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計量論壇

標(biāo)題: 優(yōu)化過程儀表的7點建議（轉(zhuǎn)載） [打印本頁]

作者: csxfjsw123 時間: 2007-5-25 14:19
標(biāo)題: 優(yōu)化過程儀表的7點建議（轉(zhuǎn)載）
　　這里羅列出七種處方，提示大家如何將過程設(shè)備保持在最佳使用狀態(tài)之下。一般來說，合理的維修是至關(guān)重要的，然而有時最好的做法卻是“無為而治”。
　　工廠的生產(chǎn)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(shù)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(xiàn)場儀表維持在健康狀態(tài)并且正常的運行呢？這里，現(xiàn)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(shù)的EDDL和FDT/DTM各自的優(yōu)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(yīng)用場合”。例如，不必選用一臺復(fù)雜的智能儀表用于低優(yōu)先級的工作。然而，對于關(guān)鍵的過程應(yīng)用，就應(yīng)該選用帶有FOUNDATION現(xiàn)場總線、Profibus或HART通訊的智能儀表。PlantWeb Emerson Process Management公司全球營銷經(jīng)理Tom Wallace說，在對控制精度要求嚴(yán)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(tǒng)4－20mA的信號體系中，變送器部分一定會包括數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，而控制系統(tǒng)部分也一定會包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，而上述兩種器件都會產(chǎn)生偏差和漂移。他還補充說，除此以外數(shù)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(shù)DCS及PLC的輸入都是被隔離的，但是某些設(shè)備及其它噪聲源，仍然常常會將大量的電氣噪聲引入系統(tǒng)，并且導(dǎo)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(guān)來單獨進行相關(guān)參數(shù)的控制，因為其故障難于被及時檢測到。比較合理的配置應(yīng)該是將開關(guān)信號作為連續(xù)模擬信號的后備，因為模擬信號的連續(xù)輸出可以很容易被監(jiān)視。
　　處方＃2：正確的安裝設(shè)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(fā)揮出應(yīng)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(shè)備的位置。例如，不能將壓力變送器安裝在蒸汽管道或連續(xù)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(nèi)暴露在流通蒸汽的環(huán)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(diào)節(jié)器。
　　■  安裝。以適當(dāng)?shù)姆较虬惭b儀表：氣體的朝上，液體的朝下。
　　■  布線。仔細(xì)安排脈沖發(fā)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(tǒng)僅在一點接地。
　　■  環(huán)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(lǐng)域常常出現(xiàn)下述情況：“當(dāng)工人把RTD（電阻溫度計）的測量接到變送器時，經(jīng)常按如下方法操作。維修人員把RTD安裝在一個新的應(yīng)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(yù)防性維護計劃對該儀表進行檢查，首先移除RTD的導(dǎo)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(lián)調(diào)，確保信號檢查走完全量程，在4、12、20mA這些檢查點上讀數(shù)一致。一旦檢查完畢，再恢復(fù)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(tǒng)，即三線制RTD的導(dǎo)線受到了腐蝕。”當(dāng)我們使用三線制RTD時，其前提是導(dǎo)線的阻抗值不會改變。然而當(dāng)RTD處于腐蝕性氣體的環(huán)境時，導(dǎo)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(qū)域的安裝。Saunders說：“我非常吃驚的發(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)，該等級的儀表在開始投用、校驗及接線期間，雖然也設(shè)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(wù)就是驗證設(shè)置及安裝的合理性。我們可以使用設(shè)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(fā)出故障報警。“高等級儀表都非常可靠和準(zhǔn)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(yīng)用儀表廠家的校驗數(shù)據(jù)，然后僅僅需要在儀表安裝在正確的方位并且工藝介質(zhì)都已充滿脈沖發(fā)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(zhǔn)已經(jīng)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(fù)校驗往往適得其反。大家應(yīng)該學(xué)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(xiàn)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(diào)節(jié)器（b）。

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

　　Moore Industries公司的Saunders說，上述實際應(yīng)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(shè)備本身非常可靠，而其價格又不太昂貴，因此一旦發(fā)現(xiàn)重大故障，我們完全可以立即更換一臺新的。”其次，數(shù)字儀表都具有內(nèi)置的自診斷工具，如果硬件或軟件發(fā)生故障，基于在線狀態(tài)監(jiān)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(fù)校驗的習(xí)慣。要使其相信重復(fù)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(shù)據(jù)庫。一臺能夠進行數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫，往往會誤導(dǎo)大家。Saunders說，“有些人常常愿意投資于新技術(shù)，如FOUNDATION現(xiàn)場總線或Profibus，但卻沒有建立相應(yīng)的中間層，例如資產(chǎn)管理優(yōu)化包用以充分利用如狀態(tài)位，校驗及漂移等數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。”

            圖2 Moore Industries-International公司建議，對于那些在Class I, Div. 1防爆區(qū)域內(nèi)使用的儀
            表，例如一臺現(xiàn)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(yīng)的防爆等級。
　　這樣一個“設(shè)置，然后遺忘”的理念，對于那些要對過程設(shè)備進行驗證的安全場合及關(guān)鍵應(yīng)用的測量，并不適用；同樣，對于那些應(yīng)用于苛刻場合，或者可能受到污染或磨損的設(shè)備，也不適用。分析設(shè)備和閥門也屬于此類。如果儀表安裝在腐蝕性、磨損、嚴(yán)重振動或極高溫的環(huán)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(yīng)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(shù)幾周內(nèi)都沒有變化，那么有兩種可能：一種可能是工藝生產(chǎn)過程非常穩(wěn)定，另一種可能是該儀表已經(jīng)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(shù)人員說，‘這臺PH儀已經(jīng)定在7.2這個數(shù)值上18個月了’，后來發(fā)現(xiàn)，其原因是過去的18個月內(nèi)該分析儀的探頭已經(jīng)完全被污垢包住了，結(jié)果是探頭根本沒有辦法測量到當(dāng)前的實際參數(shù)。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(tài)，沒有‘死掉’。”
　　有些變送器內(nèi)置了阻尼系數(shù)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(tài)。不過，如果我們使用的是FOUNDATION現(xiàn)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(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)了節(jié)涌流、或插入了脈沖線等。”如果上述情況發(fā)生在油氣領(lǐng)域，那么就反映了流體里可能含有沙子。
　　處方＃5：關(guān)注次要變量
　　很多現(xiàn)代儀表都會采集一個以上的變量數(shù)據(jù)，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(nèi)部還保留了一份相關(guān)記錄，以便日后查閱。Emerson Process Management公司的壓力產(chǎn)品營銷經(jīng)理Paul Schmeling說，“電子器件都有其最佳的工作環(huán)境溫度，例如，通過內(nèi)置于電路中的鉑電阻溫度計（PRT）可以判斷出相關(guān)電子器件的溫度是否已經(jīng)超出其額定范圍。
　　處方＃6：認(rèn)真處理必要的報警
　　一臺儀表能夠通過合理設(shè)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(dǎo)致儀表的零點漂移等動作。我們可以對儀表設(shè)置這么一種信號，用以通知用戶如下一些信息：現(xiàn)在應(yīng)該對該儀表進行檢查；本該關(guān)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(tǒng)的數(shù)字儀表中所有可能獲取的數(shù)據(jù)都進行監(jiān)視的話，那最大的問題就是所謂的“報警洪流”。當(dāng)過程受到擾動時，往往會從很多地方發(fā)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(yīng)。大家最熟悉的，也許就是1979年發(fā)生在美國三哩島的核電站事故，幾乎釀成核災(zāi)難，除此以外，在美國和其它國家都曾發(fā)生過一些類似的事故。
　　預(yù)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(tǒng)（例如某工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求：每小時只進行六次報警），當(dāng)前的DCS系統(tǒng)都有一些智能化的軟件工具，能夠協(xié)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(dǎo)致重大問題的報警。
　　Invensys Foxboro公司的現(xiàn)場總線產(chǎn)品經(jīng)理Charlie Piper說：“許多設(shè)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(shè)備可能有多達20－30個警戒限或報警限，因此系統(tǒng)能夠考慮到這些界限的區(qū)別，并且視具體情況而定，觸發(fā)不同的動作序列。”
　　處方＃7：把數(shù)據(jù)變?yōu)樾畔?br /> 　　所有從智能傳感器或變送器中獲取的數(shù)據(jù)，如果沒有進行相關(guān)性分析，那么這些原始數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的工具，但是卻缺乏相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和報告過程，同時也沒有能夠切實提供預(yù)測性維護的相關(guān)軟件，而這正是獲取投資回報或?qū)x表進行合理校驗所必需的。資產(chǎn)管理系統(tǒng)之所以能夠節(jié)省可觀的維護成本，就是因為它能夠產(chǎn)生某些有用信息，促進設(shè)備維護工作由預(yù)防性維護變?yōu)轭A(yù)測性維護。
　　資產(chǎn)管理系統(tǒng)對于閥門定位器也很有幫助，F(xiàn)oxboro公司的Piper說，“你可以跟蹤定位器反向的次數(shù)。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(shù)閥門定位器中，都有不少設(shè)備參數(shù)。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(yīng)位置。”然而，通過觀察這些設(shè)備提供的20或30種相關(guān)參數(shù)，就有可能按需要來觸發(fā)動作序列，以解決上述問題，他說。
　　“如果你能很好地應(yīng)用資產(chǎn)管理系統(tǒng)及適當(dāng)?shù)能浖盨aunders補充道，“那你就可以頻繁測試閥門特性的各項指標(biāo)，觀察元件有無發(fā)生漂移，或者給出有關(guān)預(yù)測性維修（PM）的日程表。”他提到曾經(jīng)有個用戶，通過計算某閥門到達閥座位置的頻繁程度，發(fā)現(xiàn)其頻率并不是很高，尚不需要安排預(yù)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(chǎn)管理系統(tǒng)，而僅僅是通過一個簡單的HART接口模塊，該模塊每當(dāng)閥桿位置小于1％時都會觸發(fā)一個信號輸入到DCS系統(tǒng)。
　　而基于資產(chǎn)管理系統(tǒng)采集并進行相關(guān)性分析的數(shù)據(jù)，就有可能給出一套預(yù)測性維護的策略。但是某些場合，采用老式的預(yù)防性維護、甚至是出現(xiàn)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(fā)生故障，則并不是很緊急。
　　總之，如果采用了最新的技術(shù)，或者該設(shè)備不是關(guān)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(shù)涉及到安全、環(huán)境、或重大經(jīng)濟影響，那么預(yù)防性維護或預(yù)測性維修就是必要的。絕大多數(shù)情況下，大家需要把預(yù)防性維護或預(yù)測性維護的觀念，從‘出門干活’轉(zhuǎn)變到‘實時監(jiān)測，如果有需要則進行自動化的診斷’上來。事實上，導(dǎo)致儀表故障的最大原因之一就是：不分青紅皂白，不做嚴(yán)謹(jǐn)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(fā)的后果并不太嚴(yán)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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