趙建伏

（中國化學(xué)工程第六建設(shè)有限公司，湖北 襄陽 441100）

從化工企業(yè)的立場來看，安裝電氣儀表不僅是保證生產(chǎn)工作得以穩(wěn)定開展的關(guān)鍵，同時還會給自身獲利產(chǎn)生直接影響。要想使電氣儀表盡快投入使用，關(guān)鍵是要分別針對管線、儀表等部件，擬定切實(shí)可行的安裝計劃，準(zhǔn)確把握對不同部件進(jìn)行安裝的關(guān)鍵點(diǎn)，并對安裝完畢的儀表進(jìn)行系統(tǒng)測試，確保投入使用的儀表性能及質(zhì)量均能夠達(dá)到要求。由此可見，圍繞安裝電氣儀表的工作展開討論很有必要，相關(guān)人員應(yīng)對此引起重視。

1 項(xiàng)目概況

化工企業(yè)計劃對乙烯廠罐區(qū)進(jìn)行改造，通過新增緊急切斷閥的方式，最大程度提高該區(qū)域的安全性。本項(xiàng)目主要涉及三個車間，其中，原料罐區(qū)現(xiàn)有10 個罐，常壓罐區(qū)現(xiàn)有3 個罐，銷售區(qū)現(xiàn)有6 個罐。專業(yè)人員結(jié)合現(xiàn)場情況和企業(yè)訴求，最終決定安裝30 臺執(zhí)行機(jī)構(gòu)、20 個接線箱和4 個控制箱，主電纜的敷設(shè)長度為6km，分支電纜的敷設(shè)長度為3km，除此之外，還需要安裝相應(yīng)的電纜橋架、支架還有儀表風(fēng)線管，并進(jìn)行DCS調(diào)試。工作量如表1 所示。

表1 電氣儀表安裝工作量

2 電氣儀表安裝效果判斷因素

2.1 完好率

完好率是指完好儀表占化工企業(yè)現(xiàn)有儀表數(shù)量的比值，可被用來對企業(yè)技術(shù)水平、管理成效和儀表使用情況進(jìn)行評價。一般來說，完好儀表需要滿足以下幾個條件：首先是儀表能夠正常運(yùn)行，不存在振動指數(shù)超出允許范圍或類似情況；其次是儀表內(nèi)部元件的腐蝕以及磨損程度均在可控范圍內(nèi)；最后是儀表現(xiàn)存問題不會給日常生產(chǎn)造成影響。對完好率進(jìn)行計算時，可使用以下公式：

儀表完好率=可正常運(yùn)行的儀表數(shù)量/企業(yè)現(xiàn)有儀表數(shù)量×100%

2.2 利用率

儀表利用率是指每年儀表運(yùn)行時長和預(yù)計運(yùn)行時長之比，可以簡單地理解為儀表使用率，在評估儀表運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)效率等方面，均發(fā)揮著極為重要的作用。在本項(xiàng)目中，有關(guān)人員既可結(jié)合生產(chǎn)報表對儀表利用率加以確定，同時也可以利用以下公式對該數(shù)值進(jìn)行計算：

儀表利用率=每日具體運(yùn)行時長/每日預(yù)計運(yùn)行時長×100%

2.3 故障率

故障率是指故障儀表與全部儀表的比值。故障儀表指的是處于有效壽命內(nèi)的儀表，由于操作不當(dāng)或是零件磨損過于嚴(yán)重等問題，而無法正常運(yùn)行。每個電氣儀表的壽命、故障次數(shù)均有所不同，但現(xiàn)有電氣儀表均符合以下規(guī)律：首先，設(shè)備存在早期失效區(qū)，其原因主要是在使用初期儀表等設(shè)備極易出現(xiàn)故障，考慮到設(shè)備出現(xiàn)故障的原因有兩個：一是設(shè)計缺陷，二是制造及安裝工藝不符合要求，因此，其故障率往往會隨著運(yùn)行時間的增加而有所下降。其次，中段隨機(jī)失效區(qū)的特點(diǎn)是故障率整體偏低，此時，設(shè)備往往處于相對恒定的狀態(tài)。最后，損耗失效區(qū)指的是運(yùn)行時間達(dá)到一定程度后，設(shè)備將由于元件、零件損耗加劇頻繁出現(xiàn)故障，甚至無法正常運(yùn)行。

2.4 綜合效率

OEE 是指儀表理論產(chǎn)能、實(shí)際產(chǎn)能之比，有關(guān)人員可以根據(jù)綜合效率，準(zhǔn)確推算出各車間、整合企業(yè)的運(yùn)行效率，在安裝儀表期間對該參數(shù)加以考慮，通常可取得以下效果：一是使儀表利用率得到大幅提升；二是為日常管理工作的有序開展助力；三是確保有關(guān)人員對生產(chǎn)情況及時且準(zhǔn)確的了解；四是可使儀表壽命最大程度接近預(yù)期，在嚴(yán)格控制檢修頻次的前提下，使巡檢工作得到高效開展。

國標(biāo)明確指出，大型化工企業(yè)應(yīng)將OEE 維持在85%及以上，目前，國內(nèi)多數(shù)企業(yè)的OEE 僅有70%左右，其中，儀表設(shè)備和電氣設(shè)備的上升空間極大。對化工企業(yè)而言，可能影響到儀表綜合效率的因素較多，包括但不限于切換設(shè)備、質(zhì)量缺陷還有及機(jī)器故障，對OEE 進(jìn)行計算時，通常需要考慮合格率、時間利用情況還有儀表性能等因素，相關(guān)公式如下：

OEE=化工產(chǎn)品合格率×?xí)r間利用情況×儀表性能

圖1 全年時間

即：OEE=T3/POT*T2/POT*T1/T2

在上述公式中，OEE 代表綜合效率；T1 代表凈產(chǎn)時間；T2 代表生產(chǎn)總用時；T3 代表設(shè)備運(yùn)行市場；POT 代表預(yù)計生產(chǎn)用時。

由此可見，無論是對電氣儀表、還是對其他化工生產(chǎn)所需設(shè)備而言，安裝期間最應(yīng)當(dāng)引起重視的部分均是預(yù)防故障發(fā)生，為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，有關(guān)人員應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：一是根據(jù)現(xiàn)場情況對儀表類型、規(guī)格及性能參數(shù)加以確定，保證所選用儀表與企業(yè)需求相符。二是安裝結(jié)束后，盡快對儀表進(jìn)行測試，根據(jù)測試情況判斷是否需要對儀表進(jìn)行調(diào)試，避免儀表正式投入使用后頻繁出現(xiàn)故障。三是待儀表運(yùn)行狀態(tài)趨于穩(wěn)定，可聯(lián)合管理人員對切實(shí)可行的維護(hù)制度進(jìn)行制定，企業(yè)應(yīng)派專人負(fù)責(zé)儀表的維修及養(yǎng)護(hù)工作，盡量延長儀表使用壽命。根據(jù)儀表投入使用的時長，對其內(nèi)部元件情況進(jìn)行預(yù)估，在恰當(dāng)時機(jī)對儀表進(jìn)行更換。

2.5 故障平均間隔

MTBF 是指儀表兩次故障相隔時長，另外，還要了解一個概念，即儀表修復(fù)平均用時（又稱MTTR），簡單來說，就是工作人員檢修儀表所用時長。一般情況下，MTBF 越大代表儀表性能越理想，其可靠性和安全性也更強(qiáng)，MTTR 越小代表儀表可修復(fù)性越理想。對MTTR 進(jìn)行計算前，先要了解工作響應(yīng)時長，儀表維護(hù)、尋找構(gòu)件需要的時長等參數(shù)，只有這樣才能保證計算所得結(jié)果具有實(shí)際意義。

3 化工企業(yè)安裝電氣儀表的要點(diǎn)探究

3.1 預(yù)埋電氣管線

化工企業(yè)預(yù)埋電氣管線的難度較大，這是因?yàn)榛て髽I(yè)日常運(yùn)行期間，通常需要用到多條不同的管線（如圖2 所示）。為保證預(yù)埋管線的工作能夠按照預(yù)期計劃有序推進(jìn)，有關(guān)人員提出了以下兩點(diǎn)要求：一是由質(zhì)檢部門委派專業(yè)人員前往現(xiàn)場，對安裝儀表的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行管理，杜絕盲目安裝、隨意安裝等情況存在。事實(shí)證明，安裝儀表的步驟往往較為復(fù)雜，任一步驟出現(xiàn)問題，均會增加儀表發(fā)生故障的概率，進(jìn)而給化工企業(yè)造成不必要的損失，加大管理力度可從源頭處避免以上情況發(fā)生。二是為施工現(xiàn)場提供全方位的保護(hù)，例如，在恰當(dāng)位置增設(shè)警示標(biāo)牌，以免由于人為因素，導(dǎo)致預(yù)埋管線出現(xiàn)破損或類似問題。

圖2 電氣管線預(yù)埋現(xiàn)場

3.2 保護(hù)箱安裝

在安裝現(xiàn)場接線時，有關(guān)人員應(yīng)明確以下要求：一是現(xiàn)場環(huán)境溫度在45℃以下，并且與震動較大的施工區(qū)域存在一定距離。二是保護(hù)箱中心和地面的距離應(yīng)達(dá)到1.2m左右。三是盡量縮短保護(hù)箱和檢測點(diǎn)間的距離。四是密封箱體，在恰當(dāng)位置標(biāo)出編號。

3.3 檢查并安裝儀表盤

3.3.1 檢查。維修或更換已安裝儀表的難度極高，不僅需要投入大量人力和精力，更換效果也難以得到保證。鑒于此，有關(guān)人員指出應(yīng)對未安裝儀表進(jìn)行細(xì)致且全面的檢驗(yàn)，保證儀表各方面性能均符合要求，將日后更換儀表的概率降至最低。

3.3.2 安裝。現(xiàn)階段，多數(shù)儀表盤均以預(yù)制鋼槽架（如圖3 所示）為基礎(chǔ)，這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于能夠省略制作鋼槽的步驟，避免安裝儀表期間出現(xiàn)不必要的麻煩，有關(guān)人員可將更多精力放在安裝儀表上。要想使鋼槽架的優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，關(guān)鍵是要做到雙管齊下，一方面應(yīng)提前核對現(xiàn)場預(yù)留孔尺寸及位置，保證所設(shè)置預(yù)留孔符合要求，另一方面是對管路進(jìn)出控制室的方法引起重視，根據(jù)現(xiàn)場情況選擇適宜的方法。

圖3 儀表盤鋼槽架

3.4 調(diào)試電氣儀表

在測試儀表信號期間，有關(guān)人員應(yīng)最大程度屏蔽電磁場所帶來干擾，保證測試所得結(jié)論準(zhǔn)確且有實(shí)際意義。要想實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，關(guān)鍵是要對測試地點(diǎn)進(jìn)行仔細(xì)篩選，既要保證測試場地附近不存在變頻器、輸電線等高磁場設(shè)施，還應(yīng)加固接線端子，以免傳輸、接收信號時，接線箱出現(xiàn)信號失真或是類似問題。另外，還要對調(diào)試誤差進(jìn)行嚴(yán)格控制，由專業(yè)人員在測試現(xiàn)場對調(diào)試效果進(jìn)行核實(shí)，確保所獲得信號可靠且真實(shí)。

3.4.1 流量計。電磁流量計的測量依據(jù)是導(dǎo)體對磁力線運(yùn)動進(jìn)行切割期間，其兩端會形成垂直于磁場方向的電動勢。電動勢大小由運(yùn)動速度、感應(yīng)強(qiáng)度決定。若測量對象為非磁性管道，管道內(nèi)有大量導(dǎo)電液體，同時其與磁場的位置關(guān)系為互相垂直，則可根據(jù)以下公式對感應(yīng)電動勢進(jìn)行計算：

該公式中，E 代表電動勢。K代表運(yùn)動速度。B代表磁感應(yīng)強(qiáng)調(diào)。D代表管道直徑。V代表電壓。簡單來說，就是流量計可利用電磁原理對介質(zhì)流量進(jìn)行檢測，調(diào)試流量計期間，有關(guān)人員需要視情況更改調(diào)試方案和具體策略：

其一，雖然流量計所安裝轉(zhuǎn)換器能夠監(jiān)測介質(zhì)流量，但上位機(jī)無法同步獲取相關(guān)流量信號。要想解決該問題，關(guān)鍵是要使用萬用表對接線盒內(nèi)部輸入信號的端子進(jìn)行檢查，根據(jù)要求連接信號線，保證其正負(fù)端連接方向正確。

其二，上位機(jī)所顯示數(shù)據(jù)和流量計所顯示數(shù)據(jù)不一致。若存在該問題，有關(guān)人員應(yīng)盡快檢查并調(diào)整轉(zhuǎn)換器量程，保證上下量程相同。

其三，通電后轉(zhuǎn)換器仍然沒有顯示出相應(yīng)的數(shù)字，同時保護(hù)開關(guān)頻繁跳閘。如果發(fā)生上述情況，有關(guān)人員應(yīng)利用萬用表對供電回路當(dāng)前電阻進(jìn)行檢查，若回路狀態(tài)正常，不存在短路或是短路問題，則可判斷流量計內(nèi)部存在故障，此時，應(yīng)將轉(zhuǎn)換器電源取出，仔細(xì)檢查其保險是否完好無損，如果發(fā)現(xiàn)保險被燒斷，則需要盡快將設(shè)備返廠，由專業(yè)人員對其進(jìn)行維修。

3.4.2 DCS調(diào)試。有關(guān)人員結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，將DCS調(diào)試的關(guān)鍵點(diǎn)歸納如下：一是對單元、區(qū)域及其他相關(guān)組態(tài)名稱進(jìn)行仔細(xì)核對，對數(shù)據(jù)地址和控制站點(diǎn)進(jìn)行檢查，以免出現(xiàn)地址分配與實(shí)際不符的情況。二是對DCS 回路進(jìn)行檢查，以回路測試情況為依據(jù)，判斷現(xiàn)有輸入點(diǎn)還有輸出點(diǎn)是否存在故障。三是由專業(yè)人員模擬輸入信號，檢查組態(tài)畫面對應(yīng)PV值以及顏色，若發(fā)現(xiàn)組態(tài)畫面情況和預(yù)設(shè)情況存在出入，應(yīng)盡快對其所存在問題進(jìn)行解決。四是新增與超量程、信號中斷等情況相關(guān)的測試，深入剖析報警數(shù)據(jù)，對調(diào)試結(jié)果進(jìn)行打印。五是將控制方式由手動控制切換至手動控制，在對應(yīng)頁面輸入SP 值，檢查自控回路當(dāng)前所處運(yùn)行狀態(tài)。六是對連鎖保護(hù)等核心功能進(jìn)行調(diào)試，以單回路所提出要求為依據(jù)，有序開展各項(xiàng)測試，保證調(diào)節(jié)器既支持手動控制模式，同時又具備自控的功能。

現(xiàn)階段，得到廣泛使用的DCS 分類兩類，分別是功率補(bǔ)償DCS、熱流DCS，在本項(xiàng)目中，有關(guān)人員計劃使用熱流型DCS，該儀器內(nèi)部構(gòu)造如圖4 所示。

圖4 熱流型DSC 內(nèi)部構(gòu)造

在本項(xiàng)目中，DCS 調(diào)試所得結(jié)果可構(gòu)成DCS 曲線，該曲線的橫縱標(biāo)可以是時間或溫度，縱坐標(biāo)為樣品放熱/吸熱速度，如圖5 所示：

圖5 DSC 曲線圖

在上圖中，①的基線臺階是指測試期間，樣品出現(xiàn)了明顯的熱容變化情況。對熱容改變量進(jìn)行計算的公式如下：

在該公式中，Φ 代表熱流量。ΔΦ 代表熱流量變化量?！鰿代表熱容變化。β 為常數(shù)，通常需要專業(yè)人員通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行確定。②的虛線為基線。③為放熱峰。有關(guān)人員可利用將基線扣除所得峰面積，對熱變化焓進(jìn)行計算，公式為：

在上述公式中，△H 代表熱變化焓。K為量熱參數(shù)。A代表峰面積。

結(jié)論：綜上，對化工企業(yè)而言，安裝電氣儀表的環(huán)節(jié)極為重要，儀表安裝質(zhì)量將給企業(yè)日后能否安全且穩(wěn)定的運(yùn)行產(chǎn)生巨大影響?，F(xiàn)階段，多數(shù)企業(yè)均已積累了一定的安裝經(jīng)驗(yàn)，但仍然存在可能制約儀表使用的問題或是不足，針對該情況有關(guān)人員指出，在安裝電氣儀表期間，各企業(yè)應(yīng)做到全過程管理，密切關(guān)注各道工序的細(xì)節(jié)，保證施工效果和預(yù)期相符，只有這樣才能使儀表盡快投入使用。