干货 | 仪表在“防”不在“修”,仪控预防性工作精编手册

干货 | 仪表在“防”不在“修”,仪控预防性工作精编手册
特别策划

 

阅读前思考:

为什么要做仪控预防性工作?

仪控预防性工作包括哪些内容?

仪控预防性工作要点是什么?

如何做好仪控预防性工作?

 

目前很多人对仪控预防性工作还是停留在:我负责仪表,你负责电气;设备我操作,维修你负责的陈旧思想观念上。这些思想观念直接造成了目前生产现场只有救火队,没有保养队;只有单兵作战,没有团队合作;过度迷信高速度的设备等生产现状。我们知道设备的不良70%来自润滑和清扫的不足,所以在精益生产中相当重视设备的全员维护,所谓全员维护也就是全员参与的自主保全活动。这样做的意义是形成自己的设备自己保养、维护,每一个人都成为熟悉设备并能处理异常的操作者的管理理念。

 

本文参照仪表及控制系统检修规程,结合企业仪控管理经验,从仪表及控制系统定期性维护、季节性维护、预防性维修、专项检查维护等主要内容和要点整理成册,帮助仪表人,优化仪表及控制系统运维方式,减少停工检修的工作量,提升专业管理水平,降低设备故障率,保障仪表及控制系统可靠运行。
 

一、术语和定义

 

1、预防性维修

 

按照预定计划或相关准则进行测试、维护保养、维修、改造等工作,以防止设备损坏,保证设备安全运行,提高设备运行可靠性。包含定期性维护、季节性维护、预知性维修和专项检查维护。

 

2、 定期性维护

 

按照相关法规标准、仪表及控制系统检修规程等要求,定期开展仪表及控制系统维护工作。定期性维护主要包括定期检验、定期检查、定期试验、定期润滑、定期清扫等内容。

 

3、预知性维修

 

根据对仪表及控制系统状态检测结果进行状态评价、风险评估,确定最合适的修理时机及更合理的修理方法,达到运行安全可靠,检修成本合理的一种检修策略。状态检测包括在线监测、离线检测等方式。

 

4、专项检查维护

 

除定期性维护、预防性维修、季节性维护以外,针对仪表及控制系统特定缺陷或故障的预防性维修工作。

 

 

5、在线监测

 

通过对仪表及控制系统的各项健康状态及运行环境数据进行连续实时监测。

 

6、 离线检测

 

采用离线检测设备,在运行状态下,对仪表及控制系统的状态进行检测,其检测方式为短时间的检测,有别于长期连续的在线监测。

 

7、应、宜、可

 

“应”为强制规定,必须执行;“宜”为推荐性要求,建议企业在具备条件的情况下,择机实施;“可”为选择性要求,企业根据实际情况决定是否选用。

 

8、定期检验

 

定期检验方法包括检定、校准、校验、比对。

检定是指依据国家计量检定规程,通过实验确定仪表示值误差是否符合要求的活动。

校准是指依据相关校准规范,通过实验确定仪表示值的活动。通常采用与准确度较高的标准仪表比对测量,确定仪表相对误差,从而得到仪表示值的修正值。

校验是指在没有相关检定规程或校准规范时,按照企业自行编制的方法实施量值传递溯源的一种方式。

比对是指在规定条件下,用有确定准确度等级的测量仪表或测量方法进行示值比较的过程。

 

9、基准周期

 

石油化工设备维护检修规程规定的检修周期,一般为3~5年或随装置检修。

 

 

10、三级确认

 

为消除接线连接松动、接触不良或接线不正确,造成供电故障、机组停运、装置停工等隐患,强化对仪表回路接线正确性、完好性及牢固性的检查与验收,由作业人、质量确认人、技术管理人员参与的施工确认过程。
 

二、定期性维护

 

在装置生产运行期间,为提高仪表及控制系统可靠性,减少突发故障,应创造条件有计划地开展定期性维护工作。依据设备状态、地域环境等特点,在石油化工行业设备维护检修规程规定的基准周期上确定定期性维护周期。

 

1、 定期检验

 

1)定期检定/校准

固定式可燃及有毒气体报警器、贸易结算计量仪表、国(省)控污染源在线环保监测仪表(CEMS、COD、VOCs、氨氮等)、能源及物料计量仪表等,按国家计量规范要求进行检定或校准。

 

(2)定期校验

联锁回路、控制回路、与产品质量相关的测量回路中的压力(差压)变送器(开关)、有副线的流量仪表、有副线调节阀、在线分析仪表、外浮筒液位计、带套管温度仪表等应按仪表及控制系统检修规程、企业自行制定的作业指导书进行校验,执行周期不超过基准周期的1.5倍。

 

(3)定期比对

联锁及控制仪表回路、与产品质量相关的测量回路中的雷达液位计、浮子式液位计、无副线的流量仪表及调节阀等在运行期间无法进行校验的,进行在线比对,执行周期不超过基准周期的1.5倍。

 

2、 定期检查

 

固定式可燃及有毒气体报警器零点检查、控制系统时钟同步检查、控制器负荷及通讯负荷检查,每月至少进行1次。

 

3、定期试验

 

辅操台灯屏及音响试验每月至少进行1次。

DCS服务器热备切换、固定式可燃及有毒气体报警器通气试验,每半年至少进行1次。

 

4、 定期润滑

 

对高温浮球液位计、带注油孔的控制阀、长行程执行机构、带油雾润滑器的执行机构、刮板流量计等仪表进行润滑,每半年至少进行1次。 

 

5、定期清扫

 

对机柜间及在线分析小屋空调过滤网、室外机散热片进行清扫,每半年至少进行1次。

对控制系统机柜过滤网及风扇进行清理,每半年至少进行1次。

对工程师站、服务器、操作站等上位机主机进行清扫,每年至少进行1次。

对光学测量仪表镜片进行清理,每半年至少进行1次。
 

三、预知性维修

 

预知性维修基于仪表及控制系统的状态监测和智能巡检,分析设备状态检测结果,发现设备缺陷,指导开展维修工作,确定合理的维修工作周期。通过仪表及控制系统状态检测,对检测结果进行分析评估,发现的异常纳入设备缺陷管理流程。状态监测平台应具备缺陷识别、故障诊断等自动分析功能,可直接指导企业开展检维修工作。搭建统一的状态监测平台,对各企业设备状态检测数据进行统一管理。

 

1、在线监测

 

(1) 控制系统自诊断报警监测

将DCS、SIS、CCS、PLC等控制系统自诊断数据中的控制器报警、卡件及通道状态报警、通讯报警、接地报警、电源模块报警、风扇报警等系统报警事件自动采集到状态检测平台,可通过手机短信形式分级推送到管理人员、维护人员,及时处理控制系统异常。

 

(2) 固定式可燃、有毒气体报警器监测

将固定式气体报警器零漂及故障报警信号传送到状态监测平台,并可通过手机短信形式分级推送到管理人员、维护人员。
 

(3)联锁投用状态监测

将联锁回路的投用状态信号引入状态监测平台,实现联锁回路投用状态的实时监管,并可通过手机短信形式分级推送到管理人员。
 

(4)联锁仪表报警监测

在安全仪表系统里设置冗余联锁仪表的偏差报警、开路及短路报警判断逻辑,并将报警信号传送到状态监测平台,并可通过手机短信形式分级推送到管理人员、维护人员。
 

(5)控制阀动作时间监测

对有动作时间要求并配备阀门回讯器的控制阀,在控制系统里对控制阀动作时间进行监控并设置超时报警,宜将超时报警传送到状态监测平台。
 

(6)仪表电源状态监测

对电气供的110VAC、220VAC等交流电源,以及100VDC、24VDC等直流电源,应在仪表电源柜内总空气开关馈线侧,增加电压互感器和电流互感器,将电流、电压以4mA~20mA标准信号接入到DCS,并传送到状态监测平台。将仪表24VDC直流开关电源的故障报警接入到DCS,并传送到状态监测平台。
 
(7)机柜间温湿度监测
机柜间应设置带4mA~20mA标准信号输出的温湿度仪,将温湿度信号接入DCS,同时传送至状态监测平台,设置异常状态报警。机柜间、工程师室温度为冬季20℃±2℃,夏季26℃±2℃,相对湿度为40%~60%。
 

(8) 仪表伴热监控系统

通过HART、现场总线等协议采集变送器膜盒温度,或者增加热电阻等对仪表伴热情况进行监控,同时传送到状态监测平台并设置报警。
 

(9)智能仪表管理系统

实现对智能变送器、流量计、液位计等HART或现场总线仪表在线组态、调试、校验、状态监测及报警管理。配备阀门管理软件对智能阀门定位器进行管理,利用自动测试、故障诊断、阀门运行特性诊断、摩擦力分析等功能,实现调节阀状态监测和检修预测。

 

2、 离线检测

 

(1) 红外温度检测

对电源柜、系统柜、端子柜、安全栅柜、网络柜等机柜内的电子设备,每月至少开展一次红外成像检测。

对达到设计使用寿命80%的220VAC、100VDC等电磁阀,每季度至少开展一次红外温度检测。

 

(2)接地电阻检测

采用便携式接地环路电阻测试钳表,每年至少一次对控制系统机柜工作接地汇流排和保护接地汇流排的接地干线,进行接地电阻检测,不应大于4Ω

 

(3) 仪表风露点检测

作为气动执行机构动力源的仪表风系统,宜采用便携式露点检测仪对仪表风露点进行离线检测。

 

(4)质量流量计状态检测

用HART手持终端或调试软件,每季度一次对贸易交接、能源及物料计量用质量流量计的基础零点、驱动增益、检测线圈电压、振动频率等运行状态参数进行检查,对照历史趋势分析其稳定性。

 

3、状态评估

 

通过在线监测及离线检测等方式采集仪表及控制系统状态信息,包括强度、量值大小以及变化趋势等,采用多种方法进行状态评估和分析,结合同类设备的分析寄过,做出综合判断,确定设备异常并纳入缺陷管理;同时建立用于设备状态评价的数据库和状态监测平台。

 

4、使用寿命管理

 

(1)使用寿命的确定原则

确保设备可靠性兼顾经济性,结合设备分级管理,参照设备选型及说明书、平均无故障时间(MTBF)、技术附件要求的使用寿命、设备可靠性评估结果等要素,确定不同类型设备的推荐使用寿命。

 

(2)使用寿命评估

 建立仪表及控制系统寿命动态评价机制,参照推荐使用寿命,结合设备运行工况、运行环境、状态检测、历史故障统计等要素,评估仪表及控制系统性能,作为提前更新或超期服役的依据,并指导开展仪表及控制系统预防性维修工作。

当仪表及控制系统运行工况较差,或长期偏离设计工艺条件及使用范围,评估时应考虑温度、压力、腐蚀等运行工况对设备使用寿命的影响。

当仪表及控制系统运行在高温高湿、雷电、脏污、强辐射等苛刻环境,或长期运行环境超出允许的工作范围,评估时应考虑运行环境对设备使用寿命的影响。

按照仪表及控制系统失效后的影响范围,推荐关键回路、重要回路的仪表及控制系统使用寿命。其中关键回路为会导致装置非计划停工,或发生安全、环保、数质量事故的联锁回路和重要控制回路;重要回路为会导致单元非计划停工的联锁回路和主要控制回路。推荐使用寿命见第七要点。
 

四、季节性维护
 

季节性维护工作主要包括防雷、防雨防潮、防高温、防风防汛、防冻防凝、防小动物、防尘等。

 

1、防雷

 

根据企业所处地域雷暴日数据确定仪表雷电防护等级,结合雷击故障情况有针对性地开展防雷工作。在雷电季节前开展防雷检查工作。根据仪表及控制系统具体情况制定防雷应急处置预案,并加强演练。

 

2、防雨防潮

 

检查仪表机柜间温湿度,检查机柜间、分析小屋空调、抽湿机的运行情况。

检查机柜间屋顶防水情况,屋顶排水口通畅情况,检查机柜间电缆口封堵情况。

检查电缆沟进水情况,沟内电缆不得浸没在水中。

检查现场控制柜、现场仪表接线箱、接线盒的密封情况,防止水汽渗入。

检查电缆保护管、防爆挠性管及格兰头密封完好情况。

检查气动执行机构防雨帽完好情况。

检查顶装式活塞执行机构转动轴密封情况。

 

3、 防高温

 

高温季节期间对控制系统红外成像检测宜增加频次。

高温季节期间对电磁阀红外测温宜增加频次。

对处于高温暴晒部位的仪表及控制系统宜考虑防(耐)高温措施。

检查仪表机柜间、分析小屋温度控制是否满足要求;检查机柜风扇、分析小屋排风扇运行是否正常。

应加强对现场机柜(控制箱)正压通风、旋风制冷系统检查。

高温季节前对机柜间、分析小屋空调进行全面的检查、维护保养。高温季节期间每月至少1次检查机柜间、分析小屋空调设备电气控制部分及各种机械部分,并调整制冷系统工作状况;检查整个空调系统(包括进出风口、调节风阀、加热、加湿、制冷、通风系统、排水管等),确保设备正常运行。有备机时应要求每月切换一次。

 

4、防风防汛

 

台风、汛期前检查仪表电缆桥架及盖板、高处仪表及附件、仪表管线的牢固情况;异常天气下对高处、风口处现场仪表及表箱加大检查频次。

检查机柜间门窗、现场控制柜柜门、仪表箱门是否关闭严密。

检查应急物资准备、防洪排涝设备的完好情况。

制定防台防汛应急处置预案,并组织演练。

 

5、 防冻防凝

 

防冻防凝期来临前制定防冻防凝工作计划和应急方案。

为减少隔离液充灌的劳动强度,宜配置仪表隔离液充灌系统。

 

防冻防凝期来临前,做好以下工作:

完成仪表风以及易带液气体介质的集中排凝。

对仪表伴热系统进行检查。根据天气变化和工艺介质的实际情况,及时调整伴热系统。

对隔离液系统进行检查、集中充灌。
 

防冻防凝期间,做好以下工作:

加强防冻防凝检查,保证仪表伴热系统正常,并消除跑、冒、滴、漏现象。

检查仪表保温箱是否完好,表箱门能否关严。

检查仪表引压管线及伴热线保温情况,特别是高处或风口处仪表管线保温是否完好、保温效果是否良好。

检查仪表伴热管线疏水器工作情况、伴热管线回水是否正常。

检查仪表隔离液系统、冲洗油系统工作是否正常。极端天气前对重介质回路进行隔离液充灌。

根据仪表风露点检测情况,对仪表风管线末端进行排放,并做好记录。

 

6、防小动物

 

机柜间、分析小屋等电缆进线口及其它孔、洞进行封堵。

机柜间的门窗应保持完好,关闭严密。

仪表机柜间门口应安装可拆卸挡鼠板。

在机柜间内沿墙角边或地板下方定置化摆放适当数量的捕鼠设施,并定期检查。

 

7、防尘

 

防尘工作重点部位为处于沙尘天气较多的地区,环境中存在粉尘的热电、焦化及煤化工等装置。

沙尘天气来临前,做好相应的防护工作。

定期打扫机柜间和工程师室卫生。

机柜间门窗应关闭严密,机柜间进线口、仪表控制机柜底部、现场接线箱封堵严密。
 

五、专项检查维护

 

1、电路板的失效分析

 

针对电子元器件高度集成化,故障分析困难的现状,对故障电子元器件进行失效分析,查找引起故障的根原因,采取针对性的应对措施,防止故障重复发生。

 

(1)一般要求

应将仪表及控制系统的故障电子部件或在检修前抽选部分卡件,送制造厂或具备失效分析能力的检测机构进行电路板失效分析,并形成失效分析报告。

 

(2)外观检测

放大镜和二次元影仪下观察失效器件或模块外观有无磨损、丝印是否清晰正确,器件表面有无水磨痕迹,管脚有无氧化、脱落、松动等现象,焊锡是否饱满。

 

(3)电性能测试

测试失效器件所在的电路板上的电压、电流、过冲、下冲等。

 

(4)故障点确定

若失效器件为芯片可采用X-RAY检测、超声显微扫描分析、解剖分析等方法寻找故障点;若失效的是模块电路,可以先采取解剖分析,找到故障点。

 

2、端子紧固检查

 

检查范围:仪表端子包括现场仪表接线端子、中间接线箱接线端子、机柜间接线端子等。

 

具体实施要求:

参照上一周期的检查记录和日常检查记录编制端子紧固计划。

根据现场实际需要准备相应的工具、材料,紧固工具宜采用预置式扭矩螺丝刀,定量地设定紧固端子所需扭矩,螺丝刀的扭矩设定值要与端子螺丝的大小相匹配。力矩参数见附件2。

为确保端子紧固效果,采用三级确认。

现场号管标识不清楚,应予以更换。

日常运行期间,对控制系统电源、大功率,电磁阀等重要仪表的电源端子可采用红外成像仪检测是否松动。

做好端子紧固记录,记录有明显松动、氧化的端子号,作为下一周期端子紧固计划制定的依据。

 

3、联锁系统

 

为兼顾安全性和可靠性,联锁设置宜采用三取二,对单点联锁进行完善。

紧急停车按钮宜采用机械式多触点开关实现冗余。

联锁宜采用模拟量仪表,对冗余配置的联锁仪表宜在系统中设置偏差报警。

关键联锁电磁阀宜采用冗余电磁阀组。

罐根阀为联锁切断阀或控制阀的,维护单位应做好定期下线维护保养工作,生产单位应创造条件。

日常巡检过程中对联锁系统SOE记录进行检查,主要检查SOE软件运行情况、异常报警情况。

联锁系统逻辑图纸、接线图等相关图纸、资料、台帐齐全准确。

联锁仪表(含安全栅、继电器)应设置明显的警示标识,接线箱及机柜内的端子宜设置标识。

 

4、仪表电源

 

电源的冗余联动测试:仪表控制系统投用前应与电气专业共同对仪表控制系统双回路供电进行测试,检查仪表控制系统双回路供电设备及连接是否正确,检验任一供电回路停电,控制系统各部分的功能是否正确可用。

对供电回路空开及保险规格、容量及上下级匹配情况进行检查,确保满足负荷要求。

 24VDC并联供电端子及空开应采用优质短接片,不宜使用自制短接线。

24VDC电源模块冗余配置时,宜为每个开关电源分别配置防反串器件。

在线更换直流开关电源时应考虑电源内部电容反向充电影响,更换前需确认防反串器件的完好情况。

不宜采用带风扇的仪表电源。

 

5、控制系统

 

控制系统应及时对操作系统漏洞进行打补丁操作。系统补丁的兼容性需经过控制系统制造商测试确认。

控制系统应配置白名单或防病毒软件并及时升级。白名单或防病毒软件及病毒库的兼容性需经过控制系统制造商测试确认。

工程师站、操作站等人机界面的闲置USB口应进行物理封堵。

控制系统应用软件操作权限、操作系统登录严禁使用弱密码。

控制系统软件备份应按装置及系统独立备份,备份介质至少2份并注明装置及系统名称、备份时间,异地存放。可在备份的基础上采用GHOST硬盘在操作站和工程师站主机内离线存放。

建立健全控制系统病毒感染应急预案,并组织演练,系统感染病毒后第一时间与信息网断开。

控制系统控制器上设置状态转换开关的,在系统运行期间严禁将开关置于非运行状态。

应组织技术力量做好控制系统组态、工厂验收和现场验收,确保控制系统工程质量。

严禁使用通讯信号实现联锁。SIS系统输出给DCS的控制信号,不宜使用通讯方式。

 

6、控制阀及附件

 

过滤器减压阀宜采用金属材质,保证可靠性。

电磁阀宜选用24VDC低功耗(≤4w)、不锈钢材质,为实现冗余供电不宜采用220VAC供电。

为避免电液转换器或电液伺服阀卡滞,油质检验合格后才能安装电液转换器或电液伺服阀。

采用肥皂水或其它检漏液体定期对仪表风系统检漏。

仪表风管宜采用不锈钢管,仪表风管的硬度、椭圆度、光洁度等与卡套连接件选型应匹配。

检查发现执行机构防雨帽破损或缺失时应及时处理,并检查执行机构是否进水。

高频动作阀门使用符合《工业阀门逃逸排放的测量,试验和鉴定程序》ISO15848 CLASS B及以上的填料。

新安装或检修后的联锁开关阀严格按照《气动调节阀》GB/T4213进行泄漏量测试。

 

 

7、电缆槽盒

 

仪表槽盒不宜敷设在高温工艺管道和设备的上方或有腐蚀性液体的工艺管道和设备下方。确实无法避开应采取防护措施避免电缆受损。

仪表槽盒施工验收时,应检查槽盒支架的焊接质量,确保支撑牢固。

 

8、仪表引压管检查

 

仪表引压管检查范围应覆盖取压一次阀后所有取压管线及管阀件,并协助设备专业开展一次阀及阀前小接管检查。

仪表引压管宜采用不锈钢材质,氯离子腐蚀等不宜使用不锈钢管材的部位除外。

仪表引压管不宜采用螺纹连接。

对于无法实施在线检测的引压管,可参照取压部位的容器或管道壁厚腐蚀速率预测引压管壁厚减薄情况。

对碳钢材质引压管检查外防腐及腐蚀减薄情况。

 

 

9、仪表电缆

 

对仪表供电线路进行检查,同一供电回路中使用不同规格电缆的进行重点检查分析,不满足负荷要求立即整改。

定期对关键回路或重要回路的电缆进行绝缘检测。

 

10、科氏力质量流量计

 

安装时应保证流量计上、下游管道同心。

为保证质量流量计准确计量,上、下游宜有500mm以上的直管段。

在流量计两端应有可靠的固定支撑,并留有消除应力的裕度。

流量计安装宜保证仪表法兰和管道配对法兰间距为垫片厚度,在紧固法兰时宜采用力矩扳手保证螺栓受力均匀。

在质量流量计安装后未引入介质前,应检查空管驱动增益和零点,保证指标在正常范围;介质充满流量计后,检查驱动增益和零点,保证指标在正常范围。

测量易带液气体的质量流量计,宜采取“旗式”安装,流体自下而上流动。

测量液态烃、丙烯等易挥发性液体,质量流量计出口处的压力应高于测量液体的饱和蒸汽压力。

用于计量的质量流量计当实际压力大于标定时的压力,应将压力变送器的输出信号接入质量流量计,实现动态压力补偿。

 

11、差压式蒸汽流量计

 

差压式蒸汽流量计应选用可进行动态蒸汽密度补偿的智能流量变送器或流量计算机。

当生产装置有产汽单元,蒸汽进出装置需共用一条管线时,蒸汽计量宜选用双向节流装置,配两台智能流量变送器,并对两个测量回路进行动态密度补偿。
 

六、延期管理

 

仪表及控制系统无法按计划进行预防性工作,应由设备管理部门牵头组织技术评估。

 

符合以下条件的,应办理变更手续。在计划执行时间上最多可延迟1个年度,但预防性工作应在1.5个基准周期内执行完毕:

巡检中未见可能危及仪表及控制系统安全运行的任何异常。

仪表及控制系统自诊断信息显示状态正常。

离线检测显示仪表及控制系统状态正常。

没有任何可能危及仪表及控制系统安全运行的家族缺陷。

上次检修以来,没有经受严重的不良工况。

 

技术评估应坚持“安全第一、预防为主”的方针,结合仪表及控制系统状态监测、技术状况、使用年限、以往检修、清扫、校验情况、设备运行环境及故障情况等综合因素进行。

 

评估结果应包括是否可以延期、延期期间的安全保障措施及延长时间等。
 

七、仪表及控制系统使用寿命(推荐)

     

 

 

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