化工自动化仪表及仪表系统常见故障分析

化工生产具有易燃易爆、腐蚀、高温等诸多特点，与其他工业相比具有较高的危险性，因此在生产实施的过程中必须要对相关工艺参数进行精准把握，化工自动化仪表在这一过程中发挥了至关重要的作用。对于现如今的化工生产而言，自动化仪表的应用具有自动控制、实时监测等功能，有效保障了生产的有序性与效率。自动化仪表及仪表系统的故障问题不可忽视，其正常工作对于确保化工生产的有序进行具有重要意义。

一、化工自动化仪表的种类及性能

依据原则不同自动化仪表分类结果也略有不同，如根据自动化仪表在传递信息时产生的作用可以分为检测仪表、执行器、显示仪表等五大类型，各类仪表之间关系如图1 所示。结合数据采集特点来看，应该从以下角度对自动化仪表展开分析：

（一）温度仪表

在原料生产过程中难免产生大量热量，需要利用多种方式监控生产温度，这时借助温度仪表即可完成此项任务，常见的仪表类型共有两种，即热电阻与热电偶，二者可以直接进入分散控制系统（DCS）中，自动化的实现对温度的控制。

（二）压力仪表

压力在化工生产中发挥着重要作用，科学选择压力仪表成为了重中之重，在实际过程中，可以根据实际情况对压力仪表进行选择，通常压力调节系统以压力变送器形式输送信号至分散控制系统DCS 中，确保现场测量工作全面落实。

（三）物位仪表

测量原料液位、半成品液位及成品液位是一项重要工作，伴随技术水平的日益提升，物位仪表随之出现，该仪表具有多种测量方式，目前雷达式 (0.3% ）测量方式已被广泛运用且取得了一系列成果[1]。

（四）流量仪表

开展流量测量工作可以明确故障位置并确定故障原因，流量测量指测量在单位时间内流经有效截面的流体体积，常见测量方法包括直接法、推导法等，应该根据实际情况合理选择相应流量测量方法。

二、化工仪表自控系统的故障分析

（一）温度控制仪表系统故障分析

运用温度控制仪表系统进行故障分析时需要注意两个细节，首先这类仪表以电动仪表测量、电动仪表指示及电动仪表控制为主，其次测量结果具有明显的滞后性。具体内容如下：其一，若指示值突然增大或者降至最低，可以判断为仪表系统故障，由于测量结果具有延迟性，所以故障原因可能是放大器失灵、变送器失灵、热电阻等。其二，当系统指示呈现为快速振荡现象，主要原因与控制参数PID 没有调整到位有着必然联系。其三，系统指示开始发生大幅度缓慢波动，很可能与工艺操作变化有关，如果发现工艺操作无任何变化，可以考虑仪表控制系统自身因素。其四，系统自身的故障分析步骤是先检查调节阀输入信号，若输入信号没有发生任何变化，可以判断为调节阀膜头膜片为故障原因。随后组织专业人员检查调节阀定位器输入信号，在检查过程中，如果发现输入信号不变且输出信号发生变化，可以明确将故障原因判定为定位器故障。

（二）压力控制仪表系统故障分析

压力控制仪表系统故障分析步骤如下：其一，在运行过程中如果出现仪表指示快速振荡波动情况，首先对工艺操作进行严格检查，引入这种处理方式的原因在于此类故障问题多与控制参数PID不合理、工艺操作不到位有着密切联系[2]。其二，若发现仪表指示伴有死线情况发生，与此同时工艺操作变化且压力指示未发生相应变化，可以将故障发生原因确定至压力测量系统上，首先检查引压导管系统，判断堵塞情况是否存在。如果没有此类情况发生，及时组织专业人员检查压力变送器输出系统以明确问题的实际原因。

（三）液位控制仪表系统故障分析

液位控制仪表系统故障分析步骤涵盖以下内容：其一，当系统指示值升至最高或者降至最低时，首先检查检测仪表运行状态，在这个过程中，一旦发现系统指示正常，即可手动对液位进行控制，同时观察液位是否处于稳定状态，如果已经达到稳定状态，可以诊断为液位控制系统故障。其二，如果系统指示波动范围较大，应该对液面控制对象容量进行判断，如果液面控制对象容量较大，问题原因与仪表故障之间联系密切，反之，需要明确工艺操作情况，若工艺操作没有发生变化，大多原因与仪表故障有着一定关系。

（四）流量控制仪表系统故障分析

在化工生产中，利用流量控制仪表系统可以明确故障原因，具体故障分析步骤如下：其一，当系统指示值最低时，首先检查现场检测仪表运行状态，如果现场检测仪表无任何问题，意味着故障原因与显示仪表有关。假设现场检测仪表指示也相对较小，可以对调节阀开度进行检查，当调节阀开度为零时即可判定故障位置处于调节阀与调节器之间。另外，如果仪表出现故障问题，可以明确机械式流量计齿轮卡死情况、差压变送器正压室漏情况等。其二，当系统指示值最大时，利用手动遥控方式控制调节阀大小，经过控制后该现象明显改善，意味着问题原因与工艺操作有关，如果没有起到良好的操作效果，可以考虑仪表系统自身因素且检查信号传送系统等是否处于正常状态[3]。其三，如果系统指示值频繁波动，可以手动进行控制，若手动控制有效意味着故障原因与控制参数PID、仪表自身有关，反之，问题原因在于工艺操作不当。

三、化工仪表自控系统的故障维护技术

（一）自动诊断技术

运用自动诊断技术于化工生产中，可以发现潜在问题并实施解决方案，在减轻人员压力基础上，确保数据真实性与准确度。自动诊断技术以现代信息技术为基础，能够实时监测设备及系统运行状态、诊断设备及系统运行状态，确保问题的尽早发现。在这样的背景下，如何运用计算机技术实时控制化工仪表系统便成为了解决问题的关键，同时也是后续维护工作的核心内容，期间可以结合现状组织专业人员完成计算机系统自动化检查工作，及时发现问题并制定管理办法。

（二）现场总线技术

涵盖数字化、可控性的化工仪表现场总线技术有着良好的应用前景，在化工仪表中，若能科学引入现场总线技术，可以加快行业发展速度，伴随现场总线技术应用频率的逐渐增加，现已取得了一系列运用成果[4]。就当前的实际情况来看，依托于先进技术支持现场总线控制系统拥有强大使用能力且操作速度较快，对比传统化工仪表后发现该技术有着明显优势，可以弥补传统化工仪表的弊端和不足之处。现场总线技术的优势还体现在节约资源上，在实际过程中，首先明确现场情况并组织专业人员将仪表与总线相连，随后有针对性的进行布线设置，一方面可以缩短布线范围，另一方面减轻了检修人员与维护人员工作压力。

（三）化学仪表的人机界面技术

工业生产进程持续加快使化工仪表更倾向于人性化，伴随科学技术水平日益提升，人机接口模式将成为大势所趋，化工企业与仪表研发机构应该致力于人机接口模式研究，投入人力、物力并利用多种方式获得技术支持、资金支持，不断提高化工仪表自动化应用效果，为各类化工仪表使用提供根本保障。对于化工企业而言，可以根据自身实际情况设立专门的人机接口控制室，选派专门人员进行现场操作与现场指挥，全面提高生产过程管理质量，一旦发现问题及时加以处理。因化工仪表自动控制要求相对较高，所以需要操作人员具备过硬的专业水平及综合实力，以此胜任工作岗位[5]。

（四）冗余技术

冗余技术涵盖以下两点内容：

其一，硬件冗余性。连接多个同一模块于一体，在稳定运行状态情况下，自动完成数据采集、控制输出等功能，同时额外设置一组备用设备，专门负责跟踪工作卡以掌握内部控制情况。期间还需结合实际情况准备相应工作卡片与备用卡片，将冗余控制及通讯线路设置于两板之间，确保输入与输出步调一致性。伴随技术水平提高，冗余技术随之更新，借助冗余技术可以实现故障检测、故障定位、故障隔离及预警提示功能，一旦发现问题立即进行处理，方便维修人员进行系统故障评价。

其二，软件冗余性。在工作过程中，可以根据现状设置两台或者两台以上仪表设备，各个设备均承担传送数据信息至冗余度系统，冗余度系统主要指在系统中设置重复部件，当某个部件出现故障问题时，其他部件也可交替工作，缩减故障时间以保证系统稳定性。除此以外，可对“三选二”投票方法进行使用，期间需要组织专业人员进行相应调试，当某一通道发生故障问题时系统仍处于正常运行状态，从根本上提高系统整体安全性、可靠性及稳定性[6]。

四、改善化工仪表自控系统的维护方法

（一）提高人员素质

提升化工仪表自控系统管理效率，可以从强化人员素质层面着手，首先提高管理人员专业素养，明确工作内容及岗位职责，使管理人员意识到自身重要性，积极开展化工仪表自控系统管理工作。其次强化人员责任意识，利用多元化方式激发人员积极性，时刻秉承认真负责态度对待每项工作且全力配合各部门完成任务。如果发现部分人员存在消极怠工情绪，及时选派人员与之沟通，明确问题的发生原因，使人员树立良好的价值观且全身心投入到工作中，期间还要组织培训以提升人员素质。

（二）做好日常管理与保养

在自动化管理过程中，重视仪表设备运行状态，如果发现异常情况立即与相关人员取得联系，做好设备检查与维修工作，全面解决现存实际问题。从实际角度来看，仪表自动控制系统运行难度较大且维修工作量较大，需要工作人员具备过硬的专业水平及综合实力，基于此，需要利用多种方式检测操作条件，借助电动机与电位器清洗仪表自动控制系统转动部分，在保证系统稳定运行的前提下，可以规避故障问题发生，有助于系统运行效率的全面提升。

（三）采取恰当的管制

实现化工自动化仪表设备高效维护的前提是确保设备良好而稳定运行，在这样的情况下才能顺利开展检验工作，期间需要组织人员合理检查生产设备运行状态，结合实际情况落实安全检测任务，每日至少进行2-3 次日常检查，若发现不良现象立即通知相关人员。维修人员严格执行安全检验规程与维护管理制度，明确具体的维护内容，以便问题的尽早发现[7]。除此以外，维护人员还要严格监控化工自动仪表的运行情况，提前预测可能发生的故障问题，根据问题原因制定相匹配的检查方案，组织人员执行检查方案，认真记录每日工作内容，规避化工自动仪表风险以提高自动化效率。

（四）现代控制与智能控制的有机结合

要想有效改善化工仪表自控系统，可以从现代控制与智能控制有机结合层面着手，结合实际情况来看，仪表自动控制系统运行无需人工参与，即可自动化完成数据收集、数据存储、数据处理及数据分析工作，同时联合使用现代化传感技术与电子信息技术，在发挥数字化控制系统功能基础上，实现电力企业自动化。

五、结语

通过上述分析能够看到，自动化仪表在化工生产中发挥了关键的作用，落实自动化仪表系统的故障诊断工作对于保障化工生产的有序性具有重要意义。相关部门必须要提高对自动化仪表系统的维护工作，做好日常管理与保养的同时积极学习新技术，进一步提升自身的设备维护水平，将潜在问题及时采取相关措施加以防范。

【参考文献】

[1]邢东,高翔,曲波.化工自动化仪表及控制系统智能化分析[J].中国信息界,2024,(08):43-45.

[2]王全圣.现代化工仪表及化工自动化技术的协调应用研究[J].中国石油和化工标准与质量,2024,44(20):115-117.

[3] 余化君. 化工自动化仪表的可靠性及其发展趋势[J]. 中国石油和化工标准与质量,2024,44(19):120-122.

[4] 崔杏 杏. 石油化 工自 动化 仪表的 常见 故障 及维 护技 术 [J]. 现代 制造 技术与 装备,2024,60(01):170-172.

[5]曹俊平.现代化工仪表及化工自动化技术的协调应用研究[J].山西化工,2023,43(09):128-130.

[6] 林方课. 我国化工自动化仪表存在的问题及解决对策[J].中国石油和化工标准与质量,2023,43(11):42-45.

[7] 吴锋. 化工自动化仪表及控制系统智能化的研究[J]. 中国石油和化工标准与质量,2021,41(16):120-121.