發(fā)表時間： 2022-10-11 16:41:58
作者： 石油化工設(shè)備維護與檢修網(wǎng)
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摘要：從控制系統(tǒng)在石化行業(yè)裝置中的地位以及石化裝置對控制系統(tǒng)的需求出發(fā)，重點闡述了控制系統(tǒng)全生命周期各階段的使用和維護，探討控制系統(tǒng)長周期安全運行的方法和措施，對實際操作有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：石化 控制系統(tǒng) 長周期 安全運行
1. 控制系統(tǒng)在石化行業(yè)裝置中的地位
石化行業(yè)在國民經(jīng)濟的發(fā)展中有重要作用，是我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一。石化行業(yè)的特點是以處理連續(xù)或間歇物料流、能量流為主，產(chǎn)品多以大批量的形式生產(chǎn)，非常適應(yīng)于采用流程自動化控制系統(tǒng)來提高行業(yè)的自動化水平和生產(chǎn)效率。同時石化行業(yè)經(jīng)常要求在高溫、高壓、易燃、易爆、強腐蝕的環(huán)境下進行，其生產(chǎn)必須依賴于高可靠、高安全性的自動化設(shè)備。
當(dāng)前石化產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能減排要求越來越高，也迫使石化企業(yè)通過不斷提高自動化水平。多年的實踐證明，控制系統(tǒng)已成為石化行業(yè)生產(chǎn)必不可少的重要組成部分，成為石化行業(yè)提高生產(chǎn)效率、保障生產(chǎn)安全的關(guān)鍵手段，在將來的工業(yè)信息化過程中必將發(fā)揮越來越重要的作用。
2 .石化行業(yè)裝置對控制系統(tǒng)的要求和趨勢
石化企業(yè)生產(chǎn)裝置具有規(guī)模大、耦合性高、運行周期長、流程連續(xù)等特點，如果誤操作或者誤控制將導(dǎo)致停產(chǎn)、原料泄漏、裝置損壞等生產(chǎn)事故，嚴(yán)重的可能對人身和環(huán)境造成災(zāi)難性的破壞。因此，在石化行業(yè)的主要裝置上使用高安全、高可靠的控制系統(tǒng)具有重要的意義，可以有效保障裝置長周期、安全運行。同時利用先進可靠的控制算法可以提高主要裝置的綜合生產(chǎn)效率，還會產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益和社會效益。
2.1 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性
對于大型石化行業(yè)的現(xiàn)代化裝置而言，通常進入自動化控制系統(tǒng)的信號點數(shù)由數(shù)千點到數(shù)萬點，加上石化行業(yè)高溫、高壓、易燃、易爆的特點，目前更是呈大型化、信息化和聯(lián)合化趨勢，只要有某一部位、某一環(huán)節(jié)發(fā)生故障或操作失誤，就會牽一發(fā)而動全身，因此控制系統(tǒng)長期運行的穩(wěn)定性就顯得尤為重要。如何在長期運行狀態(tài)下保障整個生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定運行就成了面向石化主要裝置的控制系統(tǒng)首要保證，而其中首要的要求就是控制系統(tǒng)本身要具備更加可靠穩(wěn)定運行和在線維護的能力，主要表現(xiàn)在控制系統(tǒng)的冗余深度、容錯能力以及平均無故障運行時間（MTBF）、平均故障修復(fù)時間（MTTR）等可定量指標(biāo)。
2.2 控制系統(tǒng)的安全性
石化生產(chǎn)過程中，需要經(jīng)歷很多物理、化學(xué)過程和傳質(zhì)、傳熱單元操作，一些過程控制條件異常苛刻，如高溫、高壓，低溫、真空等。這些苛刻條件，對石化行業(yè)生產(chǎn)中居核心地位的控制系統(tǒng)安全性提出了嚴(yán)格要求，任何一個小的失誤就有可能導(dǎo)致災(zāi)難性后果。《IEC 61069》標(biāo)準(zhǔn)把一個工業(yè)過程的測量和控制系統(tǒng)的特性分成：功能性、性能、可信性、可操作性、安全性、與任務(wù)無關(guān)的系統(tǒng)特性等六大類。安全性是其中的一大特性，可見控制系統(tǒng)的安全性及認證的重要性。控制系統(tǒng)要充分考慮抵御來自電氣、機械、磁場、生化、光等各方面的危害，一般在設(shè)計、使用、維護過程中可以從控制危害源，切斷危害的傳播途徑和減少危害后果幾方面綜合考慮。
2.3 控制系統(tǒng)的開放性
由于市場競爭激烈和規(guī)模經(jīng)營發(fā)展，企業(yè)為增強競爭優(yōu)勢，需要更及時、準(zhǔn)確的信息為企業(yè)決策服務(wù)，并使經(jīng)營決策能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)操作成果。控制，管理和經(jīng)營一體化的信息系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)將會得到石化企業(yè)的重視，這就要求控制系統(tǒng)要具備良好的開放性來支持企業(yè)級信息化的需求。
企業(yè)級信息化主要由過程控制級、生產(chǎn)管理和經(jīng)營決策級組成。過程控制級包括現(xiàn)場儀表、調(diào)節(jié)控制、先進控制和優(yōu)化，實現(xiàn)過程的最佳控制；生產(chǎn)管理級包括跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量的實驗室信息管理系統(tǒng)，采集、加工和分析信息，生產(chǎn)計劃調(diào)度等；經(jīng)營決策級是企業(yè)的最高決策層，包括原料供給、產(chǎn)品銷售、市場營銷等活動，通過信息整合，及時作出正確決策，實現(xiàn)企業(yè)的最大利潤。
另一方面還表現(xiàn)在多種儀表、現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的并存，相應(yīng)要求控制系統(tǒng)具備多種現(xiàn)場總線接入的集成能力。
2.4 行業(yè)適用性
行業(yè)適用性主要表現(xiàn)在石化行業(yè)裝置對先進控制水平和裝置綜合效益的要求。石化行業(yè)生產(chǎn)的大規(guī)模和高能耗特點，決定了使用的控制系統(tǒng)必需要具備此方面的能力。通過實施先進控制，可達到增強裝置運行穩(wěn)定性和安全性、提高產(chǎn)品質(zhì)量和收率、增加裝置處理量、降低運行成本的作用，同時帶來顯著經(jīng)濟效益。另一方面，如何使公用工程裝置能源合理分配，達到燃料，蒸汽和電力優(yōu)化分配，則是公用工程控制的目的。這些都要求控制系統(tǒng)必須面對和考慮。國內(nèi)控制系統(tǒng)制造企業(yè)經(jīng)過十幾年的發(fā)展，已經(jīng)逐步掌握了一些石化行業(yè)對于控制系統(tǒng)的應(yīng)用需求，并逐步在所提供的自動化控制系統(tǒng)產(chǎn)品中豐富了相應(yīng)的功能。比如浙江中控自主開發(fā)的APC-Suite先進控制軟件包，已成功應(yīng)用于鎮(zhèn)海煉化、揚子石化、儀征化纖等中石化企業(yè)，取得了很好的效果。
3 .整個安全生命周期各階段的使用與維護
3.1 控制系統(tǒng)選型
不論在新建裝置還是老裝置進行的控制系統(tǒng)改造，均面臨著盡可能選擇合適控制系統(tǒng)的問題，不成熟的控制系統(tǒng)是裝置長周期安全運行的最大隱患，因此控制系統(tǒng)選型要慎重。
選擇控制系統(tǒng)時要優(yōu)先考慮有在類似裝置上具有良好運行業(yè)績的控制系統(tǒng)。其次控制系統(tǒng)的硬件一定要具有高可靠性，在電子元器件上的生產(chǎn)工藝各環(huán)節(jié)上采用了成熟技術(shù)。電子模件能熱拔插；IO卡件具有很強的抗干擾能力；再者控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上要全面地采用了冗余技術(shù)；最后控制系統(tǒng)軟件的可維護性要好，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：程序及軟件的穩(wěn)定性好，不會出現(xiàn)系統(tǒng)或單個控制器死機等問題；系統(tǒng)自診斷性好：控制器及I/O信號有錯誤報警；人機交換界面友好：可以在線修改程序及下裝；備品備件有可靠保證：在使用周期內(nèi)采購容易且供貨及時，價格低；系統(tǒng)功能強大，控制系統(tǒng)的軟件的可讀性好，其組態(tài)功能塊的種類、數(shù)量能方便實現(xiàn)各種工藝需要。
3.2 施工質(zhì)量與環(huán)境
對DCS控制系統(tǒng)的安裝和施工有嚴(yán)格規(guī)定，尤其是對于改造系統(tǒng)，選擇有良好資質(zhì)和施工經(jīng)驗，最好有改造經(jīng)驗的施工單位尤其重要。
良好的運行環(huán)境是控制系統(tǒng)長周期可靠運行的基本保障，主要應(yīng)從溫度、濕度、灰塵、腐蝕、干擾、接地、震動、動物危害等方面來加以保證，嚴(yán)格按照國際、國家、石化行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范執(zhí)行。
3.3 供 電
要保證控制系統(tǒng)可靠地運行，在重視DCS、PLC自身設(shè)置可靠性的同時，必須重視它們的動力源--電源系統(tǒng)的可靠性設(shè)計。為保證電源系統(tǒng)在任何情況下都萬無一失，必須遵照系統(tǒng)安全運行的法則實行保守設(shè)計。大型石油化工裝置中，儀表電源應(yīng)實行雙UPS配置，并各自配置蓄電池，工作時間宜達到30分鐘以上；電源額定容量按照儀表實際耗電量總和的2倍計算，并且應(yīng)環(huán)行向負載母線供電；與電源系統(tǒng)配套的輔助設(shè)備、材料，如空氣開關(guān)、熔斷絲、導(dǎo)線等，在選型時應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，其容量必須按儀表實際耗電量總和的2～3倍考慮，以滿足儀表回路、電磁閥、行程開關(guān)等現(xiàn)場個體儀表出現(xiàn)短路、接地等準(zhǔn)故障時造成的電流沖擊承載力；要設(shè)計電源系統(tǒng)故障預(yù)報系統(tǒng)，利用報警系統(tǒng)將電源系統(tǒng)出現(xiàn)的接地、過流等準(zhǔn)故障及時檢出，以便及時排除，防止故障擴大；針對當(dāng)前儀表電源由電氣、儀表兩個專業(yè)共同設(shè)計管理的現(xiàn)實，儀表專業(yè)要深入介入控制與聯(lián)鎖電源系統(tǒng)的設(shè)計，防止專業(yè)分工間出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)。
3.4 程序設(shè)計和調(diào)試驗收
在程序組態(tài)設(shè)計中，一定要采用保障裝置和關(guān)鍵設(shè)備安全運行的控制策略。保護或聯(lián)鎖的邏輯判據(jù)必須是充分必要的，有必要時進行安全評價。在控制系統(tǒng)選型、設(shè)計、測試、驗收、投入運行和在線調(diào)整各階段，程序設(shè)計和測試人員一定要全程參與，要結(jié)合類似控制系統(tǒng)使用中存在的問題，嚴(yán)格審核控制、保護邏輯設(shè)計和組態(tài)的合理性，測試中一定要全面測試所有的回路。要仔細記錄各次檢查和試驗結(jié)果，若發(fā)現(xiàn)與軟件相關(guān)的問題要立即與供應(yīng)商取得聯(lián)系，并將情況完整地反饋給他們以盡快解決問題。要有必需的后備手段：重要的保護和聯(lián)鎖，除了有通訊連接外，還必須具有硬接線方式；對重要的調(diào)節(jié)設(shè)備，除了在操作員站上有軟手操外，還必須有后備手操，以便在DCS控制系統(tǒng)控制器或I/O模件發(fā)生故障時，仍然可以對重要設(shè)備進行及時干預(yù)。對維護人員要加強管理，采用授權(quán)制，且任何人改動程序都必須履行相關(guān)審批手續(xù)，并做好異動前后的記錄工作。
3.5 人員管理和技術(shù)培訓(xùn)
無論是新控制系統(tǒng)投運還是舊系統(tǒng)改造，DCS控制系統(tǒng)選型一旦確定后，在進行系統(tǒng)搭建、硬件測試和和程序組態(tài)前，必須對有較強實踐經(jīng)驗的自控或儀表工程師、運行操作人員進行相關(guān)的培訓(xùn)工作，培訓(xùn)工作最好以仿真系統(tǒng)和實際系統(tǒng)相結(jié)合的方式進行，做到有的放矢。
另外要求維護人員對于控制系統(tǒng)多次出現(xiàn)的問題，一定要多分析，勤總結(jié)，尋找問題的共性，并有針對性地采取措施進行改進，同時大力推廣在線診斷和預(yù)防維護新技術(shù)的應(yīng)用，以此更好地保障系統(tǒng)平穩(wěn)運行。
3.6 系統(tǒng)維護中的點檢與評價
石化裝置控制系統(tǒng)一般要求達到10到15年的生命周期，而在此過程中定期點檢對控制系統(tǒng)以后的正常使用是非常必要的，這也是對控制系統(tǒng)生命過程中的體檢與再評價，通過點檢是對控制系統(tǒng)進行的一次預(yù)防性維護，以掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)，消除故障隱患，恢復(fù)系統(tǒng)工作能力，延長系統(tǒng)使用壽命。按目前石化生產(chǎn)裝置3～5年的檢修周期，點檢亦可按此周期進行。
4. 結(jié)束語
保證石化行業(yè)裝置控制系統(tǒng)長周期安全可靠運行，是控制系統(tǒng)整個生命周期過程中的系統(tǒng)工程，要結(jié)合行業(yè)和具體裝置的特點，從系統(tǒng)選型、設(shè)計、實施、環(huán)境、調(diào)試、維護和定期評價的各個階段給予計劃和重視，同時輔以嚴(yán)格的管理制度和新技術(shù)的應(yīng)用，方可取得令人滿意的結(jié)果。
參考文獻：
[1] 佚名，DCS控制系統(tǒng)可靠性的提高。
[2] 熊菊秀等，測量控制系統(tǒng)的安全性。
