浅析化工装置自动化控制系统维护的重点内容

浅析化工装置自动化控制系统维护的重点内容

孔令江

中石化股份天津分公司电仪部  天津  300270

摘要：自动控制系统满足了大型现代化生产的需要，从而得到广泛使用。系统存在缺陷可能会导致故障发生。

关键词：自动化控制系统  联锁  假信号  元件

前言：自动控制系统对比人工控制，在观察、运算和执行方面有明显优势，可减轻人的劳动强度，提高了操作的准确度，在控制速度和准确度上更加满足大型现代化生产的需要。对投用了自动化控制系统的生产单位而言，确保系统的可靠性尤为重要。下面以某化工装置两次联锁停车事故为例，分析一下自动化控制系统维护的重点。

一、停车案例

1、某日22:56:10，某化工装置氧气进料联锁（IP101）停车。通过对安全仪表系统（SIS）的事件顺序记录（SOE）信息调取分析，确认是由于氧气管线与氧气混合站（M101）之间差压低（PDALL107A低低报）而引发的IP101动作。（以下简称案例1）

2、若干年后，某日20:13:25.906，该装置V201液位高高报LAHH201B联锁，引发脱碳单元停车。通过对SIS的SOE记录信息进行调取分析，在20:13;25.906时LAHH201B联锁触发，至20:13:26.266时LAHH201B自动恢复，时间间隔仅仅为360毫秒。LAHH201B联锁动作时，位于LAHH201B位置下的LAH201C没有动作，同时DCS系统中的LC201A液位趋势平稳，固初步判断V201液位高高报为假值。是仪表假信号引起的脱碳单元停车。（以下简称案例2）

二、自动控制基本知识

自动化控制系统由被控对象、检测单元和变送器、控制器以及控制阀组成。对于一套完整的控制系统，除自动控制回路外，应备有一套手动控制回路，以便在自动系统故障或失效时进行手动控制。另外还应有一套必要的信号显示、通信、联络、连锁以及自动保护等设施，才能充分保证生产过程的顺利进行和保障人身安全。

2.1导致自动化系统故障的常见原因

2.1.1设备设施故障：检测元件、变送器、控制器、控制阀本体缺陷，通讯系统故障，都会导致控制失效。

2.1.2被控对象参数变化：被控量范围发生变化造成的控制失灵。

三、故障分析

案例1、SIS记录到的PDALL107A信号是由现场变送器发送模拟量信号（压力差）作为SIS系统的AI（模拟量输入）点，SIS系统将采集到的该点数据在内部与设定值（此处为0.5Ka，即PDALL107A的联锁值）做比较，将比较结果以内部逻辑点的形式（即FPDALL107A）进行记录。

当时检查变送器PDT107A（测量氧气管线与氧气混合站之间压差的差压变送器），发现输出电流值处于最小状态（<4mA），检查控制柜及仪表接线箱的接线,确认连接紧固。拆下PDT107A差压变送器进行打压校验，发现此差压变送器输出电流在25%差压信号输入时维持4mA以下，50%差压信号输入时输出电流4.03mA，75%差压信号输入时输出电流4.19mA，100%差压信号输入时输出电流4.31mA，而且该智能变送器始终无法与配套的275通讯器建立通讯联系，可以判断，PDT107A差压变送器损坏。

查阅原始设计资料，PDT107A为智能差压变送器，投用于1995年，测量范围为0~37.5Kpa,设定对应4~20mA电流输出的量程范围为0-10Kpa。该点的联锁设定值为0.5Kpa，因此当SIS系统接收到<4.8mA的输入电流信号时，即判断为FPDALL107A处于联锁状态，并触发IP101。而实际情况下，PDT107A测量的压力范围，即氧气管线与氧气混合站之间的压力差，正常工况下在90~100 Kpa之间，超过PDT107A最大值的9~10倍，超过该变送器测量范围2~3倍，PDT107A长年处于超限状态工作，容易造成PDT107A感压模盒损坏，基于上述分析判断，可以认定此次故障是由于变送器长期处于超限状态工作，造成PDT107A突然故障，测量值低于联锁值，引发IP101（氧气进料联锁）联锁停车。

V201罐有三台浮筒液位计， LT201B、LT201C做液位高高、高报联锁使用，另有一台液位计LC201A做液位控制，还有一台玻璃板液位计做现场显示，安装位置图如下：

LAHH201B

          LC201A

LAH201C

通过对SIS的SOE记录信息进行调取分析，初步可判断是由于LAHH201B达到联锁设定值，引起脱碳单元停车。在20：13：25.906时LAHH201B联锁触发，至20:13:26.266时LAHH201B自动恢复，时间间隔仅仅为360毫秒。LAHH201B联锁动作时，位于LAHH201B位置下的LAH201C没有动作，同时DCS系统中的LC201A液位趋势平稳，固初步判断V201液位高高报为假值。

脱碳系统停车后，工艺在开车阶段认为SDV203阀门未开，对IP201进行反复复位，经仪表人员确认后得出结论，由于复位后现场速关阀再次打开需要气缸充气，现场阀门气缸大充气时间需要8秒左右才能完全充气打开。经过对SIS的SOE记录调取分析，判定是LAHH201B值突然跳动引起脱碳系统联锁，仪表人员于6月12日在现场对LT201A、LT201B两个浮筒液位计进行校验，浮筒校验时显示正常。但LT201B变送部分不稳定，有瞬间波动的迹象，判断为变送器主板存在故障。

装置浮筒液位计LT201B为2001年改造时投用。在现场环境下连续工作13年以上，已超过其平均使用年限的范围（十年），其可靠性已经下降，容易造成信号不准、不稳定，引发误动作。

四、故障处理

对于案例1，将一台备用的EJA110A-DLS4A型的差压变送器打压校验后，更换到PDT107A，报警状态消除，且信号稳定，装置于23：45正常开车。

对于案例2、对存在问题的变送器进行更换。

五、预防措施：

1、建立健全设备设施台账，定期核查核定适用限期，实施滚动管理。

2、及时为即将到期的设备购买备件。

3、超期使用的设备及元件要加强巡查和警示其风险，加强维护，择机尽早更换。

4、对工艺参数有改变的单元，注意核查相关控制系统的调整和变化，若现有控制系统的某个部件不能满足要求，可进行更换。专业人员要对更换后的系统和元件进行跟踪，确保系统性能稳定。

5、定期对操作人员进行仪表控制系统培训，使其了解每个控制系统的工艺联锁的复位程序，避免误操作，延误正常处理和系统恢复。

6、注意搜集经常产生假信号的控制元件，采用不同取值方式避免单一假信号的影响。同时按影响大小分轻重缓急分批次更换为结构形式更合理的元件，提高控制系统的可靠性。

六、结论

自动化控制系统是大型化工企业减低人工成本、提高生产效率、确保安全生产的一条捷径，为确保其正常发挥作用，在使用和管理过程中要本着科学严谨的态度，对存在的隐患要及时处置，科学地使用设备设施，确保自动化控制系统发挥作用。