關(guān)于化工企業(yè)電氣儀表安裝施工技術(shù)分析

趙建伏

（中國(guó)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(chǎng)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(shí)還會(huì)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(duì)管線、儀表等部件，擬定切實(shí)可行的安裝計(jì)劃，準(zhǔn)確把握對(duì)不同部件進(jìn)行安裝的關(guān)鍵點(diǎn)，并對(duì)安裝完畢的儀表進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)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(duì)此引起重視。

1 項(xiàng)目概況

化工企業(yè)計(jì)劃對(duì)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(gè)車間，其中，原料罐區(qū)現(xiàn)有10 個(gè)罐，常壓罐區(qū)現(xiàn)有3 個(gè)罐，銷售區(qū)現(xiàn)有6 個(gè)罐。專業(yè)人員結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況和企業(yè)訴求，最終決定安裝30 臺(tái)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、20 個(gè)接線箱和4 個(gè)控制箱，主電纜的敷設(shè)長(zhǎng)度為6km，分支電纜的敷設(shè)長(zhǎng)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(duì)企業(yè)技術(shù)水平、管理成效和儀表使用情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。一般來說，完好儀表需要滿足以下幾個(gè)條件：首先是儀表能夠正常運(yùn)行，不存在振動(dòng)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(huì)給日常生產(chǎn)造成影響。對(duì)完好率進(jìn)行計(jì)算時(shí)，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(shí)長(zhǎng)和預(yù)計(jì)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)之比，可以簡(jiǎn)單地理解為儀表使用率，在評(píng)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(bào)表對(duì)儀表利用率加以確定，同時(shí)也可以利用以下公式對(duì)該數(shù)值進(jìn)行計(jì)算：

儀表利用率=每日具體運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)/每日預(yù)計(jì)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)×100%

2.3 故障率

故障率是指故障儀表與全部?jī)x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(gè)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(gè)：一是設(shè)計(jì)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(huì)隨著運(yùn)行時(shí)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(shí)，設(shè)備往往處于相對(duì)恒定的狀態(tài)。最后，損耗失效區(qū)指的是運(yùn)行時(shí)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(duì)該參數(shù)加以考慮，通?？扇〉靡韵滦Ч阂皇鞘箖x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(duì)生產(chǎn)情況及時(shí)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(guó)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(guó)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(duì)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(duì)OEE 進(jìn)行計(jì)算時(shí)，通常需要考慮合格率、時(shí)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(shí)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(shí)間；T2 代表生產(chǎn)總用時(shí)；T3 代表設(shè)備運(yùn)行市場(chǎng)；POT 代表預(yù)計(jì)生產(chǎn)用時(shí)。

由此可見，無論是對(duì)電氣儀表、還是對(duì)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(chǎng)情況對(duì)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(duì)儀表進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)測(cè)試情況判斷是否需要對(duì)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(duì)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(zhǎng)儀表使用壽命。根據(jù)儀表投入使用的時(shí)長(zhǎng)，對(duì)其內(nèi)部元件情況進(jìn)行預(yù)估，在恰當(dāng)時(shí)機(jī)對(duì)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(shí)長(zhǎng)，另外，還要了解一個(gè)概念，即儀表修復(fù)平均用時(shí)（又稱MTTR），簡(jiǎn)單來說，就是工作人員檢修儀表所用時(shí)長(zhǎng)。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(duì)MTTR 進(jìn)行計(jì)算前，先要了解工作響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)，儀表維護(hù)、尋找構(gòu)件需要的時(shí)長(zhǎng)等參數(shù)，只有這樣才能保證計(jì)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(jì)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(chǎng)，對(duì)安裝儀表的各個(gè)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(huì)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(chǎng)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(chǎng)

3.2 保護(hù)箱安裝

在安裝現(xiàn)場(chǎng)接線時(shí)，有關(guān)人員應(yīng)明確以下要求：一是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度在45℃以下，并且與震動(dòng)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(cè)點(diǎn)間的距離。四是密封箱體，在恰當(dāng)位置標(biāo)出編號(hào)。

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(duì)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(shì)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)管路進(jìn)出控制室的方法引起重視，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)試儀表信號(hào)期間，有關(guān)人員應(yīng)最大程度屏蔽電磁場(chǎng)所帶來干擾，保證測(cè)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(duì)測(cè)試地點(diǎn)進(jìn)行仔細(xì)篩選，既要保證測(cè)試場(chǎng)地附近不存在變頻器、輸電線等高磁場(chǎng)設(shè)施，還應(yīng)加固接線端子，以免傳輸、接收信號(hào)時(shí)，接線箱出現(xiàn)信號(hào)失真或是類似問題。另外，還要對(duì)調(diào)試誤差進(jìn)行嚴(yán)格控制，由專業(yè)人員在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)對(duì)調(diào)試效果進(jìn)行核實(shí)，確保所獲得信號(hào)可靠且真實(shí)。

3.4.1 流量計(jì)。電磁流量計(jì)的測(cè)量依據(jù)是導(dǎo)體對(duì)磁力線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切割期間，其兩端會(huì)形成垂直于磁場(chǎng)方向的電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)大小由運(yùn)動(dòng)速度、感應(yīng)強(qiáng)度決定。若測(cè)量對(duì)象為非磁性管道，管道內(nèi)有大量導(dǎo)電液體，同時(shí)其與磁場(chǎng)的位置關(guān)系為互相垂直，則可根據(jù)以下公式對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行計(jì)算：

該公式中，E 代表電動(dòng)勢(shì)。K代表運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)單來說，就是流量計(jì)可利用電磁原理對(duì)介質(zhì)流量進(jìn)行檢測(cè)，調(diào)試流量計(jì)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(jì)所安裝轉(zhuǎn)換器能夠監(jiān)測(cè)介質(zhì)流量，但上位機(jī)無法同步獲取相關(guān)流量信號(hào)。要想解決該問題，關(guān)鍵是要使用萬用表對(duì)接線盒內(nèi)部輸入信號(hào)的端子進(jìn)行檢查，根據(jù)要求連接信號(hào)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(jì)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(shí)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(duì)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(jì)內(nèi)部存在故障，此時(shí)，應(yīng)將轉(zhuǎn)換器電源取出，仔細(xì)檢查其保險(xiǎn)是否完好無損，如果發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)被燒斷，則需要盡快將設(shè)備返廠，由專業(yè)人員對(duì)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(duì)單元、區(qū)域及其他相關(guān)組態(tài)名稱進(jìn)行仔細(xì)核對(duì)，對(duì)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(duì)DCS 回路進(jìn)行檢查，以回路測(cè)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(hào)，檢查組態(tài)畫面對(duì)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(duì)其所存在問題進(jìn)行解決。四是新增與超量程、信號(hào)中斷等情況相關(guān)的測(cè)試，深入剖析報(bào)警數(shù)據(jù)，對(duì)調(diào)試結(jié)果進(jìn)行打印。五是將控制方式由手動(dòng)控制切換至手動(dòng)控制，在對(duì)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(duì)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(cè)試，保證調(diào)節(jié)器既支持手動(dòng)控制模式，同時(shí)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(jì)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(shí)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(tái)階是指測(cè)試期間，樣品出現(xiàn)了明顯的熱容變化情況。對(duì)熱容改變量進(jìn)行計(jì)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(duì)熱變化焓進(jìn)行計(jì)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(duì)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(duì)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。