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計量論壇

標題: 優化過程儀表的7點建議（轉載） [打印本頁]

作者: csxfjsw123 時間: 2007-5-25 14:19
標題: 優化過程儀表的7點建議（轉載）
　　這里羅列出七種處方，提示大家如何將過程設備保持在最佳使用狀態之下。一般來說，合理的維修是至關重要的，然而有時最好的做法卻是“無為而治”。
　　工廠的生產好壞很大程度上依賴于過程儀表的狀況，這些儀表除了流量、液位、壓力及溫度等參數的傳感器和變送器，還包括分析儀及控制閥。我們需要做好哪些工作，才能在不耗費其它資源的情況下，將現場儀表維持在健康狀態并且正常的運行呢？這里，現場專家將給出如下幾條可以采取的措施，同時討論了用于描述閥門參數的EDDL和FDT/DTM各自的優缺點。
　　處方＃1：正確的選型
　　做好過程儀表維護的第一步工作就是：首先要進行正確的選型。這里的“正確”意味著“適用于實際的應用場合”。例如，不必選用一臺復雜的智能儀表用于低優先級的工作。然而，對于關鍵的過程應用，就應該選用帶有FOUNDATION現場總線、Profibus或HART通訊的智能儀表。PlantWeb Emerson Process Management公司全球營銷經理Tom Wallace說，在對控制精度要求嚴格的地方，選擇合適的儀表類型就顯得極為重要，原因很簡單，因為在傳統4－20mA的信號體系中，變送器部分一定會包括數字模擬轉換器，而控制系統部分也一定會包括模擬數字轉換器，而上述兩種器件都會產生偏差和漂移。他還補充說，除此以外數字變送器能夠提供并傳輸大量的信息。
　　其次，使用隔離變送器；雖然絕大多數DCS及PLC的輸入都是被隔離的，但是某些設備及其它噪聲源，仍然常常會將大量的電氣噪聲引入系統，并且導致誤差。使用隔離變送器將有助于將此類噪聲的干擾降到最低。
　　另外，我們建議不要過分依賴于壓力、溫度及液位開關來單獨進行相關參數的控制，因為其故障難于被及時檢測到。比較合理的配置應該是將開關信號作為連續模擬信號的后備，因為模擬信號的連續輸出可以很容易被監視。
　　處方＃2：正確的安裝設備
　　即便是世界上最好的儀表，如果沒有進行正確的安裝，那么也無法發揮出應有的功效，甚至可能被永久損壞。因此，在安裝中一定要注意以下幾點：
　　■  設備的位置。例如，不能將壓力變送器安裝在蒸汽管道或連續排水的冷凝器頂部，因為這種情況下，傳感器會在100％的時間內暴露在流通蒸汽的環境中。
　　■  管道安排。一定要確保流量計的上游具有足夠長的直管段，或者安裝有流量調節器。
　　■  安裝。以適當的方向安裝儀表：氣體的朝上，液體的朝下。
　　■  布線。仔細安排脈沖發射管的布線。如果實際可行的話，盡量取消它。
　　■  電源輸入。確保儀表電源的可靠性，沒有電氣噪聲、電涌及尖峰。
　　■  接地。某些儀表如直讀式頻率計，必須正確接地。要確保屏蔽系統僅在一點接地。
　　■  環境溫度。如果傳感器或變送器運行在額定溫度的范圍以外，將大大縮短其壽命。
　　■  腐蝕性氣體。按照Moore Industries-International公司市場與銷售副總裁Scott Saunders的說法，化工領域常常出現下述情況：“當工人把RTD（電阻溫度計）的測量接到變送器時，經常按如下方法操作。維修人員把RTD安裝在一個新的應用場合，而且看起來所有運行都很正常。六個月后，維修人員按照預防性維護計劃對該儀表進行檢查，首先移除RTD的導線，然后接上RTD信號模擬器，把它打在某個溫度檔，再與控制室進行聯調，確保信號檢查走完全量程，在4、12、20mA這些檢查點上讀數一致。一旦檢查完畢，再恢復RTD與變送器的接線。然而，最大的測量誤差此時再次被引入到整個測量系統，即三線制RTD的導線受到了腐蝕。”當我們使用三線制RTD時，其前提是導線的阻抗值不會改變。然而當RTD處于腐蝕性氣體的環境時，導線阻抗會隨時間而增加。這種情況下，選用四線制的安裝方案將使這一問題引起的誤差降低到最小。
　　■  Class I Div. 1區域的安裝。Saunders說：“我非常吃驚的發現，大量屬于Class I Div. 1的儀表外殼——防爆等級外殼，竟然在其連接螺紋的下方根本沒有很好地密封。我甚至發現，該等級的儀表在開始投用、校驗及接線期間，雖然也設置了玻璃蓋，但卻沒有將其連接螺紋旋壓到底，且自始自終壓緊墊圈。這些螺紋存在于那里只有一個原因：在那些氣體碰到空氣之前就先將其冷卻。”。
　　一旦儀表安裝就位，那此后的首要任務就是驗證設置及安裝的合理性。我們可以使用設備的自診斷工具來檢查安裝錯誤。如果儀表具有仿真模式，那么還可以利用這一功能檢查并確保所有事項運行正常，Emerson公司的Wallace補充道。
　　處方＃3：順其自然
　　儀表一旦安裝到位且運行正常，那么最好的方式就是順其自然，直到它發出故障報警。“高等級儀表都非常可靠和準確，在將其安裝于工廠以后，基本不需要再進行校驗。你可以直接應用儀表廠家的校驗數據，然后僅僅需要在儀表安裝在正確的方位并且工藝介質都已充滿脈沖發射管后，進行一次零點校正。你下次再對其進行零點校正，沒準已經是十年以后的事了。Wallace還指出，除非需要重新改變量程，否則，對儀表進行重復校驗往往適得其反。大家應該學會如何查閱儀表制造商提供的文檔。他還補充說：“儀表廠家進行的校驗，其效果往往好于用戶在自己工廠或現場所進行的校驗。”

            (a)                                                                                              (b)
            如Emerson Process Management公司提供的示意圖所示，確保流量計上游
            要么有足夠長的直管段長度（a），要么安裝有流量調節器（b）。

圖1 按照Emerson Process Management公司說法，如上圖所示，
脈沖發射管的布線必須仔細，可能的話，盡量縮短其長度。

　　Moore Industries公司的Saunders說，上述實際應用方案之所以行之有效，主要基于以下兩個原因：“首先，這些設備本身非常可靠，而其價格又不太昂貴，因此一旦發現重大故障，我們完全可以立即更換一臺新的。”其次，數字儀表都具有內置的自診斷工具，如果硬件或軟件發生故障，基于在線狀態監視就能及時進行報警。
　　有些維護人員是在很不情愿的情況下，才放棄了原來定期對儀表進行重復校驗的習慣。要使其相信重復校驗儀表確實是不必要的，那么最好的辦法就是建立一套數據庫。一臺能夠進行數據歸檔的校驗儀器會對此有所幫助，但是有時也正是這么一套數據庫，往往會誤導大家。Saunders說，“有些人常常愿意投資于新技術，如FOUNDATION現場總線或Profibus，但卻沒有建立相應的中間層，例如資產管理優化包用以充分利用如狀態位，校驗及漂移等數字數據。”

            圖2 Moore Industries-International公司建議，對于那些在Class I, Div. 1防爆區域內使用的儀
            表，例如一臺現場安裝的、用于測量天然氣管線表面溫度的變送器，必須向下擰緊外殼螺絲
            并且壓緊墊片，從而保證相應的防爆等級。
　　這樣一個“設置，然后遺忘”的理念，對于那些要對過程設備進行驗證的安全場合及關鍵應用的測量，并不適用；同樣，對于那些應用于苛刻場合，或者可能受到污染或磨損的設備，也不適用。分析設備和閥門也屬于此類。如果儀表安裝在腐蝕性、磨損、嚴重振動或極高溫的環境，那么也需要特別的維護。此外，對某些具有移動部件、且特性隨時間和應用場合不同而改變的閥門的維護，上述理念也不適用。
　　處方＃4：觀察傾聽各種征兆
　　判斷一臺儀表是否運行正常的方法之一是：檢查過程的噪聲。如果一臺儀表的讀數幾周內都沒有變化，那么有兩種可能：一種可能是工藝生產過程非常穩定，另一種可能是該儀表已經損壞。Emerson公司的Wallace說道，“我想起一次安裝分析儀的時候，一個技術人員說，‘這臺PH儀已經定在7.2這個數值上18個月了’，后來發現，其原因是過去的18個月內該分析儀的探頭已經完全被污垢包住了，結果是探頭根本沒有辦法測量到當前的實際參數。有時，信號中存在一定的過程噪聲，恰恰說明這臺儀表處于正常工作狀態，沒有‘死掉’。”
　　有些變送器內置了阻尼系數為幾秒的功能模塊，通過它可以減小過程噪聲，而正是噪聲信號可以反映儀表是否處于正常工作狀態。不過，如果我們使用的是FOUNDATION現場總線或Profibus儀表的話，那么即使噪聲在過程變量的信號中并不顯著，儀表也能夠以數字信號的形式將其顯示出來。該功能對于跟蹤過程噪聲的標準差是非常有用的。Wallace說，“噪聲的增大意味著以下幾種可能：過程蒸汽中夾帶了空氣、出現了節涌流、或插入了脈沖線等。”如果上述情況發生在油氣領域，那么就反映了流體里可能含有沙子。
　　處方＃5：關注次要變量
　　很多現代儀表都會采集一個以上的變量數據，雖然通常情況并不會顯示所有的。例如，很多壓力和流量儀表也同時測量溫度——過程溫度，或者儀表本身的溫度——并且在儀表內部還保留了一份相關記錄，以便日后查閱。Emerson Process Management公司的壓力產品營銷經理Paul Schmeling說，“電子器件都有其最佳的工作環境溫度，例如，通過內置于電路中的鉑電阻溫度計（PRT）可以判斷出相關電子器件的溫度是否已經超出其額定范圍。
　　處方＃6：認真處理必要的報警
　　一臺儀表能夠通過合理設置，記錄下它所承受過的壓力變化范圍。有些異常狀況可能會縮短儀表的使用壽命，也可能會導致儀表的零點漂移等動作。我們可以對儀表設置這么一種信號，用以通知用戶如下一些信息：現在應該對該儀表進行檢查；本該關閉的伴熱輸送卻仍然打開的情形，或相反的情形。
　　如果我們打算對系統的數字儀表中所有可能獲取的數據都進行監視的話，那最大的問題就是所謂的“報警洪流”。當過程受到擾動時，往往會從很多地方發出層出不窮的報警信號，而可憐的操作人員就可能完全被淹沒在“報警洪流”中，而對于那些可能引起潛在可怕后果的報警，卻無法做出及時有效的反應。大家最熟悉的，也許就是1979年發生在美國三哩島的核電站事故，幾乎釀成核災難，除此以外，在美國和其它國家都曾發生過一些類似的事故。
　　預防上述情形最有效的方法就是，將所有報警都納入報警管理系統（例如某工業標準要求：每小時只進行六次報警），當前的DCS系統都有一些智能化的軟件工具，能夠協助完成此項功能。如果沒有緊急情況，最好忽略掉一些次要的、不大可能導致重大問題的報警。
　　Invensys Foxboro公司的現場總線產品經理Charlie Piper說：“許多設備都有警戒限和報警限兩類，并且通過高限報警、高高限報警等分類來表明問題的緊急程度。某些設備可能有多達20－30個警戒限或報警限，因此系統能夠考慮到這些界限的區別，并且視具體情況而定，觸發不同的動作序列。”
　　處方＃7：把數據變為信息
　　所有從智能傳感器或變送器中獲取的數據，如果沒有進行相關性分析，那么這些原始數據并沒有什么太大作用。Moore Industries公司的Saunders說道，“很多用戶安裝了幾乎所有的獲取數據的工具，但是卻缺乏相應的數據處理和報告過程，同時也沒有能夠切實提供預測性維護的相關軟件，而這正是獲取投資回報或對儀表進行合理校驗所必需的。資產管理系統之所以能夠節省可觀的維護成本，就是因為它能夠產生某些有用信息，促進設備維護工作由預防性維護變為預測性維護。
　　資產管理系統對于閥門定位器也很有幫助，Foxboro公司的Piper說，“你可以跟蹤定位器反向的次數。通常，還能用來跟蹤計算閥桿的累加行程。”而且你還可以判斷出在什么時間某些部件正在變差，他解釋道，“在大多數閥門定位器中，都有不少設備參數。例如能反映閥桿所受到阻力變大的‘過度偏差’，此時控制命令可能是要將閥門開到某個開度，但實際卻無法到達相應位置。”然而，通過觀察這些設備提供的20或30種相關參數，就有可能按需要來觸發動作序列，以解決上述問題，他說。
　　“如果你能很好地應用資產管理系統及適當的軟件，”Saunders補充道，“那你就可以頻繁測試閥門特性的各項指標，觀察元件有無發生漂移，或者給出有關預測性維修（PM）的日程表。”他提到曾經有個用戶，通過計算某閥門到達閥座位置的頻繁程度，發現其頻率并不是很高，尚不需要安排預測性維修的計劃。這里讓人感興趣的是，該用戶做出上述判斷并非基于資產管理系統，而僅僅是通過一個簡單的HART接口模塊，該模塊每當閥桿位置小于1％時都會觸發一個信號輸入到DCS系統。
　　而基于資產管理系統采集并進行相關性分析的數據，就有可能給出一套預測性維護的策略。但是某些場合，采用老式的預防性維護、甚至是出現故障再維護的策略，也許是更好的選擇。例如，對于一個需要一周時間才能灌滿或倒空的大儲罐，如果其液位變送器發生故障，則并不是很緊急。
　　總之，如果采用了最新的技術，或者該設備不是關鍵元件，那么通常最明智的做法是：無為而治。Wallace說，“如果儀表或終端元件的某一部分容易磨損或易被污染，且其測量參數涉及到安全、環境、或重大經濟影響，那么預防性維護或預測性維修就是必要的。絕大多數情況下，大家需要把預防性維護或預測性維護的觀念，從‘出門干活’轉變到‘實時監測，如果有需要則進行自動化的診斷’上來。事實上，導致儀表故障的最大原因之一就是：不分青紅皂白，不做嚴謹分析，上去就對儀表進行操作或維修。因此，如果儀表故障可能引發的后果并不太嚴重時，最好的做法就是別管它，直到徹底壞了再更換它。■

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