發表時間： 2022-10-11 16:41:58
作者： 石油化工設備維護與檢修網
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摘要：從控制系統在石化行業裝置中的地位以及石化裝置對控制系統的需求出發，重點闡述了控制系統全生命周期各階段的使用和維護，探討控制系統長周期安全運行的方法和措施，對實際操作有一定的借鑒意義。
關鍵詞：石化 控制系統 長周期 安全運行
1. 控制系統在石化行業裝置中的地位
石化行業在國民經濟的發展中有重要作用，是我國的支柱產業之一。石化行業的特點是以處理連續或間歇物料流、能量流為主，產品多以大批量的形式生產，非常適應于采用流程自動化控制系統來提高行業的自動化水平和生產效率。同時石化行業經常要求在高溫、高壓、易燃、易爆、強腐蝕的環境下進行，其生產必須依賴于高可靠、高安全性的自動化設備。
當前石化產品質量、節能減排要求越來越高，也迫使石化企業通過不斷提高自動化水平。多年的實踐證明，控制系統已成為石化行業生產必不可少的重要組成部分，成為石化行業提高生產效率、保障生產安全的關鍵手段，在將來的工業信息化過程中必將發揮越來越重要的作用。
2 .石化行業裝置對控制系統的要求和趨勢
石化企業生產裝置具有規模大、耦合性高、運行周期長、流程連續等特點，如果誤操作或者誤控制將導致停產、原料泄漏、裝置損壞等生產事故，嚴重的可能對人身和環境造成災難性的破壞。因此，在石化行業的主要裝置上使用高安全、高可靠的控制系統具有重要的意義，可以有效保障裝置長周期、安全運行。同時利用先進可靠的控制算法可以提高主要裝置的綜合生產效率，還會產生更大的經濟效益和社會效益。
2.1 控制系統的穩定性
對于大型石化行業的現代化裝置而言，通常進入自動化控制系統的信號點數由數千點到數萬點，加上石化行業高溫、高壓、易燃、易爆的特點，目前更是呈大型化、信息化和聯合化趨勢，只要有某一部位、某一環節發生故障或操作失誤，就會牽一發而動全身，因此控制系統長期運行的穩定性就顯得尤為重要。如何在長期運行狀態下保障整個生產工藝的穩定運行就成了面向石化主要裝置的控制系統首要保證，而其中首要的要求就是控制系統本身要具備更加可靠穩定運行和在線維護的能力，主要表現在控制系統的冗余深度、容錯能力以及平均無故障運行時間（MTBF）、平均故障修復時間（MTTR）等可定量指標。
2.2 控制系統的安全性
石化生產過程中，需要經歷很多物理、化學過程和傳質、傳熱單元操作，一些過程控制條件異常苛刻，如高溫、高壓，低溫、真空等。這些苛刻條件，對石化行業生產中居核心地位的控制系統安全性提出了嚴格要求，任何一個小的失誤就有可能導致災難性后果。《IEC 61069》標準把一個工業過程的測量和控制系統的特性分成：功能性、性能、可信性、可操作性、安全性、與任務無關的系統特性等六大類。安全性是其中的一大特性，可見控制系統的安全性及認證的重要性。控制系統要充分考慮抵御來自電氣、機械、磁場、生化、光等各方面的危害，一般在設計、使用、維護過程中可以從控制危害源，切斷危害的傳播途徑和減少危害后果幾方面綜合考慮。
2.3 控制系統的開放性
由于市場競爭激烈和規模經營發展，企業為增強競爭優勢，需要更及時、準確的信息為企業決策服務，并使經營決策能有效地轉變為生產操作成果。控制，管理和經營一體化的信息系統的應用開發將會得到石化企業的重視，這就要求控制系統要具備良好的開放性來支持企業級信息化的需求。
企業級信息化主要由過程控制級、生產管理和經營決策級組成。過程控制級包括現場儀表、調節控制、先進控制和優化，實現過程的最佳控制；生產管理級包括跟蹤產品質量的實驗室信息管理系統，采集、加工和分析信息，生產計劃調度等；經營決策級是企業的最高決策層，包括原料供給、產品銷售、市場營銷等活動，通過信息整合，及時作出正確決策，實現企業的最大利潤。
另一方面還表現在多種儀表、現場總線標準的并存，相應要求控制系統具備多種現場總線接入的集成能力。
2.4 行業適用性
行業適用性主要表現在石化行業裝置對先進控制水平和裝置綜合效益的要求。石化行業生產的大規模和高能耗特點，決定了使用的控制系統必需要具備此方面的能力。通過實施先進控制，可達到增強裝置運行穩定性和安全性、提高產品質量和收率、增加裝置處理量、降低運行成本的作用，同時帶來顯著經濟效益。另一方面，如何使公用工程裝置能源合理分配，達到燃料，蒸汽和電力優化分配，則是公用工程控制的目的。這些都要求控制系統必須面對和考慮。國內控制系統制造企業經過十幾年的發展，已經逐步掌握了一些石化行業對于控制系統的應用需求，并逐步在所提供的自動化控制系統產品中豐富了相應的功能。比如浙江中控自主開發的APC-Suite先進控制軟件包，已成功應用于鎮海煉化、揚子石化、儀征化纖等中石化企業，取得了很好的效果。
3 .整個安全生命周期各階段的使用與維護
3.1 控制系統選型
不論在新建裝置還是老裝置進行的控制系統改造，均面臨著盡可能選擇合適控制系統的問題，不成熟的控制系統是裝置長周期安全運行的最大隱患，因此控制系統選型要慎重。
選擇控制系統時要優先考慮有在類似裝置上具有良好運行業績的控制系統。其次控制系統的硬件一定要具有高可靠性，在電子元器件上的生產工藝各環節上采用了成熟技術。電子模件能熱拔插；IO卡件具有很強的抗干擾能力；再者控制系統從結構上要全面地采用了冗余技術；最后控制系統軟件的可維護性要好，主要表現在以下幾個方面：程序及軟件的穩定性好，不會出現系統或單個控制器死機等問題；系統自診斷性好：控制器及I/O信號有錯誤報警；人機交換界面友好：可以在線修改程序及下裝；備品備件有可靠保證：在使用周期內采購容易且供貨及時，價格低；系統功能強大，控制系統的軟件的可讀性好，其組態功能塊的種類、數量能方便實現各種工藝需要。
3.2 施工質量與環境
對DCS控制系統的安裝和施工有嚴格規定，尤其是對于改造系統，選擇有良好資質和施工經驗，最好有改造經驗的施工單位尤其重要。
良好的運行環境是控制系統長周期可靠運行的基本保障，主要應從溫度、濕度、灰塵、腐蝕、干擾、接地、震動、動物危害等方面來加以保證，嚴格按照國際、國家、石化行業的標準和規范執行。
3.3 供 電
要保證控制系統可靠地運行，在重視DCS、PLC自身設置可靠性的同時，必須重視它們的動力源--電源系統的可靠性設計。為保證電源系統在任何情況下都萬無一失，必須遵照系統安全運行的法則實行保守設計。大型石油化工裝置中，儀表電源應實行雙UPS配置，并各自配置蓄電池，工作時間宜達到30分鐘以上；電源額定容量按照儀表實際耗電量總和的2倍計算，并且應環行向負載母線供電；與電源系統配套的輔助設備、材料，如空氣開關、熔斷絲、導線等，在選型時應采用優質產品，其容量必須按儀表實際耗電量總和的2～3倍考慮，以滿足儀表回路、電磁閥、行程開關等現場個體儀表出現短路、接地等準故障時造成的電流沖擊承載力；要設計電源系統故障預報系統，利用報警系統將電源系統出現的接地、過流等準故障及時檢出，以便及時排除，防止故障擴大；針對當前儀表電源由電氣、儀表兩個專業共同設計管理的現實，儀表專業要深入介入控制與聯鎖電源系統的設計，防止專業分工間出現的薄弱環節。
3.4 程序設計和調試驗收
在程序組態設計中，一定要采用保障裝置和關鍵設備安全運行的控制策略。保護或聯鎖的邏輯判據必須是充分必要的，有必要時進行安全評價。在控制系統選型、設計、測試、驗收、投入運行和在線調整各階段，程序設計和測試人員一定要全程參與，要結合類似控制系統使用中存在的問題，嚴格審核控制、保護邏輯設計和組態的合理性，測試中一定要全面測試所有的回路。要仔細記錄各次檢查和試驗結果，若發現與軟件相關的問題要立即與供應商取得聯系，并將情況完整地反饋給他們以盡快解決問題。要有必需的后備手段：重要的保護和聯鎖，除了有通訊連接外，還必須具有硬接線方式；對重要的調節設備，除了在操作員站上有軟手操外，還必須有后備手操，以便在DCS控制系統控制器或I/O模件發生故障時，仍然可以對重要設備進行及時干預。對維護人員要加強管理，采用授權制，且任何人改動程序都必須履行相關審批手續，并做好異動前后的記錄工作。
3.5 人員管理和技術培訓
無論是新控制系統投運還是舊系統改造，DCS控制系統選型一旦確定后，在進行系統搭建、硬件測試和和程序組態前，必須對有較強實踐經驗的自控或儀表工程師、運行操作人員進行相關的培訓工作，培訓工作最好以仿真系統和實際系統相結合的方式進行，做到有的放矢。
另外要求維護人員對于控制系統多次出現的問題，一定要多分析，勤總結，尋找問題的共性，并有針對性地采取措施進行改進，同時大力推廣在線診斷和預防維護新技術的應用，以此更好地保障系統平穩運行。
3.6 系統維護中的點檢與評價
石化裝置控制系統一般要求達到10到15年的生命周期，而在此過程中定期點檢對控制系統以后的正常使用是非常必要的，這也是對控制系統生命過程中的體檢與再評價，通過點檢是對控制系統進行的一次預防性維護，以掌握系統運行狀態，消除故障隱患，恢復系統工作能力，延長系統使用壽命。按目前石化生產裝置3～5年的檢修周期，點檢亦可按此周期進行。
4. 結束語
保證石化行業裝置控制系統長周期安全可靠運行，是控制系統整個生命周期過程中的系統工程，要結合行業和具體裝置的特點，從系統選型、設計、實施、環境、調試、維護和定期評價的各個階段給予計劃和重視，同時輔以嚴格的管理制度和新技術的應用，方可取得令人滿意的結果。
參考文獻：
[1] 佚名，DCS控制系統可靠性的提高。
[2] 熊菊秀等，測量控制系統的安全性。
