常见的仪表故障与判断处理

常见的仪表故障及判断处理

一、自动化仪表系统故障的判断思路

由于生产操作管道化、流程化、全封闭等特点，特别是现在的化工企业自动化水平很高，工艺操作与检测仪表密切相关，工艺人员通过检测仪表显示的各类工艺参数,比如反

应温度、容器的压力和液位、物料流量、原料的成分等来判断工艺生产是否正常，产品的质量是否合格。仪表指示出现异常现象(指示不变化，不稳定，偏高、偏低等)，本身包含两种因素：一是工艺因素，仪表已经真实准确的反映出工艺异常情况;二是仪表因素,由于仪表(测量系统)某一环节出

现故障而导致工艺参数指示与实际不符。这两种因素总是混淆在一起,很难马上判断出故障到底出现在哪里。仪表维护

人员要提高仪表故障判断能力,除了对仪表工作原理、结构、性能特点熟悉外，还需熟悉测量系统中每一个环节。在分析现场仪表故障前，要比较透彻地了解相关仪表系统的生产过程、生产工艺情况及条件，了解仪表系统的设计方案、

设计意图，仪表系统的结构、特点、性能及参数要求，要向现场操作工人了解生产的负荷及原料的参数变化情况，查看故障仪表的记录曲线，进行综合分析。总之，分析现场仪表故障原因时，要特别注意被测控制对象和控制阀的特性变化，这些都可能是造成现场仪表系统故障的原因。所以，我们要从现场仪表系统和工艺操作系统两个方面综合考虑、仔细分析，这才能帮助仪表维护人员拓宽思路，有助于分析和判断故障现象，及时查找原因所在，快速排除故障。

二、五大测量参数仪表控制系统故障分析步骤

1、流量控制仪表系统故障分析步骤

过程控制系统中，流量检测和调节是较复杂的系统，流量仪表查故障时，不应仅局限于一次表、二次表、管线、三阀组等几个方面，还应从设计安装和现场工况等进行全面检查。

(1)流量控制仪表系统指示值达到最小时，首先检查现场检

测仪表，当现场检测仪表指示也最小，则检查调节阀开度，若调节阀开度为零，则常为调节阀到DCS之间故障。当现场

检测仪表指示最小，调节阀开度正常，故障原因工艺方面有系统压力不够、泵堵、系统管路堵塞、冬天开车介质结晶、以及操作不当等原因造成。若是仪表方面的故障，原因有：孔板差压流量计可能是正压引压导管堵；差压变送器正压室漏；机械式流量计是齿轮卡死或过滤网堵等。

(2)流量控制仪表系统指示值达到最大时，则检测仪表也常

常会指示最大。此时可手动遥控调节阀开大或关小，如果流量能降下来则一般为工艺操作原因造成。若流量值降不下来，则是仪表系统的原因造成，检查流量控制仪表系统的调节阀是否动作；检查仪表测量引压系统是否正常；检查仪表信号传送系统是否正常。

(3)流量控制仪表系统指示值波动较频繁，可将控制改到手动，如果波动减小，则是仪表方面的原因或是仪表控制参数PID不合适，如果波动仍频繁，则是工艺操作方面原因造成。

主要案例分析

流量指示值波动大。

故障现象：测量水流量的差压孔板流量计指示值波动大，且无规则。

分析与判断：检查差压变送器实际差压值是否波动，不波动排除为控制系统故障，差压流量计本身问题。按前面所述的分析判断方法，可初步判断为引压管线有堵的现象或其他异常。检查引压管线时发现负压室引压管线内部有空气，以致负压管线压力波动大，导致流量波动大。

处理方法：将负压室引压管线气体排尽后，波动现象消失。

2.液位控制仪表系统故障分析步骤

(1)液位控制仪表系统指示值变化到最大或最小时，可以先

检查检测仪表看是否正常，如指示正常，将液位控制改为手动遥控液位，看液位变化情况。如液位可以稳定在一定的范围，则故障在液位控制系统；如稳不住液位，一般为工艺系统造成的故障，要从工艺方面查找原因。

(2)差压式液位控制仪表指示和现场直读式指示仪表指示对

不上时，首先检查现场直读式指示仪表是否正常，如指示正

常，检查差压式液位仪表的负压导压管封液是否有渗漏；若有渗漏，重新灌封液，调零点；有气相压直接引到负压侧的仪表指示值变化到最小时，首先检查差压变送器负压侧集液罐液面是否上升过高，如果上升过高，应及时排液。防止负相导压管灌液最简单的方法，是将负相取压点的位置向上移动，定期检查、排液。

（3）电浮筒液位（界位）的测量受介质的影响较大，如有指示偏大或偏小，首先要考虑工艺介质是否有变化，或者介质温度变化造成介质的密度变化，若指示无变化，则考虑介质结晶、结冰、粘稠等原因。

(4)液位控制仪表系统指示值变化波动频繁时，首先要分析液面控制对象的容量大小，来分析故障的原因，容量大一般是仪表故障造成。容量小的首先要分析工艺操作情况是否有变化，如有变化很可能是工艺造成的波动频繁。如没有变化可能是仪表故障造成或仪表参数整定不当造成。

主要案例分析

分馏塔液位波动大(时高时低)，指示不稳。

工艺过程：由一台液位计与控制室控制系统组成分馏塔液位调节系统。

故障现象：在生产过程中，分馏塔液位指示不稳，时高时低，导致调节系统失调，影响了工艺的正常操作。

分析与判断：分馏塔液位控制系统是保证分馏塔液位控制在有效范围，如果液位高于控制范围高限，将引起压缩机带液，液位低于控制范围低限，那么高压气体进入低压系统，后果将不堪设想。工艺要求该液位调节系统必须灵、准、稳，如果分馏塔液位不稳，则不能达到系统正常控制的目的。根据故障判断思路进行检查，首先把调节系统打在手动位置进行手动调节，看液位是否能稳定下来，从而来判断到底是液位计故障，还是调节器或调节阀故障。通过手动调节，液位逐渐稳定，没有再出现波动。这说明液位计及调节阀没有问题，液位出现波动是由于调节系统的PID 参数设置不当所引起的。

处理方法：把调节系统打在手动位置进行调节，待工艺

状况及液位指示稳定后，对调节系统的PID 参数重新整定，然后，把调节系统恢复到自动控制，通过观察记录曲线看PID 参数的设置是否合理。通过对调节系统PID 参数的整定，该问题得到解决。

3、温度控制仪表系统故障分析步骤

温度控制仪表系统故障时，首先要注意两点：该系统仪表多采用电动仪表测量、指示、控制；该系统仪表的测量往往滞后较大。而最主要的特点是滞后较大，因此非正常的快速波动，反映了温度控制仪表系统的故障；另一方面，若长时间温度保持不变，也可能有故障存在。

(1)温度仪表系统的指示值突然变到最大或最小，一般为仪表系统故障。因为温度仪表系统测量滞后较大，不会发生突然变化。此时的故障原因多是热电偶、热电阻、补偿导线断线、短路或变送器失灵造成。

(2)温度控制仪表系统指示出现快速振荡现象，多为控制参数PID 调整不当造成。也可能为线路原因，如在信号传送过程中受到外界干扰。

(3)温度控制仪表系统指示出现大幅缓慢的波动，很可能是由于工艺操作变化引起的，如当时工艺操作没有变化，则很可能是仪表控制系统本身的故障。此时可将调节器由自动切换到手动控制，若波动大大减小，则为调节器故障所致。如故障依旧，应从工艺上查找原因。

(4)温度控制系统本身的故障分析步骤：检查调节阀输入信号是否变化，输入信号不变化，调节阀动作，调节阀膜头膜片漏了；检查调节阀定位器输入信号是否变化，输入信号不变化，输出信号变化，定位器有故障。

主要案例分析

控制室温度指示比现场温度指示低。工艺过程：温度指示调节系统，采用热电偶作为测温元件，除热电偶外，在装置上采用双金属温度计就地显示。

故障现象：控制室温度指示和现场就地温度指示不符，控制室温度指示比现场温度指示低50 ℃。

分析与判断：双金属温度计比较简单、直观，首先从控

制室温度指示入手。在现场热电偶端子处测量热电势，对照相应温度，确定偏低，说明不是调节器指示系统有故障，问题出在热电偶测温元件上。抽出热电偶检查，发现在热电偶保护套管内有积水。积水造成下端短路，一则热电势减小，二则热电偶测量温度是点温，即热电偶测温点的温度，由于有积水，积水部分短路，造成热电偶测量点变动，引起测量温度变化。

处理方法：就是将保护套管内的水分充分擦干或用仪表空气吹干，热电偶在烘干后再安装。重新安装后，要注意热电偶接线盒的密封和补偿导线的接线要求，防止雨水再次进入保护套管内。

4、压力控制仪表系统故障分析步骤

(1)压力控制系统仪表指示出现死线，工艺操作变化了压力指示还是不变化，一般故障出现在压力测量系统中，首先检查测量引压导管系统是否有堵的现象。不堵，则考虑DCS侧故障。

(2)压力控制仪表系统指示值出现快速振荡波动时，首先检查工艺操作有无变化,这种波动多半是工艺操作或调节器PID 参数整定不当造成。

主要案例分析

控制室压力指示波动大，实际工艺压力稳定。

故障现象：控制室所显示的压力指示曲线波动大，且无规则，工艺人员反映的实际压力稳定。

分析与判断：使用万用表的直流电流档，串联测量变送器输的电流值。(该变送器正常输出电流范围为：4~20 mA。)测量值稳定为11.5 mA，根据测量的电流值换算的压力值与工艺的测量值一致。判断故障为DCS 系统侧出现故障。

处理方法：DCS 系统更换安全栅、输入模块，或更换该测量点的输入通道。

5、成分分析控制仪表系统故障分析步骤

在线气体成分分析仪表的故障，多数发生在样品预处理系统。因样品流量、压力、温度不稳定，或因样气中含水、尘埃、油雾等原因产生故障时有发生，现以二氧化硫分析控

制仪表系统为例。

（1）二氧化硫分析控制仪表系统指示值逐渐变小，如果不是工艺操作原因，一般故障出现在分析系统本身，首先检查现场分析单元是否有样气流量，如果没有样气流量，或是样气流量过小，则可能是采样针型调节阀或干燥过滤器堵塞，此时需要疏通样气管路或是更换干燥过滤器的棉花。

（2）二氧化硫分析控制仪表系统指示值逐渐变大，最后指向满刻度方向卡死的现象，一般故障出现在分析系统本身，这是因为样气中带来的粉尘与水蒸汽含量过高，分析单元的干燥过滤器不能达到很好的过滤与干燥效果，样气中的粉尘与水蒸汽不可避免将进入热导池中，从而污染了热导池与桥臂，导致误差越来越大，严重时将损坏测量桥臂，出现向满刻度卡死的现象。

三、石油化工企业仪表自动化设备的故障预防与维护措施

1、仪表设备的分级管理与预防性维护

石油化工企业的仪表设备巡回检查制度,是仪表设备预防维护的一种方式,可以及时发现仪表设备运行中出现的问题或异常,把设备故障消灭在萌芽状态,防微杜渐。但随着企业规模扩大,仪表设备台件数的不断增加,从几万台件增加

到十几万台件,而仪表维护人员又不断减少,在这种情况下,设备管理模式必须要不断创新,以适应企业发展需要。结合日常设备巡检制度,实行仪表设备分级管理可以突出重点,

加强关键仪表管理。以石油化工公司为例,仪表维护实行二级维护,一级维护在班组,全员维护,设备按区域承包到人,

由班长监督指导;重要设备在一级维护基础上实行二级维护,每周一次,由区域主管工程师负责,检查重要设备运行状况,监督一级维护的维护质量,并进行可预见性维护及故障处理;对重大关键设备再实行每月一次的特别护理,由公司主管部门负责。实行分级维护之后,由于各级维护人员的职责明确,分工清晰,突出重点及关键设备。

医生加护士的管理模式是仪表设备分级管理的体现,也是仪表设备预防性维护的另一种方式。设备管理工程师就是医生,负责制订维护方案、故障处理方案、检修方案等,如制

订仪表维护保养计划、仪表周检计划、仪表校验计划、仪表备品配件计划、仪表检修计划等,而护士就是具体维护人员,按医生制订计划或方案去实行,负责向医生及时反馈信息,

工作目标明确,有的放矢。这种管理模式的目的不仅职责明确,而且管理工程师可以指导、监督维护人员具体工作。

2、仪表设备的生命周期和预防性维护

同一台仪表设备因使用环境不同,其使用寿命肯定也不

相同,环境是指仪表与外部接触的空气环境、内部接触的介

质环境以及仪表安装位置等,所以不同装置环境下使用的仪

表设备不尽相同,对温度、材质、压力等级也就有不同要求。

那么如何运用设备维护策略，通过科学理论,结合维护

经验,对设备进行生命周期成本分析,测算设备生命周期,量

化仪表设备维护管理,在仪表设备故障发生前有计划、有预

见性地进行维护检修或更新,掌握主动权,就显得十分必要。石油化工企业仪表设备可分三大部分,即测量仪表、控制系

统以及执行机构部分。以下从三方面探讨仪表设备的寿命管理。

2.1 现场测量仪表不外乎就是温度、压力、流量、液位等

参数的测量仪表,对现场仪表进行寿命管理,首先要运用统

计学方法,找出多年来仪表在同一装置相同环境下发生的故障,分析产生故障的主要原因,从而相应制订预防措施;其次

要区分关键仪表与非关键仪表,关键仪表一旦发生故障是要

影响装置安稳长运行的,给企业带来损失,因此对关键或重

要仪表设备,一定要建立仪表生命周期档案,确定各类仪

表平均无故障时间(MTBF),依此确定定期保养或检修计划,

同时进行风险评价,甚至提前更新设备。例如联锁仪表或关

键性仪表可在两个生产周期后强制换下,换下仪表检修校验

后可作为应急备件或非重要仪表备件。

2.2 石油化工企业控制系统均采用DCS，DCS可靠性高,故障

率低,自诊断报警功能强,机柜间设置在装置周边的安全区,

机房建设标准高,使用环境好,而且重要仪表控制回路又采

用冗余配置,因此DCS设备生命周期较长,优于现场仪表设备。一般DCS制造商在出厂时都有明确的MTBF与使用寿命的建议,

若在每个生产周期强制进行一次DCS点检或清扫保养,一般

可以使用5个生产周期或10年以上。例如石油化工公司关键

生产装置近40套DCS使用寿命均超过12年,这与平日严格执

行仪

表设备每日巡回检查制度与DCS管理制度,且每个生产周期

进行一次DCS点检保养有关。

2.3 生产控制的执行机构绝大部分是仪表调节阀仪表调节

阀应用面广,故障率高,故障点多,调节阀内件、盘根及其附

件使用寿命差异较大,对其实行寿命管理十分必要。石油化

工公司对仪表调节阀实行寿命管理,在统计分析各类不同装

置仪表调节阀各种故障基础上,对不同装置调节阀的部件及

其附件制订不同预防性维护方案,确定相应的寿命管理办法。进一步利用排列图对调节阀故障原因进行分析,造成调节阀

故障的主要原因是附件故障、控制过程故障、盘根漏与内漏,占故障总频率的75.3%。而卡/堵、整台更换也是次要原因,

占故障总频率的15%左右。也有C类故障但是数量不多,其故

障类型是调节阀本体故障,应从寿命角度上进行考虑。分析

故障产生原因,发现调节阀在多年实际使用中受各类因素的

多种影响,并直接对调节阀的使用寿命与故障产生原因有关。如人的因素,维护保养未做到位,保养方法错误、技术数据不遵守等;阀体材料设计选择及附件质量因素;工艺各类操作

条件因素,包括操作压力与压差、温度及介质变化;受到各类环境因素的影响,包括调节阀安装区域的环境温度、环境湿度,雨季的影响、冬季低温与夏天高温的影响,风源的质量影响,电源的质量影响,都直接关系到调节阀的使用寿命与故

障产生的频率。

2.4 对仪表设备进行预防性维护,还应该以仪表回路为基础，一个仪表回路不仅包括测量仪表、控制器、执行机构等“大设备”,它还有接线端子、保险丝、继电器、电磁阀及

定位器、电缆以及回路的供电与接地等“小设备”构成,维

护过程中对任何环节都不应该放过,一点有问题,整个回路

就不能正常工作。因此,对这些“小设备”,特别是重要回路、关键回路中的任何设备或部件,更应该建立生命周期档案,

进行生命周期成本分析,测算设备生命周期中最佳的维护策略,将设备维护与生产、设备费用联系起来,降低成本与风险。

3 、仪表设备的预防性维护措施

近年来,有石油化工企业设备管理推行TNPM管理,是指

全面规范化生产维护,是规范化的TPM,是全员参与步步深入的,通过制订规范,执行规范,评估效果,不断完善、改进TPM。

实行TNPM的主要环节:首先要走进现场,观察现实,了解

现物;然后要找出规律,分析原理,提炼优化;再制订行为(包

括操作、维护、保养、维修等)规范,给出文件化的行为准则;最后跟踪、评价,找出不足,并持续改进,再优化,形成新规范。

石化公司仪表设备管理,实行TNPM管理,即规范化的TPM,做到仪表设备维护检修程序规范化,备件管理规范化,前期

管理规范化,维修模式规范化,润滑管理规范化,现场管理规

范化,组织结构规范化等。在规定现场仪表设备巡检维护方面,明确巡检要点,如规范化变送器、长行程执行机构、调节阀等详细巡检内容,由点到面,并做到可视化管理。

仪表设备管理,注重预防为主,推行“第一次把事情做对”,规范作业行为,规范作业程序,设备故障部分来源于维

护人员的不专业,作业不规范,组织有多年现场仪表维护经

验的技师、班长,把多年积累下的科学、有效、成功的仪表

自动化设备维护经验,以及基于风险评价的预见性的维护经验,编写到仪表维护作业指导书中去,建立仪表设备维护档案、手册。例如,编写DCS维护作业指导书,调节阀检修维护

作业指导书,液位仪表、流量仪表维护作业指导书,特殊仪表维护作业指导书等。通过一系列作业执导书来规范全体仪表维护人员作业行为,提高仪表设备的维护水平。另一方面,还根据作业维护执导书,结合仪表设备运行状况,定期编制预

见性维护计划,如仪表设备的月检修计划、维护保养计划等,确保设备的长周期运行。

4、利用自诊断技术实现仪表设备预防性维护

随着仪表设备自诊断技术的不断完善,可以减轻仪表设

备维护工作量,充分利用自诊断信息,确定维护检修或保养

计划,促使仪表预防

性维护工作更准确具体。

例如：艾默生公司的6081-P型PH分析变送器, 主要有接线自诊断功能、被测溶液自诊断功能、传感器自诊断功能等。接线自诊断功能主要是相关接线的开路、短路诊断,被测溶液自诊断功能主要是温度、p H值超限诊断,p H传感器响应时间的测定等。其在线自诊断功能可连续监测标定错误、高/低温报警、玻璃电极破裂、参比电极失效、ROM故障、传感器失效、CPU故障及玻璃电极与参比电极的各种警告信息等。

再如：HART智能定位器通过嵌入式阀门诊断软件可以实现完整的定量阀门诊断，并建立完整的阀门数据库。可以把工厂阀门特性曲线与数据输入到客户的AMS系统中,建立在

线的阀门数据库,以便与将来做的曲线与数据进行比较，获得最完整的阀门性能与健康状态信息.

5、规范各环节为仪表设备的预防性维护创造条件

石油化工企业仪表及自控设备设计选型,在遵循石化标准规范的同时,还应根据具体装置的生产规模、流程特点、操作要求与自动控制水平,选择技术先进、成熟可靠、功能完善、维护方便,售后服务与技术支持良好的仪表与自控设备。而且现场仪表选型还应满足工艺过程温度、压力的等级及所处场所防爆等级、防护等级的要求。设备采购部门在货比三家同时,更应该注重产品长周期运行的可靠性及维护方便性,不能只比价格。仪表设备的规范安装,不仅可确保仪表设备正常运行,而且还大大减少日后仪表设备日常维护或预防性维护工作量。例如,在石油化工企业新上装置中时常发生因设计选型不当,或没按设计标准采购,或因施工安装不

当等,造成仪表设备不能按时投用,从而影响装置运行,有时即便投用,也为日后设备长周期运行留下隐患,给设备维护

工作带来压力。

四、结束语

通过对五大测量参数仪表控制系统常见故障的判断思

路及处理措施进行分析和总结,对今后怎样快速处理和判断自动化仪表常见故障提供了一种工作思路和检修方法。但由于检测与控制过程中出现的故障现象比较复杂,系统中的故

障原因是多种多样的，仪表故障判断既需要很强的专业知识，更需要丰富的实践经验，因此正确判断、及时处理生产过程中出现的仪表故障,是仪表维护人员必须具备的能力，而且

也最能反映出仪表维护人员的实际工作能力和业务水平，要在平时的实践中不断的学习、不断的总结经验,提高自己的

工作能力和业务水平，才能在实际工作中缩短处理仪表故障的时间，有效提高自动化控制系统的质量，保证安全生产。

对于石油化工企业而言在仪表自动化设备的管理时，应该将重点工作放在保养环节中，以良好的保养措施来避免故障的出现，这才是对自动仪表的最好故障措施。同时企业要针对预防性维护的方法与模式进行优化升级，提高维护效率。