王五红

中煤鄂尔多斯能源化工有限公司　鄂尔多斯　017317



175万吨/年尿素项目仪表专业总结和思考

王五红*

中煤鄂尔多斯能源化工有限公司鄂尔多斯017317

总结某项目一期工程建设期间仪表专业所存在问题， 并进行改进， 供同类工程项目仪表专业借鉴。

工程建设安装仪表阀门控制系统环境

1　尿素项目简介

某公司一期建设合成氨100万吨/年，尿素175万吨/年(两套50/80项目)，项目采用EPC(设计、采购到施工安装试车)建设模式。2010年6月土建开工，2014年2月产出合格尿素。

2　仪表选型与安装注意事项

2.1选型

2.1.1液位仪表

干净介质的水池静压液位优先选用投入式、射频导纳液位计，如选用雷达优先选用导波雷达仪表，推荐选用喇叭口雷达液位仪表, 因在冬季，水池液体本身温度比地表温度高,探头表面介质容易冷凝积水，导致相关泵低联锁停车。如已选用喇叭口雷达仪表，应要求施工单位加装仪表风反吹，避免冬季冷凝水凝结在液位计探头表面。超声波液位计因采用声波反射原理，后续试加装仪表风反吹，有时仍会造成液位波动，测量不准。

球罐、金属储槽测量介质为液体，敞口可以采用单法兰变送器，密闭装置采用双法兰液位计或者浮筒液位计，对于重要的罐体(如氨罐等)，需要设计两种液位测量，如果设计院只设计一种，罐体没有预留口，可以采用外测液位计，不需开孔即可安装，只需把测量探头吸附罐体即可测量。

如果水池、罐体泡沫较多，介质较脏，但没有污泥等沉积物，可以采用单法兰带毛细管变送器(低压口通大气)量程迁移测量。当动设备配套油箱安装在地坑里，选用带毛细管单法兰液位计测量油箱液位，表头安装在高处，避免工艺积水损坏变送器表头。

2.1.2压力、压差仪表

如被测介质为高黏度、易结晶析出、强腐蚀的场合，要求选用隔离型变送器。

充分考虑测量介质对膜盒的腐蚀影响，膜盒材质选择耐腐，否则使用后短时间会造成外膜片腐蚀坏，导致法兰被腐蚀造成设备故障和人身伤亡事故。

考虑北方冬季低温，室外带毛细管压力变送器填充液宜选择低温硅油，避免压力测量滞后。

重要仪表(能引起局部或全部生产装置停车的压力仪表)伴热保温箱，要求带温度监测探头，并在DCS系统显示监控，避免冬季温度低伴热仪表出现波动。

2.1.3流量仪表

考虑到冬季仪表保温维护和工艺介质节流损耗等原因，工艺管道在室外建议不采用差压流量计，优先选用涡街、电磁流量计。对于循环水大口径地下管线可以采用分体式电磁流量计或者超声波流量计，但要防止仪表井进水导致流量计损坏。针对温度不超过200℃的液体流量，开车阶段，仪表人员最好提前购置便携式超声波流量计现场监测。

2.1.4温度仪表

设备配套的温度优先选用铠装双支温度探头，带联锁的控制仪表要求设备厂家二取二双支温度配置，避免单温度测点误动作。配套动设备的电机线圈温度要求双支预埋，考虑后期一支损坏，更换备用热阻芯。往复式压缩机组选用耐震型热阻和耐震双金属温度计，防止环境振动损坏。温度探头安装注意卡子固定，防止机组磨损温度探头和尾线，在机组出线口，要用不锈钢密封接头密封，防止设备从密封口漏油。温度标准仪表在施工单位仪表单体调试前购置，可以利用购置的标准仪器对施工单位抽查验收。

2.1.5水质分析仪表

水质分析仪表后续维护量较大，进口品牌的COD、氨氮、硅表等取样管路、密封圈要定期更换，选配时要考虑常用备件。脱盐水出口pH仪表探头建议选用纯水电极，而不建议采用普通pH电极，对流通池纯水流量加以控制，避免pH参数小范围波动。因电极探头属于易耗品，pH优先选用可更换盐桥的电极，避免后续pH电极整体更换，增加维护成本。

2.1.6重要阀门/执行机构

关系全厂蒸汽管网的高压、中低压减温减压器、减温器及放空系统配套阀门尽量选用进口单座阀门，避免开车蒸汽泄漏能耗损失。如上述阀门一旦出现问题将引起蒸汽管网波动，导致运行异常。阀门参数符合工艺要求。

安装在室外的电动执行机构控制单元推荐选用低温型控制单元(最好控制在当地历史气温最低以下)，避免冬季元器件参数温度影响导致执行机构误动作。例如安装在室外的尿素大颗粒三大风机挡板电动执行机构。

2.2安装

因动设备(如风机、磨煤机等)本体振动大，应该将仪表与设备本体分开，仪表安装在地面的立柱上，压力取压管改为金属软管连接，避免取压管硬性连接，振动大导致取压管脱开。对于压缩机的排气压力、进口喉管压差，汽轮机排气压力等施工时考虑取压管水平向上，水平角度大于10°以上，避免工艺介质存在微量水份，影响压力、压差波动。

高压介质仪表根部截止阀要求工艺双阀安装，当仪表存在泄漏点时，可安全隔离后处理。仪表空气如含水将会导致阀门气源结冰阀门不能动作，要求在外管仪表空气总管最低处增加仪表风排污阀方便定期排污。如阀门气动管路为从高处桥架下到地面方式，要求必须增加导淋阀门，冬季定期排水。

工艺管道上仪表阀门，为工艺管道专业安装，此时基本上属于施工高峰期，而此时仪表专业非常紧张。如管道仪表阀门没安装，可以采用预先与工艺管道专业确定安装位置，仪表专业先配管及电缆敷设，等仪表阀门安装就位后与工艺对接，可缩短仪表施工时间。

3　仪表、阀门执行机构分体与一体的考虑

(1)分体与一体的采用原则：防高温，防震动，后期调试维护方便。

(2)对风门、阀门配套的电动执行机构要全部采用智能一体化、非侵入式调整执行机构。采用液偶勺管调速电动执行机构建议不采用角行程，建议使用铰链连接的直行程执行机构，可以克服角行程开关行程波动，避免出现勺管自动关闭、全部拉出的缺陷。锅炉对空排气调节阀和热风调节门，电动单元表面温度达到120℃，而控制单元要求温度不能超过75℃，电源模块长期处于高温环境中容易损坏，可采用分体式电动头控制，控制单元控制在较低温范围内，实际运行良好。

空分防喘振放空阀，开车期间16″蝶阀阀门当反馈开度在10%～30%之间时，因管道振动大，阀门反馈波动导致空压机多次跳车，后续检查发现定位器I/P放大器损坏，对阀门定位器与阀门分开布置，改为分体控制，保证定位器元器件避开振动。气动配套阀门定位器优先选用带阀门位置反馈的一体定位器，工艺随时知道阀门的具体开度。不推荐采用定位器只有输出控制，位置反馈增加位置变送器的方式。

(3)动设备例如风机、水泵配套的振动监测仪表。一般设备配套选用现场振动探头配装振动显示仪表的分开布置方式，一路信号进入双通道现场仪表显示，另一路变送输出到DCS联锁控制。弊端是多了参与联锁控制的二次仪表单元，如二次仪表发生问题，直接导致跳车。选用两线制一体化振动探头(现场探头与变送单位合二为一)，现场采用一入两出隔离器，一路现场显示，一路进入DCS系统联锁控制，安全性能大幅提高。

(4)如配套流量仪表位置必须安装在工艺管道高处，可采用分体式流量计，传感器安装在高处管线上，显示变送表头安装在地面立柱上，便于后续维护与调试。为了便于观察和维护，雷达(超声波)液位天线探头也可安装罐体设备高处，变送表头单元安装在地面立柱上。

4　控制系统的选择和配置组态

(1)工艺装置尽可能采用DCS控制。本项目在公用工程装置配套设备多而且杂， EPC承包出于配置和设计成本的考虑，如锅炉袋除尘、气力输灰、给煤机、蒸汽吹灰、污水等配套设备普遍采用PLC控制，通过MODBUS协议与DCS通讯配置。但设备配套商为了保护设备，控制程序设置权限不对用户开放。设备出现问题只能外围排除，仪表维护非常不便。如配套设备厂家提供控制策略给工艺，工艺再提给自控设计控制策略，由DCS集成组态控制就可避免此弊端，而且后续工艺技改新增控制也可采用系统扩容方式。

目前大型化工项目都采用MIS信息管理系统，DCS通讯大多采用OPC与MIS系统通讯，而PLC因通讯功能没有DCS强大，经常出现与MS系统通讯中断，实时数据无法采集。

(2)控制系统逻辑和画面优化。在试生产过程中，因温度跳变多次导致机泵风机等设备跳车。分析温度跳变原因为，机泵配套温度测点为单支热阻，全部为带联锁停泵风机信号。温度阻值变化或回路接线松动，则会造成温度跳变。后期系统组态时对带联锁控制温度测点全部增加了温度跳变判断和联锁延时逻辑。在刚开始性能考核72小时过程中，为了保护机泵设备，温度跳变(斜率滤波)不介入起作用，一旦72小时计时结束，温度跳变起作用。当温度每秒波动5℃以上，温度联锁自动切除；当温度回归正常，联锁自动切入，保证机泵等动设备不因温度跳变影响正常运行。

DCS带联锁的仪表测点要做成画面开关，方便仪表人员完成联锁的切除和投入。ESD系统要设操作站，对不满足工艺的开车条件，不在ESD程序中强制，而在操作站画面中强制，满足工艺开车要求。

(3)充分考虑控制系统的供电、接地、信号隔离。控制系统供电采用冗余UPS供电，供电方式推荐采用在线冗余模式。为了避免照明和风扇损坏维护更换时，影响UPS供电，要求机柜、操作台风扇和机柜照明等辅助设备全部采用市电供电，而不推荐采用UPS供电方式；系统接地：在仪表系统的设计和施工阶段，需要认真优化仪表系统的接地设计，尤其在多雨多雷电的地区,更要重视仪表系统的接地配置,这是控制系统安全可靠运行的关键。控制系统地和保护地要分开布置在相应的汇流排上，然后集中汇总到由电气专业提供的合格接地阻值的接地桩上；信号隔离：电气和仪表之间的信号电缆采用屏蔽控制电缆，电气专业和仪表专业的开关量信号通过中间继电器(无源)隔离接入。模拟信号(如电机电流、变频调速输入输出信号)全部采用隔离器隔离，避免出现信号干扰， DCS系统断线报警故障。隔离继电器选用带机械强制开关的继电器，会给仪表回路调试带来很大便利。而且在后续处理仪表故障时，可以对现场电磁阀强制带电，避免装置重要阀门联锁动作。

(4)重视系统时钟同步。全厂DCS、ESD、ITCC、PLC以及电气综保系统、工业监控全部采用与中央控制室设立时钟同步服务器(采用GPS卫星时钟源)同步。时间设立为15min DCS发给上述系统脉冲信号，上述系统自动与时钟同步服务器同步，保证设备装置出现跳车后，能大系统查询事件记录，找到问题所在。

(5)新型机组在线诊断系统的应用。某工程项目透平带的压缩机12台，配置两套在线本特利诊断系统。在机组开车过程中，设备工艺人员能根据系统提供的频谱图，分析机组运行中振动、位移、温度等参数是否存在问题，在机组防喘振和过临界试车时尤其重要。在某次氨压机机组过临界时某一振动高联锁导致氨压缩机组跳车，在专家的指导下，仪表专业人员修改机组振动联锁值(90us改为120us)，机组过临界振动值刚达到115us就很快下降,机组试车成功。

5　工作环境的考虑

5.1温度的影响

仪表的工作环境一般在-20～65℃，当地冬天温度极寒达-35℃以下。在试生产过程中出现如下问题。

5.1.1对阀门气缸的影响

空分分子筛三杆切换阀门，按照时序动作，温度-20℃阀门不能动作。工艺人员采用蒸汽吹扫后阀门动作。仪表专业给气缸全部加装电伴热保温，气温在-26℃下阀门一直动作正常。

LNG冷剂压缩机主蒸汽进汽轮机设计切断阀，ITCC系统判断阀门在中间位则压缩机跳车。2015年2月19日，因阀门法兰蒸汽泄漏导致反馈信号电缆粘连，阀门反馈开关信号同时出现，控制系统认为阀门在中间位联锁跳车，后续对阀门法兰紧固保温，反馈信号电缆选用高温电缆，并增加阀门与气缸之间的散热(先轴流风机吹扫，后续采用带散热片的气缸连接件)，LNG装置一直生产正常。

净化正常运行时，净化废气阀门HV3到火炬管线为关闭状态，但工艺反映内漏导致去火炬燃烧。仪表检修人员对阀门进行研磨修复后，打压试验不存在泄漏，但回装后问题依旧，后续分析是阀门研磨在常温环境中进行，而该阀门在低温-50℃环境中使用，阀内件与阀座密封面低温形变不一致导致。后续采用水浴箱通蒸汽，给阀门水浴伴热，满足阀门实际工作环境，工艺反映内漏得到解决。

5.1.2对现场仪表的影响

尿素、气化酚氨回收液体储罐液位采用双法兰液位计，容易冷却结晶，后续对法兰液位计采用蒸汽伴热，仪表工作正常。

尿素汽提塔液位采用放射源测量，液位经常出现波动，偶尔液位最低或最高，此射源接收仪表部分带伴热保温，介质工作温度达到150℃左右，后续拆除保温，采用仪表空气冷却目前测量正常。带联锁的压缩空气仪表压力测点要求缠电伴热带，避免冬季含水结冰联锁停车。

5.1.3对机组探头的影响

本特利3300振动探头在-34-177℃温度之间工作正常。空分氮压机组振动探头，因保温时用保温棉包住和因机组轴封漏气，导致探头高温失效联锁跳车。要确保振动、转速探头避开高温工作区或选用高温探头。

5.2腐蚀环境、测量介质的影响

(1)水系统酸碱间存在盐酸挥发,采用湿法脱硫的烟气脱硫装置存在腐蚀性气体。仪表桥架、管路、仪表电磁阀出现大面积腐蚀。后来桥架改用玻璃钢桥架，阀门管路接头全部选用PU材质，电磁阀材质选用316L不锈钢，腐蚀问题得到解决。脱盐水、回用水自控阀阀位开关(机械开关)要满足IP67密封等级。阀位开关堵头、密封接头全部采用316不锈钢材质，防止微动开关腐蚀导致顺控不能自动运行。

(2)锅炉给煤机出口气动插板门位置反馈，原机械行程开关与煤粉直接接触，开关工作在煤粉环境中经常损坏，后来在阀门配套气缸上安装磁性开关来指示阀门开关位置，非常稳定可靠。

(3)气化粗煤气氧表关系到气化炉的安全，氧量分析仪控制在0～1.5%范围内，一旦超标气化炉ESD触发停车。预处理含焦油、水分导致取样管路堵塞，样气不能进分析仪表分析，氧表维护量大。将原Φ6取样管路全部改用Φ10不锈钢管线，解决了堵塞问题，如堵塞及时用蒸汽吹扫即可正常分析。

1GB 50093-2013，自动化仪表工程施工及质量验收规范[S].

2陆德民.石油化工自动控制设计手册(第三版)[M].北京:化学工业出版社.

3王五红.一次风机的优化控制探讨[J].大氮肥,2015,38(5).

2016-05-01)

*王五红: 工程师。 2005年毕业于中北大学自动化本科专业。从事仪表技术管理工作。

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