炼油厂工业控制系统维修策略及定时性工作分析

时间：2024-07-28

徐翀

（中国石化集团公司巴陵石化分公司炼油部，湖南岳阳 414014）

炼油厂主要由工艺装置、油品罐区、油品装卸、公用工程等生产设施组成。除油品装卸设施为间断操作外，其他都是连续生产流程，而完备的自动控制是炼油生产过程安全、平稳、高效运行的保证。随着炼油厂的发展，对自动控制的依赖度越来越高，换言之，自控设备的运行水平决定了炼油厂的生产运行水平，而工业控制系统的可靠运行依赖于管理人员和技术人员对于系统的维护水平。

自动工业控制系统主要故障现象如下：①系统整体或单路失电；②操作员站全部失去监控且无后备监视手段；③DCS/PLC网络瘫痪或无法冗余；④冗余服务器均故障或无法冗余；⑤系统重要I/O模块故障等。

近年来，企业工业控制系统的设计及分布发生了重大变化。以前，控制室设置模式或是全厂区域性中心控制室，或是装置级独立控制室，工业控制系统的控制站和操作站集中于一处。现在，控制室基本设置变成现场机柜加中心控制室的模式。工业控制系统由集中布置改为分散布置，面对新模式，给自动工业控制系统的维护提出了更高的要求。

某炼油厂组织仪表专业集中讨论一致认为，为了规范工业控制系统维护管理，提高工业控制系统运行可靠性，必须严格执行一套有效的工业控制系统维修策略与定时性工作。现把部分方案整理如下，供业界讨论及参考，以便完善和提高，更好地服务于炼油企业。

1 方案介绍

1.1 工业控制系统大修

工业控制系统大修是指对工业控制系统硬件检测、端子紧固、卫生清扫、软件完善、切换实验、报警处理等一系列工作，使工业控制系统原有各项功能保持完好的工作，工业控制系统大修与装置大修同步进行。

1.1.1 工业控制系统大修方案编制

工业控制系统大修方案应参照《石油化工设备检修规程（第七册）》工业控制系统大修的要求，结合现场工业控制系统的实际运行状况进行编制，明确大修项目和质量验收标准。大修项目至少包括：系统软件与组态备份，操作系统打补丁，硬件与系统报警信息处理，端子紧固，卫生彻底清扫（含机柜间、操作站与键盘、工程师站、机架、板卡、端子、过滤网等），热备用冗余设备切换实验，单路电源断电实验，控制器电池更换，机房环境检查，防小动物措施检查，网络安全防护措施检查等。工业控制系统大修时外围设备的检查和处理至少包括：空调过滤网清洗，接地电阻测试，机房照明检查，消气防设施检查更换。

1.1.2 工业控制系统升级与更新

工业控制系统安装在现场且使用年限15a，或安装在室内且使用年限20a及以上的工业控制系统宜在大修时升级或更新。不到上述年限但存在较大隐患的工业控制系统更新或升级须经评估。

1.1.3 工业控制系统全面诊断

工业控制系统全面诊断是指工业控制系统厂商或专业公司对工业控制系统硬软件进行离线诊断检查，发现硬软件缺陷或隐患的检测过程，目的是经过全面诊断来评价工业控制系统后期运行可靠性。使用年限8a以上的工业控制系统在装置大修时应进行全面诊断，周期一般为3～4a，与装置大修同步进行。

1.2 工业控制系统故障处理

在生产装置运行期间工业控制系统出现重大异常或故障时，应组织紧急维修。紧急维修方案或应急预案需经设备、生产和安全部门审批。工业控制系统应急预案至少包括控制器失效、电源故障、通讯中断等故障类型，并在演练和实操中不断总结经验和完善。

1.3 定期性维护

工业控制系统定期性维护是指一定时间周期内对工业控制系统进行的必要维护，包括定期备份、定期检查、定期清扫、防尘防小动物检查、定期实验、定期演练、定期更换密码等内容。

1.3.1 定期备份

工业控制系统备份每年至少1次。

1.3.2 定期检查

每月对工业控制系统时钟同步检查。每日检查系统运行状况、系统报警信息、控制器负荷及通讯负荷、系统电源运行状况、机房环境等内容。

1.3.3 定期清扫

定期对机柜间空调过滤网、室外机散热片进行清扫。定期对工业控制系统机柜过滤网及风扇进行清理。装置停工期间对工程师站、服务器、操作站等上位机主机进行清扫。

1.3.4 防尘防小动物检查

每月进行防尘防小动物检查。机柜间电缆进线口及其他孔、洞封堵严密；机柜间的门窗应保持完好，关闭严密；仪表机柜间门口应安装可拆卸挡鼠挡板；在机柜间内沿墙角边或地板下方定置化摆放适当数量的捕鼠设施。

1.3.5 定期试验

每月对辅操台灯屏、软灯屏、音响等装置进行试验。

1.3.6 定期演练

定期对工业控制系统事故应急预案演练。

1.3.7 定期更换密码

工业控制系统密码设置为强口令，每年更换2次。

1.4 季节性维护

工业控制系统季节性维护是指在特定季节对工业控制系统进行的必要维护，主要包括防雷、防雨防潮、防高温、防尘防小动物等。

1.4.1 防雷

在雷电季节前开展防雷检查工作，测试接地电阻。接地电阻检测采用便携式接地环路电阻测试钳表，对工业控制系统机柜工作接地回流排和保护接地回流排的接地干线，进行接地电阻检测，不应大于4Ω。

1.4.2 防雨防潮

雨季前和冬季开展防雨防潮检查。检查内容为：仪表机柜间温湿度、空调、抽湿机的运行情况；机柜间屋顶防水情况，屋顶排水口通畅情况，检查机柜间电缆口封堵情况；电缆沟进水情况，沟内电缆不得浸没在水中。

1.4.3 防高温

高温季节前对机柜间空调进行全面的检查、维护保养。检查仪表机柜间温度控制应满足要求；检查机柜风扇运行应正常。高温季节对工业控制系统硬件至少开展1次全面的红外测温检查，检查中发现温度偏高的设备检查每周不少于1次。

1.5 工业控制系统监测

工业控制系统监测是指通过一定的技术手段，及时发现工业控制系统内外部或工作环境异常，达到及时提醒相关人员的目的。

1.5.1 工业控制系统自诊断报警监测

将DCS、SIS、CCS、PLC等工业控制系统自诊断数据中的控制器报警、卡件及通道状态报警、通讯报警、接地报警、电源模块报警、风扇报警等系统报警事件自动采集到状态检测平台，实现通过手机短信形式分级推送到管理人员、维护人员的功能，及时处理工业控制系统异常。

1.5.2 电源状态监测

对电气供的110VAC、220VAC等交流电源，以及100VDC、24VDC等直流电源，在仪表电源柜内总空气开关馈线侧，将电流、电压接入到DCS，并传送到状态监测平台。将仪表24VDC直流开关电源的故障报警接入到DCS，并传送到状态监测平台。

1.5.3 机柜间温湿度监测

机柜间应设置带4～20mA标准信号输出的温湿度仪，将温湿度信号接入DCS，同时传送至状态监测平台，设置报警。机柜间、工程师室温度为冬季20℃±2℃，夏季26℃±2℃，相对湿度为40%～70%。

1.6 延期管理

工业控制系统无法按计划进行维护，如巡检中未见可能危及工业控制系统安全运行的任何异常。工业控制系统自诊断信息显示状态正常。离线检测显示工业控制系统状态正常。没有任何可能危及工业控制系统安全运行的家族缺陷。上次检修以来，没有经受严重的不良工况，可以考虑延期维护。

技术评估应坚持“安全第一、预防为主”的方针，结合工业控制系统状态监测、技术状况、使用年限、以往检修、清扫、点检情况、设备运行环境及故障情况等综合因素进行。评估结果应包括是否可以延期、延期期间的安全保障措施及延长时间。

2 应用实例

1）某炼油厂在今年夏季组织的夏季防高温检查中对我厂所使用的霍尼韦尔PKS系统、霍尼韦尔SIS系统、浙大中控ECS700系统、横河VP系统、和利时MACS-K系统等5套工业控制系统进行了红外成像温度检测。对温度超过40℃的部位进行红外成像拍照，并记录分析。

从表1分析，某炼油厂霍尼韦尔PKS系统直流电源柜温度高，经过检查后发现机柜2个排风扇全部故障，更换排风扇后，温度降至55℃以下。24V直流电源的温度普通偏高，AO安全栅的温度普通偏高，温度达40℃以上的点较多，达到70处。如果工业控制系统各组成单元温度过高，主要原因为：①柜内散热不充分；②电子元件工作不正常或短路；③系统负荷较大等，容易造成工业控制系统运行不稳定。随后某炼油厂立即对机柜进行全面排查，对系统运行情况进行全面检查，并确保风扇正常投用。

表1 夏季某炼油厂各工业控制系统温度情况（单位：℃）

2）某炼油厂在每日巡检中发现霍尼韦尔PKS系统1#控制器的AI卡件出现故障报警，由于该卡件只有显示点而无控制点，没有冗余卡件导致部分仪表点无显示，此卡件在“C01-L1-AIR02”位置，更换AI卡件后，DCS系统运行正常。分析原因为AI卡件已使用8a，电子元器件出现老化现象，性能下降。在每日巡检中发现霍尼韦尔PKS系统一条FTE A缆网络报警，对报警网线进行了更换，报警未消除，重启防火墙后，网络报警消除，原因为防火墙长时间运行出现意外死机。

以上异常情况都由于我们严格执行我厂工业控制系统维修策略及定时性工作，及时发现控制系统出现的异常情况，及时分析原因，及时进行处置，在故障未产生停车、操作异常等会产生生产损失的情况下及时得到处理，有效地提高了工业控制系统维护水平及长周期运行水平。