了伴热，池中因此产生大量的冷凝蒸汽，会造成液面以上的空间中充满了高浓度的蒸汽，其微小的颗粒不仅对电磁波产生漫射而且会吸收大量的电磁波能量，造成电磁波衰减使液位计无法接收回波信号。

(2)污水池内脏污介质较多，这些杂质会附着在钢缆上或者探头上使信号发射不出去或者产生虚假回波，造成假液位；

(3)雷达液位计安装的顶部没有伴热措施，挥发的蒸汽很容易在天线上凝析附着，造成电磁波发射困难。

基于以上原因，向HDPE车间提出改型的建议。把缆式导波雷达液位计改为浮球液位计，带有磁体的浮球在被测介质中的位置受浮力作用影响，液位的变化导致磁性浮球位置变化，浮球中的磁体和传感器（磁簧开关）作用，使串联入电路的元件（滑线变阻器）的数量发生变化，进而使仪表输出的4mA-20mA标准电流信号发生变化，实现液面的远距离检测和控制。

经过安装校验调试，更换后的浮球液位计长时间运行良好，彻底避免了温度变化和池内淤泥对液位计的影响，解决了仪表测量失真导致工艺监控难度大、污水外溢的问题。

二、由于现场工况恶劣造成仪表故障频发

HFPE装置氮气闭路循环输送系统，气源由206-C-2203A/B罗茨风机提供。2021年以来，206-C-2203B频繁联锁停机，严重影响粉料输送过程，经过仪表维护人员和厂家技术人员后台对程序进行排查，发现是风机出口阀回讯信号故障所致。

该阀位于206-C-2203B的出口管线上，阀门控制方式为手动，风机在正常运行状态时候阀门处于全开位置，回讯信号为P+F触点接近开关，但是由于阀门回讯器的同轴连接件和阀门传动轴之间采用一字槽连接方式，连接不稳定容易晃动；阀门回讯器采用NAMUR接近开关，其金属触点安装在一个扇形的硬塑料件上，这个扇形塑料件和回讯器转动轴之间只有硬塑料连接，也容易产生晃动。风机出口管线强振动又加剧了这种晃动，使得该阀门的开回讯信号时有时无，一旦开回讯信号消失，风机就会认为出口憋压，自动联锁停机。

厂家技术人员的解决办法是在PLC程序里增加了一个延时指令，由原来开回讯信号消失后延时5S联锁停机，改为了延时一个小时后联锁停机。这种方法并没有从根本上解决问题，报警还是经常触发，并且假如1个小时内，开回讯不再到达，风机还是会联锁停机。2021年大检修曾对该阀门回讯进行换新，一段时间后，因为该阀门回讯不到位导致的联锁停机或者开机不成功问题还是时有发生，这两种方案均没有使该问题得到彻底解决。

根据问题产生的根源，一是回讯开关所处的环境是强烈振动环境，二是回讯开关触点安装的扇形塑料件和回讯器转动轴之间只有硬塑料连接，极易产生晃动。那么在不影响阀门正常规定开度的前提下，增加回讯开关的感应范围可以彻底解决问题，即增加金属触点和感应开关的的感应范围，使其在晃动的整个空间内，始终不逃离p+F接近开关线圈的感应区间，这样就可以保证在正常的晃动时，阀门开信号不会消失，避免联锁停机，给生产造成影响。

具体操作办法是，加工一个圆形的薄金属片，用AB胶粘在金属触点下方。经过长时间的连续运行，报警不再触发，由此引发的联锁停机现象消失。

三、由于设备设计安装方式不合理造成仪表冻凝现象频发

HDPE装置PK-2301膜回收单元成套设备供货，设计能力1250Kg/h，通过压缩冷凝的方式对溶剂和单体进行回收，并将回收的物料返回反应器再次利用，从而达到降低装置单耗及溶剂消耗的目的。成套设备安装时候，就地仪表采用集中盘面安装，FT-23130、FT-23131-及FT23132流量仪表及部分压力仪表引压管路过长，冬季冻凝现象时常发生，仪表失灵引发膜回收单元联锁停车的故障现象时有发生。

为了解决冬季气温降低对仪表引压管路造成的影响，每年都重点对膜回收单元的保温伴热进行重点排查、更换，但是效果不是特别理想。为了彻底解决该问题。把仪表从集中盘面拆下，把引发管路缩短，在测点处直接安装仪表，并且利用测点处介质的热量进行自伴热，通过对膜回收成套设备仪表引压管路的改造，使冬季冻凝引发的联锁停车现象彻底消失。

结束语：现场仪表种类繁多，工况不同，应用环境各异，针对不同的故障现象，结合案例，对仪表运行中经常出现的频发问题进行深度剖析，通过改变仪表型号、安装方式、保温伴热、工况等具体措施加以处理，使问题得以彻底解决，提高仪表三率的同时，也大大减少了检维修人员的工作量，为装置的稳定运行奠定了坚持的基础。