發(fā)表時(shí)間： 2022-10-11 16:41:58
作者： 石油化工設(shè)備維護(hù)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(duì)控制系統(tǒng)的需求出發(fā)，重點(diǎn)闡述了控制系統(tǒng)全生命周期各階段的使用和維護(hù)，探討控制系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的方法和措施，對(duì)實(shí)際操作有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：石化 控制系統(tǒng) 長(zhǎng)周期 安全運(yùn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中有重要作用，是我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。石化行業(yè)的特點(diǎn)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(dòng)化控制系統(tǒng)來(lái)提高行業(yè)的自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率。同時(shí)石化行業(yè)經(jīng)常要求在高溫、高壓、易燃、易爆、強(qiáng)腐蝕的環(huán)境下進(jìn)行，其生產(chǎn)必須依賴于高可靠、高安全性的自動(dòng)化設(shè)備。
當(dāng)前石化產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能減排要求越來(lái)越高，也迫使石化企業(yè)通過不斷提高自動(dòng)化水平。多年的實(shí)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(lái)的工業(yè)信息化過程中必將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
2 .石化行業(yè)裝置對(duì)控制系統(tǒng)的要求和趨勢(shì)
石化企業(yè)生產(chǎn)裝置具有規(guī)模大、耦合性高、運(yùn)行周期長(zhǎng)、流程連續(xù)等特點(diǎn)，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(duì)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(zhǎng)周期、安全運(yùn)行。同時(shí)利用先進(jìn)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(huì)產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
2.1 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性
對(duì)于大型石化行業(yè)的現(xiàn)代化裝置而言，通常進(jìn)入自動(dòng)化控制系統(tǒng)的信號(hào)點(diǎn)數(shù)由數(shù)千點(diǎn)到數(shù)萬(wàn)點(diǎn)，加上石化行業(yè)高溫、高壓、易燃、易爆的特點(diǎn)，目前更是呈大型化、信息化和聯(lián)合化趨勢(shì)，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(huì)牽一發(fā)而動(dòng)全身，因此控制系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性就顯得尤為重要。如何在長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)下保障整個(gè)生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定運(yùn)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(yùn)行和在線維護(hù)的能力，主要表現(xiàn)在控制系統(tǒng)的冗余深度、容錯(cuò)能力以及平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間（MTBF）、平均故障修復(fù)時(shí)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(duì)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(gè)小的失誤就有可能導(dǎo)致災(zāi)難性后果?！禝EC 61069》標(biāo)準(zhǔn)把一個(gè)工業(yè)過程的測(cè)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(wú)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(rèn)證的重要性?？刂葡到y(tǒng)要充分考慮抵御來(lái)自電氣、機(jī)械、磁場(chǎng)、生化、光等各方面的危害，一般在設(shè)計(jì)、使用、維護(hù)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈和規(guī)模經(jīng)營(yíng)發(fā)展，企業(yè)為增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，需要更及時(shí)、準(zhǔn)確的信息為企業(yè)決策服務(wù)，并使經(jīng)營(yíng)決策能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)操作成果?？刂?，管理和經(jīng)營(yíng)一體化的信息系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)將會(huì)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(lái)支持企業(yè)級(jí)信息化的需求。
企業(yè)級(jí)信息化主要由過程控制級(jí)、生產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)決策級(jí)組成。過程控制級(jí)包括現(xiàn)場(chǎng)儀表、調(diào)節(jié)控制、先進(jìn)控制和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)過程的最佳控制；生產(chǎn)管理級(jí)包括跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)，采集、加工和分析信息，生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度等；經(jīng)營(yíng)決策級(jí)是企業(yè)的最高決策層，包括原料供給、產(chǎn)品銷售、市場(chǎng)營(yíng)銷等活動(dòng)，通過信息整合，及時(shí)作出正確決策，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的最大利潤(rùn)。
另一方面還表現(xiàn)在多種儀表、現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(duì)先進(jìn)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(diǎn)，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(shí)施先進(jìn)控制，可達(dá)到增強(qiáng)裝置運(yùn)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(yùn)行成本的作用，同時(shí)帶來(lái)顯著經(jīng)濟(jì)效益。另一方面，如何使公用工程裝置能源合理分配，達(dá)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(duì)和考慮。國(guó)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(duì)于控制系統(tǒng)的應(yīng)用需求，并逐步在所提供的自動(dòng)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(jìn)控制軟件包，已成功應(yīng)用于鎮(zhèn)海煉化、揚(yáng)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(gè)安全生命周期各階段的使用與維護(hù)
3.1 控制系統(tǒng)選型
不論在新建裝置還是老裝置進(jìn)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(zhǎng)周期安全運(yùn)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(shí)要優(yōu)先考慮有在類似裝置上具有良好運(yùn)行業(yè)績(jī)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(qiáng)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(hù)性要好，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：程序及軟件的穩(wěn)定性好，不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)或單個(gè)控制器死機(jī)等問題；系統(tǒng)自診斷性好：控制器及I/O信號(hào)有錯(cuò)誤報(bào)警；人機(jī)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(gòu)容易且供貨及時(shí)，價(jià)格低；系統(tǒng)功能強(qiáng)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(shí)現(xiàn)各種工藝需要。
3.2 施工質(zhì)量與環(huán)境
對(duì)DCS控制系統(tǒng)的安裝和施工有嚴(yán)格規(guī)定，尤其是對(duì)于改造系統(tǒng)，選擇有良好資質(zhì)和施工經(jīng)驗(yàn)，最好有改造經(jīng)驗(yàn)的施工單位尤其重要。
良好的運(yùn)行環(huán)境是控制系統(tǒng)長(zhǎng)周期可靠運(yùn)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(dòng)、動(dòng)物危害等方面來(lái)加以保證，嚴(yán)格按照國(guó)際、國(guó)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(yùn)行，在重視DCS、PLC自身設(shè)置可靠性的同時(shí)，必須重視它們的動(dòng)力源--電源系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)。為保證電源系統(tǒng)在任何情況下都萬(wàn)無(wú)一失，必須遵照系統(tǒng)安全運(yùn)行的法則實(shí)行保守設(shè)計(jì)。大型石油化工裝置中，儀表電源應(yīng)實(shí)行雙UPS配置，并各自配置蓄電池，工作時(shí)間宜達(dá)到30分鐘以上；電源額定容量按照儀表實(shí)際耗電量總和的2倍計(jì)算，并且應(yīng)環(huán)行向負(fù)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(shí)應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，其容量必須按儀表實(shí)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(chǎng)個(gè)體儀表出現(xiàn)短路、接地等準(zhǔn)故障時(shí)造成的電流沖擊承載力；要設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)故障預(yù)報(bào)系統(tǒng)，利用報(bào)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(shí)檢出，以便及時(shí)排除，防止故障擴(kuò)大；針對(duì)當(dāng)前儀表電源由電氣、儀表兩個(gè)專業(yè)共同設(shè)計(jì)管理的現(xiàn)實(shí)，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(jì)，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(jì)和調(diào)試驗(yàn)收
在程序組態(tài)設(shè)計(jì)中，一定要采用保障裝置和關(guān)鍵設(shè)備安全運(yùn)行的控制策略。保護(hù)或聯(lián)鎖的邏輯判據(jù)必須是充分必要的，有必要時(shí)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。在控制系統(tǒng)選型、設(shè)計(jì)、測(cè)試、驗(yàn)收、投入運(yùn)行和在線調(diào)整各階段，程序設(shè)計(jì)和測(cè)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(hù)邏輯設(shè)計(jì)和組態(tài)的合理性，測(cè)試中一定要全面測(cè)試所有的回路。要仔細(xì)記錄各次檢查和試驗(yàn)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(hù)和聯(lián)鎖，除了有通訊連接外，還必須具有硬接線方式；對(duì)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(shí)，仍然可以對(duì)重要設(shè)備進(jìn)行及時(shí)干預(yù)。對(duì)維護(hù)人員要加強(qiáng)管理，采用授權(quán)制，且任何人改動(dòng)程序都必須履行相關(guān)審批手續(xù)，并做好異動(dòng)前后的記錄工作。
3.5 人員管理和技術(shù)培訓(xùn)
無(wú)論是新控制系統(tǒng)投運(yùn)還是舊系統(tǒng)改造，DCS控制系統(tǒng)選型一旦確定后，在進(jìn)行系統(tǒng)搭建、硬件測(cè)試和和程序組態(tài)前，必須對(duì)有較強(qiáng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的自控或儀表工程師、運(yùn)行操作人員進(jìn)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(shí)際系統(tǒng)相結(jié)合的方式進(jìn)行，做到有的放矢。
另外要求維護(hù)人員對(duì)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(duì)性地采取措施進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)大力推廣在線診斷和預(yù)防維護(hù)新技術(shù)的應(yīng)用，以此更好地保障系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。
3.6 系統(tǒng)維護(hù)中的點(diǎn)檢與評(píng)價(jià)
石化裝置控制系統(tǒng)一般要求達(dá)到10到15年的生命周期，而在此過程中定期點(diǎn)檢對(duì)控制系統(tǒng)以后的正常使用是非常必要的，這也是對(duì)控制系統(tǒng)生命過程中的體檢與再評(píng)價(jià)，通過點(diǎn)檢是對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行的一次預(yù)防性維護(hù)，以掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，消除故障隱患，恢復(fù)系統(tǒng)工作能力，延長(zhǎng)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(diǎn)檢亦可按此周期進(jìn)行。
4. 結(jié)束語(yǔ)
保證石化行業(yè)裝置控制系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全可靠運(yùn)行，是控制系統(tǒng)整個(gè)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(diǎn)，從系統(tǒng)選型、設(shè)計(jì)、實(shí)施、環(huán)境、調(diào)試、維護(hù)和定期評(píng)價(jià)的各個(gè)階段給予計(jì)劃和重視，同時(shí)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(xiàn)：
[1] 佚名，DCS控制系統(tǒng)可靠性的提高。
[2] 熊菊秀等，測(cè)量控制系統(tǒng)的安全性。
