關(guān) 力 楊麗英

(中石化北京燕山石油化工股份有限公司 a.統(tǒng)計(jì)調(diào)查中心；b.生產(chǎn)運(yùn)行保障中心，北京 102500)

儀表伴熱系統(tǒng)是煉化生產(chǎn)裝置中重要的儀表輔助系統(tǒng)，其正常運(yùn)行直接關(guān)系到裝置的安全、穩(wěn)定生產(chǎn)，尤其是在冬季，儀表伴熱系統(tǒng)更是發(fā)揮著重要作用。目前，儀表伴熱系統(tǒng)的維護(hù)主要存在的問題有：儀表伴熱回路多且較為分散，部分伴熱點(diǎn)位置較高，不利于維護(hù)；沒有實(shí)時(shí)監(jiān)測儀表伴熱系統(tǒng)運(yùn)行狀況的有效手段，通常是靠儀表人員巡檢，一些處于高處、風(fēng)口或偏遠(yuǎn)部位的儀表伴熱有時(shí)因巡檢不到位而未及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)生凍凝問題，對裝置的生產(chǎn)造成不利影響；伴熱回路的溫度調(diào)整不及時(shí)，伴熱溫度過低有可能出現(xiàn)介質(zhì)凍凝，而伴熱溫度過高也會(huì)造成蒸汽浪費(fèi)；冬季伴熱系統(tǒng)的維護(hù)量大，工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較高，夜間高處儀表伴熱巡檢存在不安全因素。為此，開發(fā)儀表伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，在加強(qiáng)儀表伴熱系統(tǒng)維護(hù)、保障裝置平穩(wěn)生產(chǎn)、節(jié)能降耗和降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度方面有著十分重要的意義。筆者以某煉化裝置的儀表伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測項(xiàng)目為背景，介紹電纜-光纖監(jiān)測、無線監(jiān)測和智能儀表監(jiān)測方式的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

1 儀表伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)①

儀表伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)通過對各個(gè)儀表伴熱回路的溫度信號進(jìn)行采集，利用上位平臺(tái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測、報(bào)警管理、故障診斷和歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，從而達(dá)到保證生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行、減少維護(hù)量和降低裝置蒸汽消耗的目的。公司組織技術(shù)力量陸續(xù)在生產(chǎn)裝置上開發(fā)應(yīng)用了3種儀表伴熱監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)信號傳輸方式分為電纜-光纖伴熱監(jiān)測系統(tǒng)、無線伴熱監(jiān)測系統(tǒng)和智能儀表伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。

1.1 電纜-光纖伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)

該監(jiān)測系統(tǒng)主要采用分支電纜-光纖傳輸信號，由溫度檢測元件、現(xiàn)場采集站、計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等部分組成。電纜-光纖伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電纜-光纖伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡圖

測溫元件采用Pt100熱電阻，安裝在保溫箱內(nèi)的伴熱管上，測量表箱內(nèi)管壁的溫度，安裝時(shí)注意要緊貼管道外壁以保證測量精度?，F(xiàn)場接線箱用于匯集現(xiàn)場分散的溫度測點(diǎn)，分區(qū)域?qū)囟刃盘杺魉偷絽^(qū)域現(xiàn)場采集站?，F(xiàn)場采集站采用隔爆設(shè)計(jì)，由控制器、電源模塊、RTD采集模塊及光電轉(zhuǎn)換器等組成，具備現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、信號轉(zhuǎn)換和故障自診斷功能，采用一路24V(DC)供電方式。現(xiàn)場信號采集模塊采集到各伴熱回路的溫度數(shù)據(jù)后，通過光電轉(zhuǎn)換器，把電信號轉(zhuǎn)換成光信號，利用光纖把信號傳送到位于機(jī)柜間的交換機(jī)。每個(gè)現(xiàn)場采集站可支持8個(gè)RTD采集模塊，每個(gè)模塊支持8路RTD信號采集，因此每個(gè)現(xiàn)場采集站共支持64路RTD信號采集。系統(tǒng)中的DELL工控機(jī)用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、故障診斷及報(bào)警等功能。

電纜-光纖儀表伴熱監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在中石化北京燕山石油化工股份有限公司的裂解裝置中廣泛應(yīng)用，該裝置共有儀表伴熱回路997個(gè)，伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)由997個(gè)測溫元件和19個(gè)現(xiàn)場采集站組成，設(shè)置上位監(jiān)測平臺(tái)一套，圖2、3為伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)界面和報(bào)警界面。裂解裝置伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)投運(yùn)至今，應(yīng)用效果較好。

圖2 儀表伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)界面

圖3 儀表伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警界面

1.2 無線伴熱監(jiān)測系統(tǒng)

無線伴熱監(jiān)測系統(tǒng)主要由溫度檢測元件、無線發(fā)射和接收設(shè)備、無線連接設(shè)備、主機(jī)及相關(guān)軟件等部分組成，同樣可以實(shí)現(xiàn)儀表伴熱回路溫度的采集與管理功能。

系統(tǒng)采用了一種新型的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)——集散式監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)工作屬微功率免申請頻段，無需額外授權(quán)費(fèi)用或網(wǎng)絡(luò)第三方支持，并提供有RS232/485設(shè)備接口。無線伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 無線伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡圖

無線溫度采集器用于檢測儀表保溫箱內(nèi)導(dǎo)壓管的管壁溫度，每個(gè)檢測元件都有專用無線通道地址碼和配套的發(fā)射設(shè)備，用于無線傳輸溫度信號。將無線溫度采集器安裝在管道上，當(dāng)管道中的介質(zhì)作用于感溫元件上，感溫器件將溫度轉(zhuǎn)換為電信號，通過專業(yè)的信號調(diào)理電路將該信號進(jìn)行濾波、放大及補(bǔ)償?shù)忍幚砗螅M(jìn)入微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理和顯示，之后將測量數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸?shù)竭h(yuǎn)方的無線溫度接收終端。無線溫度采集器使用Pt100鉑熱電阻溫度傳感器進(jìn)行溫度感應(yīng)；卡扣接觸式探頭溫度感應(yīng)方式，采用鋰電池供電，能夠持續(xù)工作約15kh；采集器殼體采用IP65防水工業(yè)壓鑄鋁殼，具有很好的防水和電磁干擾信號屏蔽作用。

中繼無線設(shè)備是進(jìn)行信號遠(yuǎn)距離無線傳輸?shù)谋Ｕ?，?dāng)無線溫度采集器和無線采集服務(wù)器間的安裝位置超過300m時(shí)，需要在它們之間安裝無線中繼分站來對無線溫度采集器的信號進(jìn)行放大，以增強(qiáng)信號強(qiáng)度。

室內(nèi)通過無線采集服務(wù)器接收現(xiàn)場傳送來的無線信號，無線采集服務(wù)器負(fù)責(zé)接收無線溫度采集器和無線中繼分站傳來的溫度數(shù)據(jù)，無線采集服務(wù)器可以同時(shí)接收最多256路無線溫度采集器的數(shù)據(jù)，并對采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理和打包后通過RS485或以太網(wǎng)上傳到本地或上一級管理機(jī)構(gòu)。

溫度采集監(jiān)控主機(jī)用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、故障診斷及報(bào)警等功能。溫度采集監(jiān)控主機(jī)安裝了一套組態(tài)軟件，將送來的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、報(bào)警提示、圖形顯示、報(bào)表整理、保存與查詢。監(jiān)控中心以形象、直觀的圖形界面實(shí)時(shí)顯示所轄范圍內(nèi)監(jiān)控對象的分布狀況、工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的報(bào)警門限值提供報(bào)警信息，提供包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及報(bào)表打印等功能，使管理人員能通過本系統(tǒng)了解到遠(yuǎn)程監(jiān)控參數(shù)的變化情況，控制遠(yuǎn)端監(jiān)控設(shè)備進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理。

無線伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在中石化北京燕山石油化工股份有限公司的制苯裝置上投入實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了70個(gè)儀表回路伴熱管溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測?，F(xiàn)場共配置了70個(gè)無線溫度采集器、3個(gè)中繼無線設(shè)備、一個(gè)無線采集服務(wù)器和一臺(tái)溫度采集監(jiān)控主機(jī)。系統(tǒng)投運(yùn)以來，效果良好。

1.3 智能儀表伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)

智能儀表伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)主要利用現(xiàn)場儀表和DCS系統(tǒng)卡件的HART功能，讀取智能變送器HART信號附加的溫度信號(即表頭溫度信號)，間接地實(shí)現(xiàn)監(jiān)測儀表伴熱回路工作狀況的目標(biāo)。

該系統(tǒng)不增加其他硬件，但對現(xiàn)有設(shè)備硬件要求較高，要求現(xiàn)場變送器采用智能儀表、DCS的I/O卡支持HART協(xié)議。通過DCS組態(tài)，實(shí)現(xiàn)變送器溫度監(jiān)測的目的。以Centun VP系統(tǒng)為例，如圖5所示，在IOM Builder通道中的HART Varialble選項(xiàng)選擇HART信號中的溫度變量進(jìn)行設(shè)置并進(jìn)行組態(tài)，實(shí)現(xiàn)顯示功能(圖6)。

圖5 HART變量選擇界面

圖6 HART變量組態(tài)界面

由于采用此類監(jiān)測方式會(huì)增加控制系統(tǒng)CPU的負(fù)荷，并且所能讀取的HART信號中的數(shù)據(jù)受限，因此適用于監(jiān)測規(guī)模較小的儀表伴熱系統(tǒng)。如果需要監(jiān)測的伴熱回路數(shù)量較多，建議采用橫河PRM等設(shè)備管理系統(tǒng)。目前智能儀表伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用在中石化北京燕山石油化工股份有限公司的C5裝置上，DCS上的監(jiān)測顯示正常。

2 3種伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的比較

上述3種儀表伴熱監(jiān)測系統(tǒng)在該公司的相關(guān)儀表回路上均已投運(yùn)，運(yùn)行總體情況良好，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控儀表伴熱回路的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)出伴熱溫度高、低預(yù)警信號，提高了儀表伴熱系統(tǒng)的維護(hù)質(zhì)量，保證了裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，并且減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。但是，3種伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)各有優(yōu)、缺點(diǎn)，現(xiàn)列于表1，供相關(guān)技術(shù)人員根據(jù)企業(yè)、裝置和設(shè)備的具體情況靈活選用。

表1 3種儀表伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)、缺點(diǎn)的比較

3 結(jié)束語

詳細(xì)介紹了電纜-光纖伴熱監(jiān)測系統(tǒng)、無線伴熱監(jiān)測系統(tǒng)和智能儀表伴熱監(jiān)測系統(tǒng)的硬件組成和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以及各自的適用范圍。同時(shí)對比分析了3種儀表伴熱實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)、缺點(diǎn)。在中石化北京燕山石油化工股份有限公司的不同裝置上實(shí)際投運(yùn)后， 對儀表伴熱狀態(tài)的監(jiān)測效果較好。但是無線伴熱監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)射和接收器安裝位置和角度，會(huì)直接影響信號的接收質(zhì)量，同時(shí)還需進(jìn)一步摸索其最佳安裝方式；同時(shí)還需進(jìn)一步確定伴熱系統(tǒng)的最佳溫度監(jiān)測范圍，合理設(shè)定報(bào)警溫度值，做到既保證介質(zhì)不凍凝又能最大程度地減少蒸汽的消耗量。