化工企业仪器仪表自动化装置维护与检修技术的要点分析

杨志新1 ,段强2, ,薛连峰1

摘要：为解决仪器仪表自动化装置在实际生产应用环节出现的设备损坏、运行故障等问题，本文结合化工企业的仪表自动化设备运行情况，针对雷击、腐蚀两类常见故障的表现形式及其处理方案进行简要分析，并聚焦预防性维护机制建构、标准检修管理措施编制两个层面,进行具体维护检修技术的要点分析，以期为仪器仪表自动化装置的运维管理工作提供参考价值。

关键词：仪器仪表；自动化装置；故障检修；预防性维护

引言：

当前自动化系统与元件在工业生产领域得到广泛应用，相关仪器仪表设备存在类型多、复杂性强、数量庞大等问题，为设备维护与检修工作带来较大难度。通过结合典型故障成因,进行具体维修技术要点的分析，并整合故障特征与发生规律,进行预防性维护机制的建构，能够为仪表自动化设备的安全稳定运行提供有效保障，满足实际生产质量与效率要求。

1仪器仪表及自动化装置常见问题及处置方案

1.1雷击故障

1.1.1表现形式

其一是雷电直击，引发各类仪表设备、自动化装置受损。其二是雷电感应，在雷电形成过程中,伴有高强度冲击波与放电现象，此时易使周围导体产生静电、电磁感应，内部金属部件之间出现火花，导致设备受损、影响正常使用；或在瞬间强大电流作用下生成电磁场，在电阻、电容、电感耦合复杂影响下使得内部瞬态电压骤然升高，经由管道、电缆、引线等传导介质进入仪表系统内部，对系统造成不可逆破坏。其三是雷电反击，倘若在防雷接地装置安装过程中,未做好接地引下线施工处理，在雷电天气易使变送器邻近仪表设备、建筑体等受雷电流袭击，因低电位浮动,增加了变送器、自动化控制系统间的电位差，造成仪表系统被击穿等问题[1]。

1.1.2处理措施

为预防雷电干扰,保证仪器仪表及自动化系统的正常运行，可采取以下预防性措施：（1）接闪分流，主要在建筑物及各类仪表系统内部安装防雷设施，包括对机泵、换热器等设施进行防雷设计，将管道、电缆等传送介质直接接地，确保接地点数量在2处以上，且相邻接地点位的间距应控制在30m以内；对于周围空间空旷、电磁环境复杂的仪表设备，还需对其布置位置、安装高度进行科学控制，落实仪表设备外部箱体接地处理，并安装避雷针，用于防范雷电直击。（2）接地处理，对于雷电现象频发区域，可采用伏地或多点接地方法，保证仪表设备的工作接地效果，并增强建筑物一次接地、二次接地系统的绝缘性能，用于阻断电磁与中枢系统之间的传递渠道；同时，还可将DCS、PLC等控制系统的工作接地、保护接地进行有效分离，并遵循就近原则进行接地设计，起到预防雷击作用[2]。

1.2腐蚀问题

1.2.1表现形式

由于仪表自动化设备所处生产车间、运行环境的实际工况条件较为复杂，易使自动化仪表设备出现腐蚀问题，主要分为以下两种情况：其一是电化学腐蚀，即不同金属材料之间发生电化学反应，引发设备失效问题。其二是化学腐蚀，通常由生产现场潮湿空气引发仪表材料腐蚀问题，或仪表自动化设备外壳金属与苯、甲苯等非电解质溶液之间发生化学反应，加之物理机械、气蚀作用等均易导致仪表设备材料发生膨胀、溶解现象，造成故障失效问题[3]。

1.2.2处理措施

为防止化工仪表自动化设备出现腐蚀问题，可采取以下两种技术措施：（1）选用耐腐蚀材料，根据设备运行环境温湿度、腐蚀性物质类型和浓度、仪表自动化设备类型等信息进行防腐蚀材料的选择，例如对于阀芯、阀座一类构配件，可选用不锈钢司钛莱硬合金、聚四氟乙烯材料进行阀座表面的硬化处理，或选用钨钴合金、硬化工具钢等材料进行构配件的加工制造，借此依托源头控制提升仪表自动化设备的耐腐蚀效果。（2）建立隔离措施，如采用液体隔离法，选用全氟三丁胺等液体填充在隔离罐中，可实现仪表自动化设备与外部氯气、氯化氢等腐蚀介质间的有效隔离，适用于压力变送器、流量计、液位计等设备及管线的防腐处理环节；采用注气保护方法，主要向仪表检测元件与压力介质间的导压管内注入空气，适用于对压力变送器等仪表设备进行保护，防范高压介质对仪表设备构成腐蚀作用；还可选用膜片隔离方法，选取聚全氟乙丙烯、聚四氟乙烯等材料制成防腐隔离膜片，将膜片贴附或喷涂在压力仪表设备的管道表面，用于有效隔绝传感元件外部的腐蚀性介质，具有耐高低温、摩擦系数小、润滑效果强、成本低廉等优势特征，显著提升仪表设备管线的防腐蚀效果。

2预防性维护措施与检修技术要点

2.1预防性维护

2.1.1建立标准维护流程

由于一个完整的仪表回路涉及到控制器、执行机构、测量仪器、阀件、定位器等多种供电设备及构配件，要求建立标准化维护管理流程，聚焦设备完整生命周期、面向不同故障类型进行预防性维护策略的编制。在此可采用计算机自动诊断技术进行预防性维护机制的建构，引入无人值守、智能化巡查等技术手段进行仪表自动化设备的运行状态检测与故障原因诊断分析，并选取仪器仪表设备的关键部位安装传感器及自动监控装置，依托中控系统获取不同自动化设备的运行状态信息与实时监控画面，能够在设备发生故障的第一时间进行报警信号回传与画面显示，提示相关人员进行故障检修方法的启用，借此有效发挥预防性维护作用、降低设备运行环节的损失。

2.1.2编制检查应急制度

考虑到在化工仪表自动化设备日常运行过程中，需结合企业实际生产要求与设备使用情况进行巡查制度、巡查频次等工作计划的安排，既要避免相邻两次巡查间隔时间过长增加设备故障隐患，也要避免因巡查过于频繁增加人力物力消耗、提高设备维护成本。具体来说，应基于预防性维护理念,进行应急检查制度的编制，结合不同仪表自动化设备的使用周期进行巡查时间的设计，并汇总以往运维检修记录中发生故障的频次、类型及其处理方案，完善设备故障、突发事故情况下的具体处理流程方案及操作要点，实现人力、资源、设备的协调调度与分配，最大限度降低企业损失、提升应急处理效率。

2.1.3实行设备分级管理

以某化工公司为例，该公司将仪器仪表检修工作纳入自动化仪表管理范畴中，拥有仪器仪表数量共计9万余台、设有超过150套控制系统（设备统计结果如表1所示）。根据公司现有组织结构，在仪器仪表维护与检修环节采用三级管理模式，其中一级管理由公司决策层组成，主要负责针对各类仪器仪表设备的维护检修计划进行审批；二级管理以机动设备部门为主导，联合生产技术、工程管理、物资采购等多部门共同对二级工厂各类仪器仪表管理情况进行监督与核查；三级管理由基层科室、仪器仪表车间、仪器仪表班组等基层科室组成，负责落实对化工装置、仪器仪表的基础维护与故障检修工作。在此基础上，将故障排查、处理效率等指标纳入员工量化考评机制中，依托奖惩制度发挥对分级管理行为的有效规范与监督作用，更好地提升仪表自动化设备的管理水平。通过基于分级管理模式进行管理层级、责任主体以及具体工作要求的明确，能够有效消除仪器仪表与自动化装置运行管理中存在的盲点与误区，落实责任到人、提升设备管理实效。

表 1 该公司仪器仪表设备统计表

仪器仪表		设备数量
压力变送器		12550台
液位计		10515台
流量计		9562台
温度计		18283支
阀件		10907台
安全仪表		9531个
执行器		10355台
分析仪器		5764台
监控装置		2552个
各类开关		9359个
控制系统	DCS系统	115套
	PLC系统	33套
仪表回路	测量回路	51857个
	控制回路	20495个
	联锁回路	3824个

2.2故障维修

2.2.1设备使用寿命管理

仪表自动化设备的工作环境、运行时长、故障率等指标与设备使用寿命存在关联，可能对化工企业的正常生产运行构成直接影响，因此需将使用寿命管理纳入仪表自动化设备的维护工作中，综合运用统计学分析、自动化控制与现场检查等方法进行故障点定位及原因排查，并自动生成相关处理方案，用于快速修复故障、预防事故发生。

2.2.2生命周期运维管理

以化工企业自动化仪表为例，化工企业常用自动化仪表分为温度仪表、压力仪表、物位仪表等类型，基于全生命周期管理理念进行自动化仪表使用寿命管理机制的建构，可围绕以下三个方面入手：

（1）选购阶段管理，在采购阶段需基于国家制造管理规定、市场准入要求进行制造单位资质审核，确认采购产品具备“TS许可标记”、许可证编号以及出厂证明文件等，并根据化工企业实际生产需求与设备安全运行要求加强设备选型把关，具体参考指标包括设备结构型式、工作压力级、公称压力、公称通径、材质等指标。在实际选型环节，要求工作人员结合工艺过程中涉及到的温度、压力、流量等参数进行仪表的合理选型，对仪表指示、报警、控制等功能进行严格测试，并坚持成本经济与选型统一，保证选购具有最优性价比的仪表设备，为后续仪表设备安装与维护管理创设便捷条件。

（2）安装阶段管理，包括在安装前进行仪表自动化设备安装场地的实地勘察，检查设备有无外观损坏、密封不良等问题，起到故障预防作用；针对远传信号仪表自动化设备，需结合技术规范进行定值测试，通过设备调试确保其满足使用要求；对于集控系统表盘及仪表进行故障预防机制的建设，优化安装过程各工序与技术管理，避免因设备安装工艺不良引发的干扰问题。在仪表自动化设备管路敷设环节，主要涉及到信号管路、机械管路两种类型，要求工作人员结合现场环境与实际工况对远程设备进行故障防御机制建构，对设备运行环境中磁场等外部干扰因素进行应对措施的编制，并确保仪表自动化设备的配线、保护管与接线箱均完好，符合配线工程技术规范。此外，还需结合不同自动化仪表类型进行安装调试要点的管理，例如对于自动化温度仪表，其常见类型包含热电偶、热电阻两类，需在自动化仪表安装调试过程中关注温度数值的实际显示情况，与标准值进行比较分析，便于及时调节误差、保证设备精度；对于自动化压力仪表，其压力控制精度将直接影响到化工企业生产质量，因此需注重对压力传感器采集的压力参数精度进行校核，必要情况下以人工形式进行压力参数的调整；对于物位仪表，需重点关注原材料使用量，结合浮力式、雷达式、超声波式等不同仪表类型进行精度校核；对于流量仪表，还需结合其使用方法与功能要求进行测量方法的使用，例如体积流量测量仪表多适用于速度测量方法，而质量流量测量仪表则依赖推理方法等。

（3）后续运维管理，在仪表自动化设备由出厂至安装过程中涉及到运输、储存、校验、搬运、质检等多个环节，要求严格加强过程管理，包括在设备运输过程中做好装箱固定、避免剧烈颠簸，在储存环节保证室内环境的通风性与干燥性、落实进出口部位的密封处理，在进场、入库、使用等环节做好质量检查与核对校验，保证设备性能满足使用要求。同时，需做好仪表自动化设备的故障预防机制，要求运维人员做好设备吹扫与试压，用于改善管路的温度适应性，并依据工艺要求进行仪表设备的独立调试，保证数据完整性，避免在数据传输过程中产生中断或信息丢失问题。此外，还需细化仪表自动化设备故障处理预案的编制，包括通过数据检测与分析，明确发生故障的具体工艺环节与系统部位；在故障发生后掌握机组负荷、生产原料等实际情况，并调取仪表运行过程数据绘制直线图，用于辅助系统故障的排查工作，更好地提升故障处置效率，延长系统使用寿命。

2.2.3常见故障维修要点

其一是内部故障，要求技术人员对于自动化仪表设备的控制程序进行周期性检验与升级，落实程序数据检查与更新；对于机组振动频率、振动强度进行检测，当发现邻近或超出限值后，可采用加装胶皮垫、紧固螺栓等方式减小机组连接部位的摩擦系数，避免因机组做功时振动强度过大影响到信号接收效果，配合集中调节及个别调试以及网络规制、跟踪监督策略的应用，发挥对程序负荷的动态调节与监测作用。其二是日常操作故障，要求技术人员日常针对仪表设备、自动化系统运行及程序做功情况进行系统检查，依据1200r/min的频率标准进行程序、关联硬件做功情况的核对，并且定期对小元件、大型设备以及数据库进行清理，如每7d清理一次设备元件，每1～2个月对大型设备进行清理、调试，定期进行数据库冗余数据的筛选与清理，借此有效解决故障问题。其三是外部故障，主要指因人员操作不当或其他突发事件引发的故障问题，对此还需做好操作人员岗前培训与从业资格证明的审核工作，督促操作人员严格依据规范要求执行自动化仪表的操作及系统控制，并且在故障发生时启动应急处理方案，提升故障排查与处置效率。

综上分析，本文通过结合化工企业的仪器仪表与自动化设备实际应用情况，聚焦预防性维护与故障及时检修两个维度进行标准工作程序、制度与具体管理要点、操作方法的梳理，能够为仪器仪表及自动化设备运维管理水平的提升提供有效借鉴经验。在具体工作实践环节，还需围绕组织结构调整、专业队伍建设、服务水平提升、作业流程改进、制度体系完善、管理范围拓宽等层面进行系统优化，为相关工程及生产活动的顺利开展提供保障。

参考文献：

[1]王朝林,康启.仪器仪表维护维修管理的改进方案研究[J].装备维修技术,2020,(09):1.

[2]周桐.化工装置仪表自控系统的防雷措施[J].设备管理与维修,2019,(24):3.

[3]张经飞.化工生产装置现场仪表的管理与维护措施分析[J].中国化工贸易,2019,(27):210.                                                     作者简介：杨志新(1975.06-)，男，汉族，河北石家庄，本科，中级工程师，研究方向：自动化控制，单位：临沂恒昌焦化股份有限公司；段强(1993.12-)，男，汉族，山东莒县，硕士，中级工程师，研究方向：人工智能算法研发，单位：山东浪潮科学研究院有限公司；薛连峰(1981.05-)，男，汉族，山东临沂，本科，助理工程师，研究方向：机械电气，单位：临沂恒昌焦化股份有限公司。