仪表是装置稳定可靠运行的保障。为了保证仪表设备可靠运行并延长其使用寿命，各炼化厂都或多或少制订了一些与仪表设备维护保养有关的规定，这些规定大部分是基于经验，或基于一段时间内发生的故障现象而采取的有针对性的预防性措施。现阶段，中国石化的主要炼化装置要求实现以四年为一个周期进行检修的目标，检修期间改造任务重、检修时间短、检修队伍分包多等因素已成为影响检修质量的瓶颈。
随着带有故障自诊断功能的智能仪表的逐步应用，使得仪表故障的预知性检修多了一种技术手段，特别是DCS故障自诊断技术的普遍应用，极大减少了由于DCS故障而导致的非计划停工事故。但现场仪表或回路的中间回路环节大部分不具备这种故障自诊断功能，统计表明，日常不易引起注意的辅助仪表，恰恰是导致装置跳车事故的主要因素，通过分析日常出现的仪表故障频率和由此带来的装置运行风险，可以在装置大检修期间，采取科学有效的仪表预防性维护和检修策略。
1、仪表故障类型
目前，中石化各企业普遍使用的是书面作业票，通过人工统计企业几十甚至上百套装置的各类大大小小的仪表故障几乎不可能。值得推广的是，已经有个别大型石化企业在前几年就已经采用了先进的电子作业票系统，这使得科学系统地统计并分析仪表故障的种类和频率成为可能。图1～5是利用电子作业票系统统计的某大型企业从2014年1月到2015年7月期间的仪表故障数据(注：数据已剔除了非故障的作业次数，如配合改造项目以及检查无问题的作业次数)。图1中的统计数据表明，仪表故障排名依次为：一次表及其附件、调节阀、操作站、仪表回路环节、分析表。图2-图5则进一步说明了图1各部分的组成和故障比例。
图1 仪表故障类型分布
图2 一次表及其附件故障分布
图3 调节阀各部分故障类型分布
图4 DCS各部分故障分布
图5 仪表回路环节故障分布
由图2可见，一次表的检查调整是日常仪表故障处理的主要工作，占全部故障处理作业的56%。在石化企业，该作业的频率受工况影响较大，也与操作习惯有关-有时操作工习惯于依赖仪表工的检查结果以做出正确判断。检查调整作业的主要内容是变送器回零检查、打冲洗油及排放等，这种作业对装置的安全运行并不构成大的威胁，但排名第二的引压管或伴热管的管线补焊堵漏则应引起重视，引压管泄漏会导致炼油厂广泛存在的H2S介质的泄漏，严重时会导致人员伤亡；而伴热管泄漏本身虽然没有大的危险性，但由于补焊需要动火，对运行着的装置会带来严重的运行安全风险。
调节阀的运行效果，直接影响到装置运行的平稳。由图1可以看出，调节阀的故障占总仪表故障率的约1/5，而调节阀附件的故障又在其中占了大部分比例，有文献指出炼油厂加氢裂化装置的调节阀附件故障占了该装置调节阀总故障的33.6%。若统计数据扩大到石化厂的全部装置，特别是包含油品储运装置的气缸闸阀时，这个数据就远不止如此了，从图3可以发现，回讯故障能占到调节阀总故障量的45%。由于多数回讯并不参与联锁，回讯故障对装置的平稳运行威胁并不大。阀体组件故障是构成调节阀故障的第二大因素，在大检修时，各个炼化企业都会把调节阀检修列入重点关注对象，但通过检修来降低调节阀故障率的手段并不多，原因是对于既有阀门，除非对阀门本体进行改进或者改变工艺，否则很难保证阀门不再在下个周期再次出现问题。从历年来中石化各企业通报的事故分析，阀门本体问题造成跳车的次数也鲜有发生。需要引起注意的是阀门附件问题，定位器和电磁阀故障占了调节阀故障总数的25%，定位器故障往往会造成装置波动甚至跳车；而电磁阀则是近几年来中石化各企业装置发生误跳车的主要因素，电磁阀故障会直接关闭或打开联锁阀，从而导致误跳车，有时电磁阀也会导致联锁拒动，从而带来更大危害。定位器和电磁阀的故障除了自身的问题外，在实践中还发现，它们的故障还与接线盒进水、仪表空气不干净等因素有关。过滤减压阀可能是目前大部分炼化企业尚未引起高度重视的一个元件，虽然它本身故障直接导致的跳车次数比定位器或电磁阀的少得多，但可以肯定的是：定位器和电磁阀的故障相当一部分原因是气源过滤器发挥不了正常作用进而导致空气不洁造成的。
DCS故障名列全部仪表故障的第三位(图1)，DCS故障的主要因素是主机及外设故障，其次是卡件问题。主机及外设故障对装置运行的影响极小，很少会导致装置波动或跳车，而卡件则由于冗余配置的关系，也很少发生由此造成的跳车，需要引起关注的是占比例最小的回路环节问题，虽然仅占7%，但是引起跳车的风险却极大，从图3可以看出，回路环节故障的三大因素分别是端子和线路问题、电源问题和中间元件(如报警设定器、安全栅、继电器、保险丝及按钮等)问题，这些都是容易忽略的“次要”仪表或附件。
综上可见，造成装置跳车或波动的主要因素是定位器、电磁阀、过滤减压阀和仪表回路环节。从施工安全来讲，仪表管线的腐蚀治理也应是重点关注的对象。
2、仪表预防性维护维修措施
炼化企业的仪表预防性维修分为日常维护和停工期间检修两部分。日常预防性维修是通过定期保养工作计划展开的，目前各炼化企业根据企业的特点，针对现场仪表或DCS系统，都在不同程度地开展预防性维护工作。但是对容易造成误跳车或波动的定位器、电磁阀和过滤减压阀，因为在日常很难开展预防性维护工作，所以需要在大检修期间予以安排，而在减少回路环节仪表故障方面则也可以在日常做一些间接改善工作。
2.1 DCS机柜间空气质量的治理
治理DCS机柜间的空气质量是延长回路环节元件寿命的一个重要手段。现阶段，很多炼化企业通过改造，把原先分散在装置旁边的小操作室撤并，建设成了集中中央操作室(CCR)，同时现场机柜间通过兼并原先的小操作室也有所扩大。但现场机柜间的一个共性问题是密封效果很差，室外腐蚀性气体很容易侵入，导致DCS配套的安全栅、继电器及钮子开关等附件氧化腐蚀加剧，实践中常发现端子上有发黑现象。根据ANSI/ISA-71.04-1985关于空气品质等级的划分，室内的空气等级可以分为4类，详见表1室内空气品质等级分类:
某炼化企业曾对其86个机柜进行过空气腐蚀挂片检测，其结果为：G1腐蚀等级62个，占总数的72%；G2腐蚀等级13个，占总数的15%；G3腐蚀等级11个，占总数的13%；GX腐蚀等级0个。G2和G3腐蚀等级区域的机柜间基本上是硫磺装置、污水装置、焦化装置、电站装置、火炬单元及循环水装置等，这些装置周围空气中腐蚀性成分或灰尘较多，室内仪表设备损坏的频率也相对较高，检测结果与实际经验相符。
就改善空气质量的措施来看，在机柜间增设空气净化内循环机，对于无法做到机柜间微正压环境的老装置而言是一个很好的措施，与此同时要做好机柜间的密封，特别是电缆进线口、门、窗、隔墙、天花板和活动地板下方的隔离。另外，空调的运行应尽量减少新风运行模式，不然空气净化机的作用会大打折扣。在某企业的焦化装置旁边的机柜间内，曾经有一套紧急停车系统的卡件故障率很高，其机柜间内的活动地板上经常可以看到蒙着一层薄薄的焦粉，经查发现系空调新风带入，后来改变空调的运行模式并安装了空气净化机后，问题得到妥善解决。
2.2 调节阀及其附件的预防性检修策略
调节阀的阀体组件位于调节阀故障排列的第二，虽然如此，目前没有一个炼化企业在大检修期间会对全部阀门进行解体检修。阀门检修的依据通常是以已经发现的缺陷为基础，结合易损或重要部位的阀门进行的。石化厂易损和重要部位的阀门一般定义为：高温油介质场合、燃料气(油)阀门、动作频繁和易冲刷(磨损、结焦及聚合等)部位的阀门；加热炉(再生器)等温度较高场合的气缸执行机构、罐顶N2封自力式阀门。为了解决盘根老化问题，也应该按期对调节阀的盘根进行预防性更换。
若阀门可以采用阀门诊断软件进行故障诊断，则应根据诊断结果确定检修范围。阀门诊断能全面检查阀门的状况，包括阀内件和盘根卡涩问题，目前部分国外厂家的带智能定位器的阀门已可以开展在线故障诊断。
对于电磁阀，应重点对它的端子接触和线圈绝缘情况进行检查。对于两位五通电磁阀、气路切换块、机组停车电磁阀和电液转换器，应考虑在每个检修周期进行解体清洗检查。对于部分特别重要的电磁阀，则应考虑每个检修周期或几个周期进行整体更换。
对采用有机玻璃罩杯的过滤减压阀或调节手柄为塑料材质的过滤减压阀，应进行逐步更换，避免因过滤器罩杯或调节手柄在使用过程中的突然破裂而导致调节阀的气源失压，一些国产品牌的过滤减压阀还要特别注意滤芯的检查，若发现有非金属滤芯的则应全部更换，非金属滤芯容易粉化，对定位器造成致命影响。鉴于此，对于新采购的调节阀，应从源头上把好过滤减压阀的选型关。
对带恒节流孔的机械式定位器，在检修期间应对其恒节流孔进行疏通(如HEP定位器)或吹扫(如KOSO定位器)，并对喷嘴挡板进行清洁。
2.3 电源的预防性检修
仪表电源主要有24V(DC)开关稳压电源、UPS及DCS等各类系统设备自带的电源卡，因为电源中存在大功率发热元件和电解电容，其寿命相对其他仪表设备而言较短。有的稳压电源带有风扇，在散热的同时，也容易吸入灰尘，加剧内部元器件的发热从而使寿命缩短。为此，在停工检修期间应对电源进行检修，检修采用清灰与整体更换相结合的原则进行。为达到好的清灰效果，对24V(DC)稳压电源模块和电源切换开关应开盖清灰；而对于重要装置的机组电源则应确定周期进行整体更换。
电源方面的另一个问题是220V(AC)单电源供电的联锁仪表设备，应保证在这路电源中断后所在装置不会跳车。虽然在石化厂中，大部分仪表设备已经按220V(AC)双路供电配置或直流电源进行了供电，但一些仪表设备，如就地机组控制器、分析表、射线料位计往往是单220V(AC)电源供电的，对于这些设备应进行识别，对于单电源中断后会造成装置跳车的，则应进行改进，为确保识别工作全面不遗漏，在大检修期间应做电源切换试验，如图6所示。首先拉开电气侧GPS输出电源QF4，仪表控制系统运行正常，恢复送电；拉开UPS输出侧开关QF3，仪表控制系统运行正常，恢复送电；拉开GPS输出侧电源QF4，同时拉开UPS输入侧电源QF1，仪表控制系统运行正常，恢复送电。
2.4 回路环节的检修
对于回路环节的检修，一是建议定期更换老化元件，如与电气隔离用的220V(AC)触点继电器、保险丝、现场和操作室辅助操作台上的按钮，这些元件一般可按3个检修周期进行更换，报警设定器和安全栅不超过4个检修周期更换；二是对接线端子进行全面检查，尤其不能忽视对辅助操作台上的开关按钮、现场急停按钮、接线箱、调节阀各部件的接线端子的检查，对于现场单个仪表至少要做到联锁仪表端子的检查。另外，电气和仪表专业交界面的端子是易被疏忽之处，若电气和仪表专业的分工不明确，该处端子的检查容易被遗忘，从而留下隐患。
2.5 DCS(SIS、CCS等)的预防性检修
一般在一个检修周期后就要对DCS进行点检，点检包括通过专门软件来检查系统性能并备份软件、查杀病毒等，以及针对卡件除尘和从寿命考虑的硬件更换，硬件主要有：CPU后备电池、过滤网、各类风扇、电源卡及保险丝等。表2列出了部分主要系统厂商硬件的建议更换年限。
2.6 保温层下引压管和伴热管的腐蚀检修
在炼油化工装置上，当仪表的测量元件直接与腐蚀介质接触，会加速仪表的腐蚀性损坏。在抵御对仪表的“内腐蚀”方面，已有很多办法，如采取改进仪表材料或灌隔离介质的方式。但是，仪表引压管或伴热管保温层下的腐蚀问题还没有被引起足够重视，特别在冬季，大量伴热管的补漏极大地增加了装置的安全运行风险，而引压管的外泄漏有时则会对生命构成威胁。
保持仪表引压管管线不被腐蚀的办法是防腐后做好保温层的保护层，防止雨水侵入保温层。保温是施工的最后一道工序，往往在装置检修结束时还没有完工，保温工的技术素质和施工质量很少会有人去关注，保温保护层防不了雨水，时间不久又会发生腐蚀。在这方面，可以借鉴日本出光炼油厂的做法，该厂全年的保温人员是固定的，通过细水长流的方式对全厂保温进行维护，从文献报道可知该厂的仪表保温质量非常优良。
2.7 其他仪表的预防性检修
高温场合的双法兰膜盒由于长期工作在高温下，有时会发生鼓包等现象，膜盒鼓起变送器处于损坏的临界状态，在运行期间并不能被操作工及时发现，所以有必要在检修期间进行预防性拆检。另外，炼化厂内的新鲜水、污水和循环水管线上的插入式流量计探头也应进行抽出清洁，探头部位极易长苔草或结垢，影响仪表长周期的使用。
2.8仪表校验
中石化仪表检修按《石油化工设备维护检修规程》的要求进行。在每个检修周期内，要对每台仪表进行检查校准。但目前没有一家中石化企业做到这一点，这些年来，在检修期间要不要对仪表进行全面校验、怎么校验，困惑着各企业的仪表专业人员。从日常故障发生的分布来看，变送器的故障只占了全部一次表故障的3%(图2)，校验能发现仪表故障的机会非常有限，从所投入的人力成本与所发现的问题来看完全不成比例。为此，有必要制订更为科学有效的校验原则。
除了国家规定的强检仪表之外，对于其他仪表的校验应进行调整，从有效性考虑，必须校验的仪表建议为：
①所有调节阀的回路联校(对检修过的阀门还要进行带定位器单校)；
②机组探头、机组壳体振动开关、沉筒、压力开关、报警设定器应进行校验；
③对于能拆下且有技术手段标定的管道式流量计、机组新购的轴瓦温度热阻(热偶)应进行检定；
④智能变送器(包括智能双法兰变送器)应进行参数对比，以发现DCS等控制系统与实际设置值之间的差异，而不做实际压力校验的要求。
3、结束语
要提高仪表预防性维护和检修的科学性和有效性，必须基于对仪表故障分析正确判断的基础上。目前，中石化各企业已经开始应用统一的、技术更为先进的EAM设备管理系统，相信经过几年的故障数据积累和分析，定会更加明确故障与保养或更换周期之间的关系，这对于指导中国石化各企业的仪表预防性维护工作会起到积极的作用。
作者：魏剑萍(中国石化镇海炼化分公司)
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