趙鵬睿 李雨蒙

大慶油田第三采油廠規(guī)劃設(shè)計研究所

隨著油田多年的改造與數(shù)字化建設(shè)，基本上實現(xiàn)了現(xiàn)場以變送器類儀表檢測為主、調(diào)節(jié)閥類儀表控制為輔，中控室以視頻監(jiān)控與自控畫面相結(jié)合的集中監(jiān)控模式[1-2]，較好地實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控。智能儀表在日常運行中易受使用時間、環(huán)境、溫度、濕度及負載的影響而產(chǎn)生不同的故障。智能儀表在油田中的常見故障可分為外界環(huán)境造成的故障和設(shè)備元件導(dǎo)致的故障兩大類[3]。針對儀表故障類型進行分析，總結(jié)現(xiàn)場經(jīng)驗，整理出一套自控系統(tǒng)的日常維護辦法，可以使管理者能夠快速排查故障，提前預(yù)防故障，及時解決故障，提高自動化系統(tǒng)在油田的應(yīng)用水平，使智能儀表的現(xiàn)場運行更加穩(wěn)定。

1 常見故障類型及處理

1.1 外界環(huán)境造成的故障

1.1.1 雷擊問題

夏季常出現(xiàn)雷雨天氣，容易發(fā)生雷擊事故。雷擊會造成站內(nèi)停電自控設(shè)備失效，還會損壞儀表，導(dǎo)致PLC模塊擊穿。維護辦法：系統(tǒng)控制柜安裝UPS電源；遠傳信號加裝安全隔離屏蔽柵；對電氣設(shè)備接地形成防雷接地保護；在建筑物屋角、屋脊等易受雷擊部位敷設(shè)避雷針、金屬網(wǎng)格等（圖1）。

圖1 污水罐加裝避雷針Fig.1 Installation of lightning rod in sewage settling tanks

實例1：某注入站夜間遭遇雷擊，造成全站停電，恢復(fù)供電后站內(nèi)計算機監(jiān)控畫面無法顯示現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)，檢查PLC控制柜有刺鼻氣味，發(fā)現(xiàn)24 VDC電源有燒焦現(xiàn)象，經(jīng)判斷24 VDC電源因瞬間電壓過大被燒毀。

處理辦法：更換24 VDC電源，監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示正常，注入站恢復(fù)正常生產(chǎn)。

1.1.2 腐蝕問題

儀表內(nèi)元器件長期受雨水侵蝕易出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。造成儀表腐蝕有以下幾種因素：①管理疏忽因素，員工冬季捆綁儀表的保溫層進入夏季未及時拆卸，這種保溫層多采用毛氈棉布類物質(zhì)，進入夏季雨水量大，儀表在潮濕環(huán)境下工作，易造成儀表腐蝕；②施工安裝因素，一些橋架位置偏高，為安全起見多采用穿線管敷設(shè)電纜，雨水易經(jīng)穿線管流入儀表內(nèi)，導(dǎo)致儀表燒壞。

實例2：某聯(lián)合站回收水泵房電磁流量計進水，懷疑流量計保養(yǎng)不當(dāng)，雨水經(jīng)穿線管滲入儀表內(nèi)，導(dǎo)致儀表腐蝕損壞。

處理辦法：對流量計進行防水防護處理，清潔表頭內(nèi)積水，更換腐蝕元件。

1.1.3 線路老化問題

數(shù)據(jù)傳輸線在長期運行過程中出現(xiàn)線路松動、端子虛接現(xiàn)象。儀表維修工作中應(yīng)定期檢查線路，緊固接線螺絲，確保數(shù)據(jù)傳輸正常。

實例3：某脫水轉(zhuǎn)油站集中監(jiān)控畫面數(shù)據(jù)頻繁丟失，現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)不能遠傳。排查故障原因，判斷自控盤內(nèi)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)線接口松動，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸不正常。

處理辦法：重新更換水晶頭，并用網(wǎng)絡(luò)電纜測試儀檢驗數(shù)據(jù)線的通斷。

1.1.4 鼠患問題

集控室內(nèi)常有老鼠咬斷數(shù)據(jù)光纜的情況發(fā)生。這類問題常出現(xiàn)在夜間，遇到這種突發(fā)情況會造成值班人員無法查看遠傳數(shù)據(jù)。解決辦法：施工配線時避免光纜經(jīng)過員工生活區(qū)；電箱內(nèi)光纜傳輸線穿管防護；準(zhǔn)備備用電纜，當(dāng)光纜被老鼠咬斷時及時更換新線路恢復(fù)生產(chǎn)；站內(nèi)安裝捕鼠器去除鼠患。

實例4：某聯(lián)合站夜班值班人員匯報集中監(jiān)控系統(tǒng)注水崗數(shù)據(jù)丟失，儀表維修人員發(fā)現(xiàn)通信柜內(nèi)光纜被老鼠咬斷。

處理辦法：更換被老鼠咬斷光纜，對散放光纜進行穿管防護。

1.2 設(shè)備元件導(dǎo)致的故障

1.2.1 PLC控制模塊故障

目前所有的智能儀表都選擇PLC作為主要控制設(shè)備，所有儀表的數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)判別和控制輸出都通過PLC技術(shù)實現(xiàn)[4-5]。經(jīng)實踐發(fā)現(xiàn)，自控系統(tǒng)發(fā)生的故障存在多樣性和復(fù)雜性。有些系統(tǒng)存在過?，F(xiàn)象，對于這類問題的維護辦法是加強自控系統(tǒng)的管理，將系統(tǒng)下位程序進行備份，對重要參數(shù)安裝數(shù)字顯示儀表，工作人員可根據(jù)現(xiàn)場儀表進行安全生產(chǎn)[6]。

實例6：某注入站內(nèi)單井母液流量信號的采集是通過Modbus 485模塊進行收集的，當(dāng)注入站由停產(chǎn)轉(zhuǎn)為生產(chǎn)運行時出現(xiàn)了母液流量數(shù)據(jù)不能遠傳、執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥不動作的現(xiàn)象，經(jīng)判斷故障為Modbus 485模塊死機造成。

處理辦法：開啟下位程序刷新Modbus 485模塊，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常（圖2）。

圖2 Modbus485模塊Fig.2 Modbus485 module

實例7：某聯(lián)合站現(xiàn)場員工匯報集中監(jiān)控室注水崗數(shù)據(jù)丟失，信號無法遠傳，經(jīng)過判斷為西門子PLC系統(tǒng)的CPU模塊故障。

處理辦法：更換故障模塊，重新組態(tài)，對系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)進行量程設(shè)定。

1.2.2 流量檢測儀表故障

電磁流量計常見的故障有兩種，一種是線路故障，另一種是現(xiàn)場流量與監(jiān)控畫面不符。維護辦法可采用分段排除法，從儀表柜到現(xiàn)場儀表逆向排查；或者采用信號替代法，用信號源代替儀表發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)4～20 mA信號，查看監(jiān)控系統(tǒng)是否能接收數(shù)據(jù)。

實例8：某污水站監(jiān)控系統(tǒng)總來液與現(xiàn)場儀表顯示數(shù)據(jù)不符，由系統(tǒng)下位程序檢測到液位量程指定錯誤。更改儀表正確量程，流量數(shù)據(jù)與實際流量數(shù)據(jù)顯示一致。

處理辦法：對更換的儀表重新進行量程指定，修改下位程序及時恢復(fù)生產(chǎn)。

1.2.3 壓力、溫度檢測儀表故障

變送器的常見故障有內(nèi)部模塊故障、液晶顯示屏故障、現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)與遠傳數(shù)據(jù)不符等。維護方法：解決硬件問題需聯(lián)系廠家更換，解決線路問題需采用分段排除法和信號替代法查找故障原因。

實例9：某中轉(zhuǎn)站脫水加熱爐出口壓力故障，現(xiàn)場儀表沒有顯示，測量儀表24 VDC電源供電正常，壓力表放空拆卸后，在無壓情況下測量表輸出數(shù)值為-0.04 MPa而不顯示0 MPa，判斷為儀表內(nèi)部變送器模塊故障。更換儀表變送器模塊，數(shù)據(jù)傳輸正常。

1.2.4 盤裝儀表故障

中間儀表包括盤裝二次表、閃光報警器、安全柵、配電器、繼電器等。常見的故障有：二次表死機、線路松動、數(shù)據(jù)丟失等。由于很多儀器、儀表使用時間過長，已經(jīng)超出廠家保修時間，只能更換。

實例10：某轉(zhuǎn)油站2#加熱爐液位數(shù)字顯示儀故障，顯示液位高度3.85 m，現(xiàn)場實際液位為0.52 m，了解到站內(nèi)前一天全站停電，懷疑二次表出現(xiàn)死機現(xiàn)象。

處理辦法：找到儀表供電電源重新送電，數(shù)字顯示儀表恢復(fù)正常（圖3）。

1.2.5 電動閥、氣動閥故障

電動閥故障常見有兩種，一種是電動閥不動作，另一種是電動閥動作但沒有反饋。維護辦法是采用短接法查看信號是否傳輸?shù)较到y(tǒng)。氣動閥常與變送器聯(lián)鎖，常見的故障有氣動閥漏氣、聯(lián)鎖不動作。維護辦法是通過系統(tǒng)設(shè)定氣動閥開度，逆向查找氣動閥聯(lián)鎖故障；定期檢查氣動閥運行情況，查看氣動閥是否漏氣。

圖3 二次表維修前后的液位Fig.3 Liquid level of the secondary table before and after maintenance

實例11：某污水站，22#濾罐反沖洗進口調(diào)動執(zhí)行器故障，閥無法送電，保險跳斷，故障原因為閥門電動機內(nèi)進水而損壞。

處理辦法：與廠家結(jié)合更換閥門電動機，22#濾罐恢復(fù)正常反沖洗。

2 儀表維護

儀表維護工作包括智能儀表內(nèi)部原件的故障排查和系統(tǒng)程序、線路故障排查。

儀表內(nèi)部出現(xiàn)故障時先查看說明書了解設(shè)備是了解設(shè)備的操作與使用方法。打開設(shè)備電路部分，對照電路圖找到相應(yīng)元器件進行測量，根據(jù)結(jié)果推測可能出現(xiàn)的故障，有針性地進行維修處理。

儀表線路故障可以根據(jù)儀表信號傳輸?shù)姆绞椒诸愡M行處理：模擬量信號故障采用分段排除法或信號替代法進行處理；開關(guān)量信號故障采用短接法進行處理[7-8]。

模擬量輸出信號分為兩種，一種是兩線制信號（壓力、溫度變送器、浮球液位計），一種是四線制信號（電磁流量計信號）。

（1）兩線制信號指2根電纜即為供電線又是信號線。對于這類儀表的維護，首先判斷配電器電源是否有電，配電器如果供電正常，可以選擇信號替代法，利用信號源代替儀表發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)4～20 mA電流帶負載信號，診斷是線路故障還是程序故障。還可以用萬用表測量法測量儀表供電電壓，或者串接萬用表測量儀表輸出電流，判斷儀表內(nèi)部是否故障。

（2）四線制信號指電源線和信號線分開工作，信號直接從儀表傳輸給控制系統(tǒng)模塊。對于這類信號故障的排查與兩線制方法相同，可以采用替代法，用萬用表串接測量儀表電流輸出，再使用信號源替代儀表輸出標(biāo)準(zhǔn)4～20 mA DC信號，對故障進行診斷（圖4）。

圖4 信號源替代法進行故障診斷Fig.4 Fault diagnosis by the signal source substitution method

開關(guān)量信號是指閥位的開關(guān)反饋、泵的啟?？刂频刃盘?。其發(fā)生故障時首先用萬用表測量現(xiàn)場儀表的供電電源是否出現(xiàn)故障，再用短接法短接信號，看系統(tǒng)是否能收到反饋，如果有反饋，則儀表內(nèi)部有故障；如果沒有反饋，再檢查繼電器是否動作。如果短接繼電器不動作則為繼電器故障；如果繼電器動作再找供給系統(tǒng)DO模塊的公共電源24 VDC是否有電，判斷是否為線路故障或者是模塊通道故障[9]。

3 結(jié)束語

（1）對不同類型儀表進行安全保護，可采取防雷接地、防腐防潮、電磁防護等措施，同時加強管理，延長智能儀表及自控系統(tǒng)使用壽命，減少經(jīng)濟損失。

（2）崗內(nèi)重要參數(shù)應(yīng)加裝數(shù)字顯示儀表或更換老舊現(xiàn)場儀表，若自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，遠傳信號丟失，工作人員可根據(jù)就地儀表參數(shù)進行安全生產(chǎn)。

（3）過保的站場進行程序備份，以方便系統(tǒng)的維護和升級。

（4）集中監(jiān)控系統(tǒng)投入運行后維修、維護工作尤為重要，應(yīng)提高自控專業(yè)人員的業(yè)務(wù)能力，加強技術(shù)培訓(xùn)，提高其編程、調(diào)試及診斷故障水平，有效地開展油田生產(chǎn)自動化系統(tǒng)的運行維護工作[10]。